Efficiëntie en duurzaamheid in industrieën bevorderen met oplossingen voor beweging en besturing

Afbeelding 1: Waterpompen in een grote energiecentrale. (Bron afbeelding: Shutterstock)

In het licht van de milieu-uitdagingen en de behoefte aan duurzame elektronica, zijn industrieën over de hele wereld op zoek naar oplossingen om hun activiteiten te optimaliseren en hun ecologische voetafdruk te minimaliseren. Ongeacht de branche is er behoefte aan procesbesturing om het energieverbruik te verlagen, afval te minimaliseren en de output te maximaliseren.

Bewegings- en besturingsproducten werken samen om de beweging, snelheid en positie van mechanische elementen binnen elektronische toepassingen te beheren. Deze producten zijn ontworpen voor een nauwkeurige, efficiënte en betrouwbare besturing van verschillende bewegingsaspecten, zodat machines en apparatuur hun functies optimaal en met minimale fouten kunnen uitvoeren.

DigiKey, een wereldwijde distributeur van elektronische componenten, biedt een brede selectie bewegings- en besturingsproducten van meerdere leveranciers, waardoor klanten de duurzaamheid en efficiëntie van hun geautomatiseerde systemen kunnen verbeteren.

Kerncomponenten van bewegings- en besturingssystemen

Het hart van bewegings- en besturingsoplossingen wordt gevormd door elektromotoren, die als voornaamste middel dienen om elektrische energie om te zetten in mechanische energie. Er worden verschillende types gebruikt in toepassingen, elk met unieke kenmerken en voordelen. AC-motors staan bijvoorbeeld bekend om hun duurzaamheid, efficiëntie en vermogen om op hoge snelheden te werken, waardoor ze geschikt zijn voor gebruik in industriële machines, HVAC-systemen en andere toepassingen waar betrouwbare prestaties op lange termijn essentieel zijn. DC-motors bieden daarentegen een uitstekende koppel- en snelheidsregeling, waardoor ze zeer geschikt zijn voor toepassingen die precieze bewegingen vereisen, zoals robotica en autosystemen. Stappenmotors bieden een zeer nauwkeurige positionering en worden gebruikt in 3D-printers, CNC-machines en andere apparaten die precieze, incrementele bewegingen vereisen. Servomotors, met hun snelle reactietijden en hoge koppeluitvoer, worden gebruikt in toepassingen die snelle, nauwkeurige bewegingen vereisen, zoals luchtvaartsystemen.

Om de werking van motoren effectief te besturen en te regelen, vertrouwen motion- en besturingsoplossingen op een verscheidenheid aan aandrijvingen en controllers. Variabele frequentieregelaars (VFD's) worden gebruikt om de snelheid en het koppel van draaistroommotoren te regelen, voor een soepele, efficiënte werking en energiebesparing. Servoaandrijvingen, speciaal ontworpen voor servomotoren, bieden een gesloten regelkring en maken zeer nauwkeurige positionering en beweging mogelijk. Motion controllers, die meerdere bewegingsassen tegelijk kunnen verwerken, worden gebruikt in complexe toepassingen waar ze de beweging van verschillende componenten coördineren en synchroniseren voor een soepele en nauwkeurige werking.

Actuators spelen ook een cruciale rol in bewegings- en besturingssystemen, omdat ze verantwoordelijk zijn voor het omzetten van energie in beweging en het leveren van kracht om mechanische componenten te verplaatsen. Hydraulische actuators staan bekend om hun hoge krachtafgifte en vermogen om zware lasten te hanteren en worden gebruikt in bouwmachines, industriële machines, enz. waar ruwe kracht nodig is. Pneumatische actuators, die afhankelijk zijn van perslucht om beweging te genereren en snelle reactietijden te bieden, worden gebruikt in toepassingen met snelle, repetitieve bewegingen, zoals verpakking en assemblagelijnen. Elektrische actuators, waaronder lineaire en roterende types, bieden nauwkeurige besturing in toepassingen zoals medische, auto- en luchtvaartapparatuur.

Afbeelding 2: Camerasysteem met robotzichtsensor in een slimme fabriek. (Bron afbeelding: Shutterstock)

Sensors, feedbackapparaten en regelsystemen

Om ervoor te zorgen dat bewegings- en besturingssystemen zo nauwkeurig en betrouwbaar mogelijk werken, worden sensoren en feedbackapparaten gebruikt om verschillende aspecten van beweging te bewaken en te meten. Positiesensors, zoals lineaire en roterende potentiometers, leveren realtime gegevens over de exacte locatie van mechanische elementen, voor nauwkeurige positionering en tracking. Encoders, zoals incrementele en absolute encoders, worden gebruikt om de hoekpositie en snelheid van roterende assen te bepalen, waardoor een nauwkeurige snelheids- en positieregeling mogelijk is. Resolvers, vergelijkbaar met encoders maar ontworpen voor gebruik in ruwe omgevingen, bieden ook een hoge nauwkeurigheid en betrouwbaarheid in gevoelige toepassingen.

Al deze componenten worden samengebracht door de besturingssystemen die de algehele werking van de bewegings- en besturingsoplossingen orkestreren en beheren. Programmeerbare logische controllers (PLC's), robuuste industriële computers ontworpen voor besturing en automatisering, verwerken meerdere ingangs- en uitgangssignalen tegelijk in fabrieksautomatisering, procesbesturing en andere toepassingen. Industriële pc's, die meer flexibiliteit en verwerkingskracht bieden dan PLC's, worden vaak gebruikt in combinatie met geavanceerde motion control-software om motion control-algoritmen te simuleren in complexe systemen met meerdere assen.

Bewegings- en besturingscomponenten in industriële toepassingen

Bewegings- en besturingsoplossingen zijn cruciaal voor het verbeteren van de efficiëntie, nauwkeurigheid en productiviteit in een breed scala aan industriële processen. Ze beheren bijvoorbeeld apparatuur zoals robotarmen en bewerkingsmachines om industriële activiteiten te verbeteren en fouten tot een minimum te beperken. In autofabrieken en magazijnen coördineren bewegings- en besturingssystemen de bewegingen van industriële robots, coöperatieve robots (cobots) en autonome mobiele robots (AMR's) om taken uit te voeren zoals handling, assemblage en inspectie. Ook in industriële verpakkingstoepassingen picken en transporteren bewegings- en besturingsoplossingen items zoals dozen en pallets met behulp van transportsystemen, sorteermachines en automatische opslag-/ophaalsystemen (AS/RS).

In de medische sector bepalen bewegings- en besturingssystemen de manier waarop gezondheidszorg wordt verleend en onderzoek wordt uitgevoerd. Ze maken nauwkeurige positionering, dosering en automatisering mogelijk in medische apparaten en apparatuur, zoals chirurgische robots, diagnostische beeldvormingssystemen en laboratoriuminstrumentatie. Chirurgische robots die zijn uitgerust met bewegings- en besturingscomponenten kunnen bijvoorbeeld procedures nauwkeurig en met minimale invasiviteit uitvoeren, waardoor de hersteltijd van de patiënt korter wordt en de algehele resultaten verbeteren. Geautomatiseerde vloeistofbehandelingssystemen in farmaceutische onderzoekslaboratoria maken ook gebruik van bewegings- en regelsystemen om reagentia nauwkeurig te doseren en te mengen, waardoor het ontdekkingsproces van medicijnen wordt gestroomlijnd en de ontwikkeling van nieuwe therapieën wordt versneld.

De luchtvaart- en defensie-industrie zijn ook afhankelijk van precisiebewegingen en -besturingsoplossingen voor missiekritische toepassingen zoals satellietpositionering, vliegtuigbesturingssystemen en raketgeleiding. In deze sectors kan zelfs de kleinste afwijking van de bedoelde beweging of positie een catastrofale impact hebben. Bewegings- en besturingstechnologieën zorgen ervoor dat deze systemen buitengewoon nauwkeurig en betrouwbaar werken, waardoor satellieten hun banen kunnen aanhouden, vliegtuigen veilig kunnen vliegen en raketten hun doelen kunnen bereiken. Bovendien maken deze oplossingen de ontwikkeling en het testen van nieuwe luchtvaart- en defensietechnologieën mogelijk, zodat ingenieurs complexe systemen kunnen simuleren en valideren voordat ze in het veld worden ingezet.

DigiKey's strategie van meerdere leveranciers begrijpen

Door met meerdere leveranciers samen te werken, zorgt DigiKey ervoor dat ingenieurs en systeemontwerpers toegang hebben tot een brede selectie van producten. Deze strategie vergroot niet alleen de productvariëteit, maar verbetert ook de beschikbaarheid, bevordert concurrerende prijzen en biedt toegang tot een schat aan technische expertise. Een duidelijk voordeel van DigiKey's aanpak met meerdere leveranciers is de mogelijkheid om tegemoet te komen aan een groot aantal industriële vereisten. Of het nu gaat om een compacte stappenmotor voor precisie-instrumentatie of een servoaandrijving met hoog koppel voor zware automatisering, de voorraad van DigiKey biedt een oplossing voor alle toepassingen. Dankzij deze diversiteit kunnen ingenieurs voor hun specifieke behoeften de meest geschikte producten vinden die de algehele prestaties en efficiëntie van het systeem kunnen optimaliseren. Bovendien minimaliseert DigiKey, door van meerdere leveranciers te betrekken, het risico van verstoringen in de toeleveringsketen - wanneer één fabrikant productieproblemen of vertragingen ondervindt, kunnen alternatieve producten van andere leveranciers worden betrokken, waardoor een betrouwbare en consistente levering voor klanten wordt gegarandeerd. Deze veerkracht maakt het verschil in industriële faciliteiten waar zelfs minimale stilstand een aanzienlijke impact kan hebben op bronnen, budgetten en activiteiten.

Geavanceerde bewegings- en besturingsproducten van marktleiders

DigiKey's partnerschappen met toonaangevende fabrikanten zoals Schneider Electric, Siemens en Omron tonen haar toewijding aan kwaliteit en innovatie. Deze industriereuzen staan bekend om hun baanbrekende bewegings- en besturingsoplossingen, die geavanceerde functies en technologieën bevatten om efficiëntie en duurzaamheid te stimuleren.

De Altivar™ Soft Starter ATS480 (Afbeelding 3) van Schneider Electric bouwt voort op de start/stop-prestaties van eerdere versies om de levensduur van apparatuur verder te verlengen en de beschikbaarheid van toepassingen in veeleisende omgevingen te maximaliseren. De Altivar 212 VSD biedt maximaal gebruiksgemak en veiligheid voor systeemintegrators en eindgebruikers in HVAC-systemen, bespaart energie en verbetert het comfort en beheer van gebouwen. Op dezelfde manier bieden ATV320 VFD's veiligheid, betrouwbaarheid en eenvoud in compacte vormfactoren voor vereenvoudigde installatie en efficiënt ruimtegebruik.

Afbeelding 3: Schneider Electric Altivar™-softstarter ATS480. (Bron afbeelding: Schneider Electric)

De Easy TeSys-lijn van Schneider Electric omvat handmatige motorstarters met magnetische bescherming op 13 keer de maximale draaiknopinstelling, thermische overbelastingsrelais met schroefklemaansluitingen en 3-polige contactors met een levensduur van ongeveer een miljoen elektrische schakelingen. Deze apparaten zijn ontworpen om veelvoorkomende motortoepassingen te schakelen en te beveiligen. De TeSys™ eiland communicerende motorstarters elimineren besturingsbedrading en PLC IO met een enkele lintkabelklik en bieden toegang tot gegevens via industriële communicatieprotocollen.

De SINAMICS V20-aandrijvingen van Siemens hebben een compact, robuust en robuust ontwerp en zijn ideaal voor gebruik in een groot aantal basistoepassingen in proces- en productiefaciliteiten. Bovendien voorkomen de SIRIUS 3RA23-serie omkeercontactorassemblages bedradingsfouten in het hoofd- en besturingscircuit. Regelaars SIRIUS-contactors bieden flexibele opties voor het schakelen van elektrische belastingen, met conventionele en solid-state bedieningsmechanismen.

De MX2-serie variabele frequentieregelaars van Omron biedt geavanceerde motor- en machinebesturing met VFD-technologie voor een nauwkeurige werking, energiebesparing en storingsbeveiliging. Dankzij het geavanceerde ontwerp en de algoritmen biedt de MX2 een soepele regeling tot nulsnelheid en koppelregeling in open regelkring.

Afbeelding 4: Schneider Electric TeSys thermisch overbelastingsrelais. (Bron afbeelding: Schneider Electric)

Duurzaamheid verbeteren in een geautomatiseerde productielijn

Laten we eens kijken naar een geautomatiseerde productielijn in een fabriek om de invloed van bewegings- en besturingstechnologieën op duurzaamheid te illustreren. Van de nauwkeurige regeling van transportbandsnelheden en motoren van verpakkingsmachines tot de integratie van robotarmen en de implementatie van veiligheidssystemen, deze componenten stellen fabrikanten in staat om hun doelen te bereiken om het energieverbruik en afval te minimaliseren en tegelijkertijd de veiligheid en betrouwbaarheid van de activiteiten te garanderen:

Transportbandsystemen: In de geautomatiseerde productielijn spelen transportsystemen een sleutelrol bij het transporteren van materialen en producten tussen de verschillende stadia van het productieproces. Door de Altivar 212 VSD van Schneider Electric of de MX2-serie VFD van Omron te integreren, kan de snelheid van de transportbandmotoren worden aangepast aan de vereiste productiesnelheid. Door ervoor te zorgen dat de transportband op optimale snelheid draait, is het energieverbruik lager en is er minder slijtage aan mechanische onderdelen. Bovendien zorgen softstarters zoals de Altivar™-softstarter ATS480 van Schneider Electric voor soepel starten en stoppen van transportbandmotors, waardoor mechanische belasting wordt verminderd en de levensduur van de apparatuur wordt verlengd.

Verpakkingsmachines: Verpakkingsmachines vormen een integraal onderdeel van de geautomatiseerde productielijn en zijn verantwoordelijk voor het verpakken, verzegelen en labelen van producten. Deze machines vereisen vaak een nauwkeurige regeling van de motorsnelheid en het koppel om een consistente en nauwkeurige verpakking te garanderen. Door de ATV320 VFD's van Schneider Electric te integreren, kunnen motoren van verpakkingsmachines zeer nauwkeurig worden geregeld, wat de algehele prestaties en energie-efficiëntie van het systeem verbetert.

Robotarmen: Robotarmen worden veel gebruikt in geautomatiseerde productielijnen voor taken als materiaalhantering, assemblage en kwaliteitsinspectie. Deze gereedschappen vereisen een nauwkeurige besturing van meerdere bewegingsassen om hun taken nauwkeurig en efficiënt uit te voeren. De TeSys eiland communicerende motorstarters van Schneider Electric bieden besturing voor robotarmmotoren. Doordat er geen complexe bedrading en PLC IO nodig is, maakt het TeSys-eiland ook een snellere installatie en eenvoudige configuratie van het besturingssysteem van de robotarm mogelijk. De ingebouwde digitale interface en slimme configuratietool vereenvoudigen de inbedrijfstelling en afstelling, terwijl de mogelijkheid om toegang te krijgen tot kritieke gegevens via communicatieprotocollen bewaking op afstand en voorspellend onderhoud mogelijk maakt.

Pompen en ventilators: Pompen en ventilators zijn van vitaal belang in verschillende aspecten van een geautomatiseerde productielijn, zoals koelsystemen, hydraulische aggregaten en ventilatiesystemen. Het optimaliseren van de prestaties van deze componenten kan het energieverbruik verlagen en een maximale uptime garanderen. De SINAMICS V20-aandrijvingen van Siemens met hun compacte, robuuste ontwerp zijn geschikt voor het aansturen van pompen en ventilatoren in industriële omgevingen. De SINAMICS V20-aandrijvingen bieden verschillende functies, waaronder PID-regeling, regeling voor meerdere pompen en energiebesparende modi.

Veiligheidssystemen: De veiligheid van personeel en apparatuur is van het grootste belang in productiefaciliteiten. Met contactorsamenstellingen met veiligheidsclassificatie kunnen productielijnen een hoog veiligheidsniveau bereiken, waardoor het risico op ongevallen en stilstandtijd wordt verminderd. De SIRIUS 3RA23-serie omkeercontactorassemblages van Siemens kunnen veiligheidsfuncties implementeren in het motorbesturingssysteem. Deze assemblages integreren naadloos in functionele veiligheidssystemen volgens internationale normen zoals IEC 61508 en ISO 13849-1. De geïntegreerde mechanische en elektrische vergrendelingsfuncties van de 3RA23-serie voorkomen ook bedradingsfouten en zorgen voor een veilige werking van omkeermotorcircuits.

Afbeelding 5: Slimme industriële robotarmen voor digitale fabrieksproductie. (Bron afbeelding: Shutterstock)

Conclusie

Geavanceerde bewegings- en besturingsoplossingen zijn essentiële aanjagers van efficiëntie en duurzaamheid in een groot aantal industrieën. Door deze technologieën te integreren in geautomatiseerde productielijnen verbeteren fabrikanten de operationele efficiëntie, verlagen ze het energieverbruik, minimaliseren ze materiaalverspilling en verlengen ze de levensduur van de apparatuur. DigiKey's portfolio van producten afkomstig van meerdere leveranciers stelt ingenieurs en ontwerpers in staat om systemen te creëren die hoge prestaties leveren en tegelijkertijd milieuvriendelijk zijn. DigiKey biedt een platform waar ingenieurs de meest geschikte bewegings- en besturingsproducten voor hun toepassingen kunnen verkennen, vergelijken en aanschaffen.