Viele Hersteller wünschen sich heute Maschinen und Fertigungsstraßen, die mehr Mobilität und Flexibilität bieten. Dadurch können Unternehmen um mehr Arbeitsplätze konkurrieren, sich an die veränderte Kundennachfrage im E-Commerce anpassen und individuellere Produkte fertigen.
Der Trend zur dezentralen Antriebstechnik verstärkt sich durch die zunehmende Modularisierung von Fertigungsstraßen und automatisierten Systemen in Produktionsanlagen und Lagerhallen sowie durch anpassungsfähigere und flexiblere Maschinen, die je nach Bedarf innerhalb einer Anlage bewegt werden können.
In einer dezentralen Architektur befinden sich die Antriebe im Fertigungsbereich sehr nahe an den Produktionsmaschinen oder sind teilweise in diese integriert. Auf diese Weise wird eine höhere Flexibilität und Agilität in den Fertigungsprozessen erreicht. Der Einsatz dezentraler Antriebe erfordert jedoch robustere Komponenten und einige Änderungen im Designprozess für die OEM Ingenieure der Motoren- und Antriebshersteller.
Wie zeichnet sich dezentrale Antriebsarchitektur aus?
In vielen Industriezweigen – von der Lebensmittel- und Getränkeherstellung über die allgemeine Fertigung bis hin zu automatisierten Lagern – benötigt jede Maschine, die sich bewegt, Servomotoren und Servoantriebe, um diese Bewegung zu steuern. In der Vergangenheit verwendeten diese Systeme eine zentralisierte Architektur, bei der alle elektrischen Komponenten in einem zentralen Schaltschrank untergebracht waren, oft weit entfernt von den Maschinen im Fertigungsbereich.
Nehmen wir als Beispiel einen Fertigungsbetrieb mit einem 20 m langen Förderband in der Fertigungsstraße. Ein Förderband dieser Länge ist alle 2 bis 3 m mit Servomotoren ausgestattet. Jeder Servomotor wird von einem Servoantrieb gesteuert. Bei einer zentralisierten Architektur sind die elektronischen Steuerungen des Systems in Schaltschränken irgendwo in der Anlage untergebracht. Dazu müssen viele Kabel von den Schaltschränken zu den Motoren der Förderbänder auf den Fertigungsbereich verlegt werden. Die Kabel werden in der Regel im Boden oder an der Decke verlegt. Ein Förderband mit 10 Servomotoren würde 10 Servoantriebe im Schaltschrank erfordern, die jeweils über mindestens zwei getrennte Kabel (eines für die Stromversorgung und eines für die Datenübertragung) verbunden sind.
Eine zentralisierte Architektur macht es sehr schwierig, Fertigungsstraßen zu verschieben oder anzupassen, was die Flexibilität der Fertigung einschränkt. Vergleichen Sie dies mit einer modulareren Lösung, bei der das Förderband aus Modulen von jeweils 3 m Länge besteht, die sich elektrisch und mechanisch leicht trennen lassen. Dies ermöglicht es den Unternehmen, die Fertigungsstraße je nach Bedarf für jeden Fertigungsauftrag zu verlängern oder zu verkürzen. Die dezentrale Architektur trägt zur Flexibilität und einfachen Modularität solcher Systeme bei. In einer dezentralen Architektur werden die Antriebe von einem zentralen Schaltschrank in die Produktion gebracht, wo sie in der Nähe oder manchmal sogar auf oder in den Servomotoren platziert werden.
Vorteile der dezentralen Antriebsarchitektur
Die dezentrale Antriebsarchitektur für automatisierte Systeme bietet mehr Flexibilität und verbessert die Modularität von Fertigungsstraßen, was die Möglichkeiten für den Fertigungsbetrieb erhöht. Neben der verbesserten Agilität bietet die dezentrale Steuerung eine Reihe weiterer Vorteile, unter anderem:
Weniger und vereinfachte Verkabelung
Konventionelle zentralisierte Systeme erfordern eine große Menge an extra langen Kabeln, die ziemlich teuer sind. Darüber hinaus kann das Verlegen von Kabeln im Boden oder entlang der Decke, um sie mit Fertigungsmaschinen zu verbinden, erhebliche Kosten für einen Betrieb verursachen. Da bei der dezentralen Architektur der Antrieb in der Nähe oder auf der Fertigungsmaschine montiert wird, können viel kürzere Kabel verwendet werden, um den Antrieb mit dem Motor zu verbinden. Dies reduziert und vereinfacht den Verkabelungsaufwand erheblich und senkt die Kosten.
Darüber hinaus verwenden einige Komponenten für diese Systeme ein einziges Kabel für die Übertragung von Strom- und Datensignalen anstelle von zwei Kabeln für die Verbindung von Antrieb und Motor, wodurch die Anzahl der benötigten Kabel reduziert wird.
Platzersparnis
Ein dezentrales System minimiert oder eliminiert den erforderlichen Platz für einen zentralen Schaltschrank. Nehmen wir das vorherige Beispiel einer Fertigungsstraße mit einem sehr langen Förderband. Wenn das Band 20 Antriebe hat, ist ein sehr großer Schaltschrank erforderlich, um die Elektronik unterzubringen. Durch den Wegfall des Schaltschranks wird Platz im Produktionsbereich frei.
Verbesserte Anpassungsmöglichkeiten
Ein dezentrales Steuerungssystem und seine Komponenten können an individuelle Kundenanforderungen angepasst werden. Diese Designflexibilität ermöglicht es den Kunden, den erforderlichen Platz in einem Schaltschrank zu minimieren oder sogar ganz auf einen Schaltschrank zu verzichten, indem das System vollständig in die Fertigungsmaschine integriert wird.
Kosteneinsparungen
Neben den Kosteneinsparungen durch den geringeren Verkabelungsaufwand enthalten einige dezentrale Steuerungssysteme vorkonfektionierte Systemkabel, die den Zeit- und Kostenaufwand für Logistik, Verkabelung und Inbetriebnahme erheblich reduzieren und das Fehlerrisiko minimieren.
Was bedeutet der Trend zur dezentralen Steuerung für Entwickler?
Das Festhalten am Status quo ist oft die größte Hürde für OEMs von Servoantrieben beim Übergang zu einer dezentralen Antriebsarchitektur. Dezentrale Steuerungen für automatisierte Systeme erfordern robustere Komponenten und Steckverbinder, die von den Entwicklern von OEM-Systemen beim Design berücksichtigt werden müssen.
Da sich der Antrieb und die Komponenten in einem dezentralen System an oder in der Nähe der Maschine befinden, ist der Servoantrieb im Vergleich zu einer zentralen Schaltschrankarchitektur mehr Bewegungen, Vibrationen, Temperaturschwankungen, Wasser und Staub in der Fertigungsumgebung ausgesetzt. Wenn in einem dezentralen System keine robusten Komponenten und Steckverbinder verwendet werden, kann es zu Problemen bei der Systemkommunikation und -leistung kommen.
Um sich davor zu schützen, müssen Systemdesigner Laufwerke und Komponenten mit einem höheren IP-Schutzgrad wählen. Während in zentralen Systemen Komponenten mit Schutzart IP20 oder IP21 eingesetzt werden können, sind für dezentrale Systeme je nach Anwendung Komponenten mit Schutzart IP67 oder IP68 erforderlich. Die IP-Klassifizierung einer Komponente gibt den Schutzgrad gegen Staub und Wasser an. Eine niedrigere Schutzart wie IP20 oder IP21 bedeutet in der Regel, dass die Komponenten nicht direkt Staub oder Wasser ausgesetzt werden dürfen. Sie sind für den Einsatz in einem Schaltschrank oder in einer sehr sauberen, temperaturgeregelten Umgebung vorgesehen.
Eine weitere wichtige Überlegung für Systemdesigner ist, dass die Einkabeltechnologie robustere Steckverbinder erfordert, die sowohl für die Strom- als auch für die Datenübertragung geeignet sind. Darüber hinaus verändern sich die mechanischen Anforderungen aufgrund der dezentralen Architektur. Der Antrieb kann in die Maschine selbst eingebaut oder oben auf der Maschine angebracht werden, wo er vertikal oder horizontal montiert werden kann.
Das Systemdesign erfordert daher mehr Aufmerksamkeit und Komplexität. Beachten Sie, dass einige Anwendungen besser für das traditionelle, zentralisierte Schaltschrankdesign geeignet sind. Dazu gehören Anwendungen in extrem rauen Umgebungen, wie zum Beispiel bei der Öl- und Gasförderung oder der Zementherstellung, da die Unterbringung der elektronischen Komponenten in einem Gehäuse einen zusätzlichen Schutz vor Staub, Schmutz, Wasser und Vibrationen bieten und in explosionsgefährdeten Umgebungen die Explosionsgefahr verringern kann.
Verbindungslösungen für die dezentrale Steuerung
Da sich immer mehr Hersteller für eine stärkere Modularisierung ihrer Prozesse und eine dezentrale Automatisierungssteuerung entscheiden, müssen sie auf robustere und zuverlässigere Komponenten und Steckverbinder umsteigen. Bei der Auswahl eines Partners für den Designprozess sollte ein Komponentenhersteller mit einer breiten Produktpalette in Betracht gezogen werden, der gleichzeitig Designunterstützung und anpassbare Lösungen bietet.
TE Connectivity (TE) verfügt über ein breites Portfolio an Komponenten und Steckverbindern für dezentrale Steuerungssysteme, die an die spezifischen Anforderungen Ihrer Kunden angepasst werden können. Die robusten und widerstandsfähigen Lösungen von TE sind selbst in den härtesten industriellen Umgebungen zuverlässig. Zu den Angeboten von TE für dezentrale Motoren und Antriebe gehören:
Intercontec Steckverbinder
Diese Steckverbinder bieten eine zuverlässige und einfach zu montierende Lösung, um eine Reihe von Anforderungen zu erfüllen. Ob Sie Strom-, Signal-, Datenverbindungen herstellen müssen – oder alle drei auf einmal: Unsere Intercontec-Steckverbinder bieten eine maßgefertigte Lösung für die Anwendung und ermöglichen eine Reduzierung von Ausfallzeiten sowie die Steigerung der Produktivität.
Robuste Steckverbinder (Heavy-Duty Connectors)
Erhöhen Sie die Flexibilität bei der Maschinenkonfiguration durch die Kombination von Signal-, Strom- und Datenübertragung unter härtesten Bedingungen. In Umgebungen mit Vibrationen, Staubgefahr, Temperaturschwankungen und mechanischen Stößen bieten diese Steckverbinder eine zuverlässige Lösung mit Aluminium oder Thermoplast-Gehäusen oder -Hauben mit Schutzgraden von IP65 bis IP69k.
Micro-Motor-Steckverbinder
Diese Steckverbinder mit separatem abgeschirmten Datenelement und verschiedenen Konfigurationsoptionen können an Ihre Anforderungen angepasst werden, um Strom und Signale für den Servomotor bereitzustellen.
Mini-I/O-Steckverbindersystem
Diese Steckverbinder erhöhen die Zuverlässigkeit in Umgebungen mit starken Schwingungen durch zwei Kontaktpunkte und verbessern die Zuverlässigkeit der Kommunikation.
Kundenspezifische Bremswiderstände
TE verfügt über ein breites Portfolio an Bremswiderständen in verschiedenen Größen und Bauformen für dezentrale Antriebsarchitekturen.
M8/M12-SPE-Hybridsteckverbinder
Das M8/M12 Steckverbindersystem von TE für industrielle Maschinenautomatisierungs- und Steuerungsanwendungen ist eine Lösung, die sichere und zuverlässige Kommunikation in industriellen Umgebungen gewährleistet. Diese Systeme bieten eine umfassende Lösung, die sich aus Steckverbindern, I/O-Modulen und Kabelsätzen zusammensetzt.
Board-to-Board Steckverbinder
Die hervorragende Signalintegrität reduziert negative Auswirkungen von elektrischem Rauschen. Diese Steckverbinder mit hohem Kraftschluss eliminieren unnötige Bewegungen in Anwendungen mit hoher Vibration. Steckverbinder von 3,96 mm bis 2 mm und Fine-Pitch- Bereiche bis 0,8 mm für kleinste Anforderungen.
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