Автоматизация производственных процессов продолжает развиваться и тем самым увеличивает их эффективность. Параллельно с этим возникает тенденция к объединению ранее разделенных областей в центральные концепции. Производители компонентов, такие как Hengstler GmbH и LAPP, также поддерживают эти тенденции. Благодаря инновационным интерфейсным решениям в области датчиков вращения серводвигатели становятся еще более эффективными компактными и современными.
В решениях с сервоприводом наблюдается тенденция к использованию гибридных кабелей, которые передают как мощность, так и данные о угле поворота выходного вала и скорости двигателя.
Концепция индустрии 4.0 на производстве, целью которой является достижение максимальной гибкости и эффективности с размером партии 1, была бы невозможна без дигитализации. Этот вид «умного производства» может работать только в том случае, если оборудование и детали работают все более независимо друг от друга, общаясь через сеть. Сервоприводы играют в этом важную роль. С помощью цифровых интерфейсов для связи двигателя с контроллером могут передаваться важные параметры, такие как угол поворота выходного вала, скорость, вибрация или температура. Таким образом, требования рынка к производителям двигателей и систем постоянно растут, и основное внимание уделяется сокращению затрат, экономии места, простоте внедрения и оптимальной производительности.
Hengstler GmbH, ведущий европейский производитель промышленных вычислительных и управляющих компонентов, представил новый интерфейс ACURO®link, который, согласно расчетам Hengstler, гарантирует экономию не менее 50 % соединений, что снижает затраты на настройку и увеличивает безопасность оборудования. Все коммуникации с обратной связью двигателя осуществляются через специальный гибридный кабель, разработанный LAPP.
Хенгстлер называет свою технологию Single Cable Solution. Это инновационная комбинация высокопроизводительного датчика вращения ACURO AD37 и нового открытого интерфейса ACURO®link. Хенгстлер занимается разработкой и производством датчиков вращения с 1983 года.
«Благодаря многолетнему опыту и тесному сотрудничеству на этапе пилотного проекта с известными заказчиками решение Single Cable Solution способно создать новый отраслевой стандарт», — объясняет Адриан Бенц, менеджер по маркетинговым коммуникациям в Hengstler.
Протокол данных электрического интерфейса отвечает требованиям SIL3 в соответствии с IEC 61508, кат. 3 PLe и EN ISO 13849. Рабочая температура до +115 °C, рабочая скорость до 12 000 об/мин и минимальная монтажная глубина 28 мм делают AD37S самым компактным, высокооборотистым датчиком вращения в своем классе. В конфигурации SIL3 этот высокопроизводительный датчик вращения называется AD37E и устанавливает новые стандарты. Вращающийся датчик содержит как внутренний сенсор температуры, так и отдельное соединение для датчика температуры обмотки двигателя и, таким образом, позволяет отслеживать эту информацию непосредственно в самом датчике вращения. Стандартизированный «электронный лист данных» (EDS) хранит определенные данные, которые можно запросить в любое время. В самом датчике данные двигателя и привода могут храниться во внутренней памяти OEM.
Дополнительные функции мониторинга для записи рабочих данных вносят значительный вклад в реализацию сценариев Industry 4.0. Специально для компактных серво двигателей ACURO®link предлагает большие преимущества. Передача мощности двигателя и сигналов обратной связи с помощью единого кабеля значительно повышает эффективность. Особенно в крупных системах — можно заметить значительное экономию пространства и веса кабелей.
LAPP разработала два гибридных кабеля для цифрового интерфейса ACURO®link: ÖLFLEX® SERVO FD 7DSL и ÖLFLEX® SERVO 7DSL. Благодаря этому решению и питание, и данные передаются по одному общему кабелю. Это относится и к сигналам других датчиков, например, температурного сенсора, который интегрирован в цифровой протокол обратной связи двигателя. Вариант FD имеет очень прочную полиуретановую оболочку и, таким образом, идеально подходит для использования в гибких кабель-каналах. Тем не менее, те, кто использует кабель в стационарных установках, могут применять более экономичную версию оболочку из ПВХ.
В качестве изоляционного материала проводников используется ПП (полипропилен). Таким образом, с одной стороны, учитывается потребность в кабелях с малым емкостным сопротивлением, а с другой — сводится к минимуму проблема утечки тока на оплетке экрана. Кроме того, с ПП можно добиться меньшей толщины изоляции, чем с ПВХ. Уменьшенная толщина стенок в изоляции кабеля также приводит к сужению наружного диаметра. ПП может сэкономить до 20 % по сравнению с ПВХ.
«LAPP также может использовать свое ноу-хау в кабелях для торсионных применения и предлагать типы, которые соответствуют высоким требованиям в этой области», — объясняет Лукас Кель, руководитель отдела управления продукцией в LAPP.
ACURO®link поддерживает высокопроизводительное управление двигателем благодаря высокой скорости передачи данных до 10 МБод и скорости обмена до 32 КГц, а также обеспечивает чрезвычайно высокую электромагнитную совместимость (ЭМС). Эти свойства являются уникальными на рынке. Более того, появилась возможность интегрировать кабели двигателя длиной до 100 м.
Теперь для питания и передачи данных требуется только один кабель, поэтому отдельный кабель и разъем датчика вращения не используются, а это обуславливает огромный потенциал для экономии. Особенно для небольших приводов, величину расходов относительно стоимости кабеля обратной связи и разъема M23 не следует недооценивать. Монтаж также упрощен. Важно, чтобы кабели, подходящие для гибких кабель-каналов и торсионных изгибов, имели малые габариты, особенно потому, что обычные серво-кабели и кабели для датчиков вращения должны находиться на минимальном расстоянии друг от друга из-за проблем, связанных с электромагнитной совместимостью. В настоящее время для витой пары обычно используются медные луженые 7- или 19-проволочные кабели. Лужение служит защитой изоляционного материала от прямого контакта с медью (тепловое старение) и защитой от окисления (основа долговечности).
Поскольку данные, а также сигналы питания и управления должны передаваться по гибридным кабелям, электрические параметры, такие как характеристическое сопротивление, значения затухания, а также емкость, индуктивность и сопротивление на единицу длины, количество циклов изгиба и волновые сопротивления в определенном частотном диапазоне имеют большое значение. Например, волновое сопротивление для ACURO®link было определено как 110±10 Ом.
Сокращение количества компонентов и кабелей имеет явные преимущества с точки зрения затрат. Отсутствие использования одних только кабелей датчиков вращения может привести к экономии затрат до 35 %. Время сборки и обслуживания также сведено к минимуму.
Между прочим, технически возможными были бы альтернативные гибридные решения, основанные, например, на промышленном Ethernet или на использовании оптоволоконных систем передачи данных, таких как POF (полимерное оптоволокно) или PCF (оптоволокно с пластиковым покрытием). LAPP также обладает необходимыми знаниями в этой области. Особенно в отношении электромагнитной совместимости стоит рассмотреть вопрос об использовании оптоволоконных систем передачи данных, потому что риск сбоя или выхода из строя электрических систем, вызванных электромагнитными причинами, значительно возрос.