Coraz częściej projektanci maszyn decydują się na zastąpienie siłowników pneumatycznych i hydraulicznych siłownikami elektromechanicznymi, które zapewniają wyższy poziom czystości i są bardziej energooszczędne.
W wielu zakładach elementy ruchome takie jak siłowniki są jednym z najważniejszych podzespołów. Sterują takimi funkcjami, jak ruch zaworów w zakładach produkcji ciągłej i regulują ruch przenośników w fabrykach z liniami produkcji seryjnej.
Pierwszą generacją tych podzespołów były siłowniki w prosty sposób przetwarzające energię sprężonego powietrza lub płynu na pracę mechaniczną. Takie siłowniki zapewniają szybki ruch posuwisty przy masowej produkcji, ale mają ograniczoną precyzję, a także wiele innych wad. Na przykład siłowniki pneumatyczne wymagają ciągłego zasilania sprężonym powietrzem, co nie jest wydajnym kosztowo rozwiązaniem w przypadku automatyki użytkowanej w pewnych odstępach czasu. Siłowniki hydrauliczne są wydajniejsze energetycznie, jednak mają wyższe wymagania dotyczące obsługi, większe jest też potencjalne prawdopodobieństwo wycieku. Ponadto zarówno pneumatyczne, jak i hydrauliczne siłowniki są elementami problematycznymi w trakcie tworzenia schematów sterowania.
Z tych powodów coraz powszechniejsze staje się wykorzystanie siłowników elektromechanicznych zamiast ich pneumatycznych lub hydraulicznych odpowiedników. Siłowniki elektryczne mogą zaoferować wysoką prędkość przemieszczania i precyzyjne parametry pracy, lecz ich starsze wersje nie były efektywne kosztowo do zastosowań w automatyce pracującej cyklicznie. W praktyce użytkownicy końcowi woleli wykonywać nawet manualnie pewne czynności okresowe, takie jak dostosowanie pasów przenośników w celu zmiany wytwarzanego asortymentu czy produktu, niż ponosić znacznie wyższy koszt oprzyrządowania.
Wzrost popularności siłowników inteligentnych
Dzięki zastosowaniu w swoich projektach najnowszej generacji siłowników, tzw. inteligentnych, konstruktorzy maszyn mogą zaoferować użytkownikom końcowym np. możliwość przełączania kierunku obrotów silnika wbudowanego w siłownik. Taka podstawowa możliwość zmiany kierunku obrotu zwalnia już użytkowników z obowiązku sterowania dodatkowym mostkiem typu H oraz instalacji i utrzymania rozległego okablowania niezbędnego do sterowania siłownikiem. Siłowniki inteligentne wymagają jedynie dwóch przewodów zasilania oraz kilku cienkich przewodów sygnałowych do komunikacji z prostym przełącznikiem, elementem wykonawczym, jednostką PLC lub innym sterownikiem. Taki interfejs zasilania i komunikacji danych umożliwia komunikację z sieciowymi systemami automatyki, takimi jak JI939 CAN, w celu integracji z innymi aplikacjami. Taka kombinacja oferowanych możliwości oraz niższa cena sprawiają, że nowa generacja siłowników inteligentnych jest odpowiednia do zastosowań również w przerywanych cyklach pracy maszyn czy linii produkcyjnych.
Dawniej zastosowanie siłownika do sterowania np. wysokością przenośnika wymagało aplikacji kosztownego i precyzyjnego siłownika, wspieranego przez skomplikowany system składający się z silnika krokowego lub serwomechanizmów i zewnętrznych przełączników. Obecnie za pomocą kilku przewodów konstruktorzy maszyn mogą podłączyć niedrogi precyzyjny siłownik do głównego sterownika i zaprogramować jego działanie jak każdą inną funkcję. Jeśli tylko system jest w stanie komunikować się z siłownikiem, nie ma znaczenia, czy operacja wykonywana jest raz, czy 500 razy dziennie. Siłowniki inteligentne zapewniają ogromną elastyczność aplikacyjną wraz z niskim kosztem sumarycznym.
Automatyzacja i przyspieszenie czynności przezbrajania są korzystne zwłaszcza tam, gdzie produkuje się krótkie serie. Jeśli uprzednio przezbrojenie maszyny pakującej wymagało interwencji manualnej przy zmianie z jednego produktu na drugi, przy najnowszych, inteligentnych rozwiązaniach produkcja zestawu wielu produktów może zostać zaprogramowana z góry, zmniejszając lub nawet całkowicie eliminując czas potrzebny do każdorazowej zmiany ustawień.
Zyski w procesie utrzymania ruchu
Wraz z rozpowszechnianiem się idei i rozwiązań inteligentnych fabryk (Przemysł 4.0) instalowanych jest coraz więcej inteligentnych siłowników, a zespoły utrzymania ruchu postrzegają je jako łatwe w użyciu i bezproblemowe podzespoły całego systemu sterowania. Dla specjalistów utrzymania ruchu i osób zarządzających zakładem urządzenia te będą czystsze i efektywniejsze niż ich pneumatyczne i hydrauliczne odpowiedniki oraz będą wymagać minimum uwagi dotyczącej okablowania.
Każdy rodzaj obsługi, jakiej wymagają siłowniki, będzie wspomagany przez informacje diagnostyczne dostarczane przez sieciowy system sterowania i monitoringu. Znajdująca się w takim urządzeniu elektronika może np. śledzić liczbę cykli, które przepracował siłownik, oraz dostarczać pomiarów temperatury i zużycia prądu. Analiza tych informacji może pomóc w określeniu, czy zwiększona temperatura lub zapotrzebowanie na energię są powiązane z podwyższonym zużyciem systemu, czy z wymaganiami aplikacji. Dzięki tym informacjom łatwiejsze będzie utrzymanie siłowników poprzez wyłączenie procesu ze względu na dobro aplikacji, ochronę przed przegrzaniem lub uszkodzeniem siłownika nagłymi skokami napięcia.
Podsumowanie
Niektórzy producenci maszyn już stosują podzespoły wyposażone w interfejsy komunikacji sieciowej w celu monitorowania pracy siłowników z wykorzystaniem tzw. chmury i pomagania użytkownikom w zarządzaniu naprawami oraz częściami zamiennymi w lepszy, bardziej strategiczny sposób. Dzięki śledzeniu liczby cykli, które wykonało urządzenie, i prognozowaniu interwałów czasowych potrzebnych do ich wymiany producenci mogą informować klientów o nachodzących usterkach, zamawiać, dostarczać, a nawet instalować nowe części, zanim usterka nastąpi.
Większe zainteresowanie siłownikami inteligentnymi odzwierciedla sytuację na rynku pozostałych komponentów wykorzystywanych w zakładzie. Wraz ze zwiększaniem się poziomu zaawansowania inteligentnych funkcji zaworów, przekaźników i pomp w fabryce oraz ich rozwojem komunikacji, prowadzi to do lepszej sprawności, a w rezultacie powstania produktywnego i łatwego w obsłudze środowiska.
Dave Buckley – Manager of Linear and Automation w firmie Motion Industries.
Hakan Persson – Global Product Line Director w dziale siłowników, w firmie Thomson Industries.
