Technika serwonapędowa

Urządzenia serwonapędowe to coraz częstsze elementy wytwarzanych w Polsce maszyn i znajdujących się w tutejszych zakładach instalacji technologicznych. Choć ich zastosowania dotyczą głównie aplikacji zaawansowanych, takich jak te związane z pozycjonowaniem czy synchronizacją wielu osi ruchu, zakres wykorzystania techniki serwonapędowej nieustannie rośnie. W analizie omawiamy przede wszystkim trendy technologiczne w branży, jednocześnie odsyłając osoby zainteresowane dokładniejszym omówieniem sytuacji na samym rynku do analizy publikowanej w IRA 2021.

Zastosowania serwonapędów

Najczęstsze typy aplikacji serwonapędów

Kluczową grupą odbiorców serwonapędów i serwosilników są firmy produkujące maszyny oraz urządzenia – wynika ze statystyki uzyskanej na bazie ostatniego badania rynku. Kolejnymi ważnymi grupami są: klienci końcowi, integratorzy systemów oraz dystrybutorzy. Sytuacja jest podobna do odnotowywanych przez nas w poprzednich badaniach rynku, przy czym nastąpiła zamiana 2. i 3. pozycji. Najczęstszymi aplikacjami serwonapędów pozostają niezmiennie te związane z maszynami wykonującymi dynamiczne oraz współzależne ruchy. Zdaniem respondentów najpopularniejszymi są: synchronizacja osi (zdecydowana przewaga głosów), pozycjonowanie i cięcie w locie (synchronizacja pracy elementu odcinającego materiał z napędem odpowiedzialnym za liniowy przesuw materiału). Następne w kolejności wskazań były: wykorzystanie serwonapędów jako elektroniczna krzywka (wykonywanie kompleksowych przebiegów ruchu w cyklicznie pracujących maszynach), aplikacje w robotach i manipulatorach oraz pozostałe aplikacje w maszynach CNC.

Również ogólna statystyka dotycząca najczęstszych zastosowań serwonapędów wskazuje na te związane z maszynami wieloosiowymi, a więc takimi, gdzie zachodzi konieczność synchronizacji prędkości i pracy wielu osi. Obejmuje to również roboty przemysłowe. Jednocześnie serwonapędy stosowane są coraz szerzej w różnorodnych systemach automatyki (liniach technologicznych), a także w prostszych, mniej złożonych maszynach.

Najczęstsze zastosowania serwonapędów

Mateusz Pijanowski

ASTOR

Jakie są czynniki wzrostu popularności serwonapędów? Dlaczego stosować tego typu rozwiązania?

Rosnąca popularność serwonapędów obrazuje wzrost zaawansowania technologicznego polskiego rynku maszynowego. Jest to ponadto składowa kilku czynników. Pierwszym jest koszt wdrożenia takiego rozwiązania, który zmalał na przestrzeni ostatnich lat. Drugi to z kolei rosnąca funkcjonalność samych urządzeń, która zapewnia ich użytkownikom duże korzyści. Takimi są m.in.: zmniejszenie czasu cyklu produkcyjnego, większa szybkość i precyzja ruchu czy energooszczędność, które bezpośrednio wpływają na maksymalizację zysków oraz redukcję kosztów. Ostatnim czynnikiem wpływającym na popularność serwonapędów jest niewątpliwie popularyzacja wiedzy oraz łatwość konfiguracji i integracji z systemami nadrzędnymi. Przykładowo implementacja sterowania za pomocą sieci EtherCAT oraz stosowanie bibliotek SoftMotion Codesys w przypadku bardziej skomplikowanych aplikacji daje duże korzyści, natomiast nie generuje problemów integracyjnych.

Jakie są kierunki rozwoju technologicznego rozwiązań serwonapędowych?

Obecnie rozwijają się one w kierunku łatwej integracji z systemami/sterownikami nadrzędnymi. Duży nacisk kładziony jest na interfejsy komunikacyjne, czego przykładem jest EtherCAT, który pozwala w czasie rzeczywistym sterować dużą liczbą serwonapędów. Wyróżnikiem są przykładowo biblioteki SoftMotion Codesys pozwalające w prosty sposób, z poziomu oprogramowania nadrzędnego, zrealizować zaawansowane ruchy osi np. pracę synchroniczną. Wykorzystuje się je m.in. w branży CNC.

Kto korzysta z serwonapędów i jakiego wsparcia należy udzielać klientom? Kto działa na tym rynku w Polsce?

Krajowy rynek serwonapędów jest mocno urozmaicony, działają na nim firmy dalekowschodnie i zachodnioeuropejskie. Perspektywy rozwoju rynku są obiecujące, biorąc pod uwagę odważny rozwój polskich firm technologicznych.

Częstym odbiorcą rozwiązań serwonapędowych są producenci maszyn oraz integratorzy. Serwonapędy znajdują zastosowanie w branży spożywczej, w maszynach CNC, maszynach pakujących, pozycjonerach itp.

Klienci doceniają, że wraz z kupnem sprzętu otrzymują wsparcie techniczne w postaci dokumentacji, poradników oraz rozmowy z inżynierem. Poza tym wartością dodaną jest również wsparcie przedsprzedażowe i szybka realizacja zamówienia.

Serwo czy tradycyjne napędy?

Najważniejszymi czynnikami różnicującymi systemy napędowe i wybór konkretnych rozwiązań (tj. serwo vs tradycyjny napęd) są wymogi aplikacji oraz koszty związane z jej stworzeniem. "Serwonapędy zastępują przemienniki i są wykorzystywane wszędzie tam, gdzie potrzebna jest duża dynamika oraz precyzja, a także synchronizacja ruchów. Korzystne cenowo i pod względem zużycia energii jest stosowanie systemów wieloosiowych. Najnowsze serwonapędy mają wbudowane zaawansowane mechanizmy autostrojenia, dzięki którym można zaoszczędzić wiele czasu przy uruchomieniu aplikacji. Serwonapędy mają również zintegrowane funkcje bezpieczeństwa (np. poprzez sieć Ethernet/IP), dzięki którym oszczędza się czas montażu oraz dodatkowego okablowania" – omawiał ten temat jeden z respondentów redakcyjnego raportu. Inne stwierdzenie to: "Popularność serwonapędów zależy wyłącznie od wymagań związanych z dynamiką pracy. W systemach o najwyższej dynamice nie ma na rynku zbyt wielu alternatyw". Jego parafraza to zaś: "Z uwagi na niższą cenę przemienników częstotliwości wciąż są one używane tam, gdzie zapewniana przez nie funkcjonalność jest wystarczająca". Warto tu dodać, że serwonapędy wypierają w niektórych aplikacjach rozwiązania pneumatyczne i hydrauliczne.

Oczywiście dostawcy przemienników częstotliwości nie próżnują i oferowane przez nich urządzenia zyskują nowe funkcje oraz możliwości. "Falowniki stosowane są do coraz prostszych aplikacji i zawsze będą częściej używane. Serwonapędy używane są ze względu na swoją bardziej skomplikowaną konstrukcje dużo rzadziej" – to jeden z komentarzy na ten temat. Należy też stwierdzić, że pojawiły się także głosy wskazujące na to, że dynamika rozwoju omawianego rynku wcale nie jest tak duża. "Jeszcze nie", "to jeszcze nie ten etap", "jeszcze nie ze względu na koszty" – to niektóre z odpowiedzi w tym zakresie.

Komunikacja, bezpieczeństwo i miniaturyzacja

W tym miejscu kilka słów o trendach technologicznych. W omawianym obszarze niewątpliwie ma miejsce dynamiczny rozwój, zaś producenci serwonapędów i serwosilników dodają do nich kolejne funkcje, polepszając też parametry swoich wyrobów.

Trzy wymienione hasła pojawiały się w odpowiedziach ankietowych najczęściej. Nowoczesne układy serwonapędowe to przede wszystkim urządzenia ze zintegrowanymi funkcjami bezpieczeństwa (bezpieczne monitorowanie prędkości, bezpieczne zatrzymanie i inne), w tym wykorzystujące sieci cyfrowe do transmisji danych związanych z bezpieczeństwem (np. Safety over EtherCAT). Drugim z trendów jest rozwój komunikacji, co obejmuje przede wszystkim stosowanie wymiany danych w różnych standardach Ethernetu czasu rzeczywistego. Komunikacja to również innowacje w zakresie podłączania serwosilników. Popularne jest wykorzystywanie jednego połączenia kablowego do przesyłania zasilania i sygnałów zwrotnych z urządzenia. Kolejnym z najczęściej wymienianych kierunków rozwoju technologicznego była miniaturyzacja, co dotyczy głównie rozwoju serwonapędów kompaktowych, w tym w tzw. wykonaniach książkowych.

Aktualna sytuacja na omawianym rynku

Konkurencja na polskim rynku serwonapędów

W odpowiedziach ankietowych pojawiały się również inne wskazania. Czwartym z najczęściej wymienianych trendów była integracja, co obejmuje integrację serwonapędów ze sterownikami PLC, a także dostarczanie systemów mechatronicznych, w skład których wchodzą: serwosilnik, serwoprzekładnia i serwonapęd/serwosterownik. Takie zestawy upraszczają tworzenie rozwiązań serwo – głównie poprzez zredukowanie koniecznych nakładów na prace inżynierskie.

Nowe generacje napędów cechują się rosnącą dynamiką pracy oraz ułatwieniami w zakresie tworzenia systemów wieloosiowych. Tutaj wskazywane były m.in. serwowzmacniacze wieloosiowe (w tym do zabudowy książkowej) oraz możliwości oprogramowania w zakresie synchronizacja osi – np. związane z dostępnością bibliotek takich jak CODESYS SoftMotion. Do innych nowości zaliczone zostały: zwiększanie rozdzielczości enkoderów, wykorzystanie serwosilników na niskie napięcia oraz ze wspólną szyną DC oraz funkcje serwonapędów takie jak: zaawansowane algorytmy tuningu i filtracji drgań (kompensacji wibracji) oraz algorytmy bazujące na sztucznej inteligencji. Trendem jest rozbudowa urządzeń o mechanizmy autodiagnostyczne, które pozwalają na realizowanie strategii prewencyjnego utrzymania ruchu i zapobieganie potencjalnym awariom oraz przestojom.

Krajowi dostawcy serwonapędów

Serwonapędy są produktami zapewniającymi możliwość uzyskiwania wyższych marży niż w przypadku tradycyjnych przemienników częstotliwości niskich mocy. Jednocześnie branża ich produkcji i dystrybucji oceniana jest jako rynek wysoce konkurencyjny. Aż 2/3 ankietowanych było zdania, że konkurencja jest tu silna – jest to nieco więcej niż w poprzednich badaniach. Podobnie jednak do tych ostatnich – nikt nie wybrał odpowiedzi "niewielka", co również samo w sobie stanowi ocenę sytuacji na tym rynku.

W omawianym sektorze działa wiele podmiotów będących dostawcami automatyki. Obecne są tu zarówno przedstawicielstwa producentów zagranicznych, dystrybutorzy serwonapędów, jak też firmy integratorskie. Ogólnie podaż omawianych produktów na rynku i ich różnorodność jest spora.

Najpopularniejsze w Polsce marki serwosilników i serwonapędów – zestawienie nie odzwierciedla udziału wymienionych firm w rynku, lecz jest przybliżoną informacją o ich popularności

Urządzenia serwonapędowe należą przede wszystkim do ofert producentów automatyki i techniki napędowej. Na rynku, dokonując zgrubnej kategoryzacji, można wyróżnić dwie grupy dostawców – producentów zachodnioeuropejskich oraz dalekowschodnich (w szczególności japońskich). W pierwszej najpopularniejszym w kraju producentem jest Siemens, respondenci wymieniali również takie marki jak: Bosch Rexroth, Lenze, Beckhoff Automation, SEW-Eurodrive i B&R. Do popularnych producentów japońskich należą zaś: Mitsubishi Electric, Omron Electronics, Yaskawa oraz Delta Electronics (ostatnia z firm jest przedsiębiorstwem tajwańskim). Firmy japońskie mają długie tradycje w wytwarzaniu systemów automatyki i mechatronicznych, w szczególności do zastosowań precyzyjnych. Zestawienie jest zaś dosyć podobne do tego sprzed dwóch lat i wskazuje na prymat kilku dostawców z dwóch regionów świata. Ważną marką spoza omawianych obszarów jest Allen-Bradley, czyli firma Rockwell Automation.

Warto dodać, że podobnie jak specjalistyczny charakter mają same serwonapędy, tak też ich dystrybucja wymaga specjalizacji dostawców. Firmy oferujące układy serwo muszą nie tylko zapewniać doradztwo podczas sprzedaży czy oferować kompletację (system serwonapędowy), ale nieraz też świadczyć daleko idące wsparcie techniczne, w tym usługi projektowe. Jest to również cecha odróżniająca omawiany rynek od branży tradycyjnych przemienników częstotliwości, które są produktami dosyć standardowymi i dobrze znanymi automatykom.

Wojciech Śmigiel

WObit

Czy serwonapędy są, z perspektywy polskich odbiorców, opłacalnymi kosztowo produktami?

Zalety serwonapędów znane są wśród klientów od wielu lat, natomiast jeszcze kilka, kilkanaście lat temu panowało przekonanie, że są one drogim rozwiązaniem. Realny spadek cen spowodował, że klienci zaczęli coraz częściej stosować w swoich aplikacjach tego typu urządzenia. Wiele maszyn zbudowanych ileś lat temu powinno zostać wyposażonych w serwonapędy, jednakże z uwagi na cenę do ich budowy zastosowano wtedy inne napędy, o gorszej "kulturze" pracy. W związku z tym w przypadku modernizacji konstruktorzy sięgają po nowoczesne rozwiązania o wysokiej jakości.

Gdzie można stosować serwonapędy? Jakie są korzyści z ich wykorzystania?

Podstawową cechą serwonapędów jest ich praca w zamkniętej pętli sprzężenia zwrotnego, gdzie wykorzystywany jest enkoder, rezolwer czy tachogenerator. Kontroler serwo na bieżąco dokonuje korekty pracy silnika w taki sposób, aby uzyskać zamierzony efekt – np. stałą prędkość, obrót wału silnika o określony kąt lub określoną liczbę obrotów.

Wśród naszych klientów panuje przekonanie, że wybór napędu do aplikacji musi być optymalny. Serwonapęd można zastosować praktycznie w każdej aplikacji, ale nie w każdej jego użycie jest ekonomicznie uzasadnione. Najczęściej po serwonapędy sięgają klienci budujący maszyny przemysłowe.

Jakie cechy oferowanych urządzeń są najistotniejsze dla klientów? Co z usługami posprzedażowymi?

Oczywiście parametry techniczne oraz marka serwonapędu są ważne, natomiast obserwujemy, że dla klientów jednym z kluczowych kryteriów wyboru jest wsparcie posprzedażowe (podczas programowania, strojenia, itp.) oraz czas dostępu do niego. My ze swojej strony oferujemy wsparcie w zakresie parametryzacji oraz asysty przy uruchomieniu oferowanych serwonapędów. Odbywa się to drogą telefoniczną lub bezpośrednio na terenie zakładu klienta.

Co więcej – oferowane serwonapędy wykorzystujemy do realizacji własnych konstrukcji maszyn, dzięki czemu dysponujemy ogromnym doświadczeniem i wiedzą w zakresie ich stosowania, którymi dzielimy się z naszymi klientami.