להניע יעילות וקיימות בתעשיות עם פתרונות הינע ובקרה

איור 1‏: משאבות מים בתחנת כוח גדולה. (מקור תמונה: Shutterstock)

אל מול אתגרים סביבתיים והצורך באלקטרוניקה בת קיימא, תעשיות ברחבי העולם מחפשות פתרונות למיטוב התפעול שלהן ולמזעור חתימת הפחמן שלהן. ללא קשר לתעשייה, יש צורך לשלוט בתהליכים כדי להפחית את השימוש באנרגיה, לצמצם פסולת ולמקסם תפוקה.

מוצרי הינע ובקרה עובדים ביחד כדי לנהל את התנועה, המהירות והמיקום של‏ אלמנטים מכניים ביישומים אלקטרוניים. מוצרים אלה מתוכננים לספק בקרה מדויקת, יעילה ואמינה על היבטים שונים של תנועה, ולאפשר למכונות ולציוד לבצע את הפונקציות שלהם עם ביצועים אופטימליים ושגיאה מינימלית.

DigiKey, מפיצה עולמית של רכיבים אלקטרוניים, מציעה מבחר רחב של מוצרי הינע ובקרה מספקים מרובים כדי לאפשר ללקוחות לשפר את הקיימות והיעילות של המערכות האוטומטיות שלהם.

רכיבי ליבה של מערכות הינע ובקרה

בלב פתרונות ההינע והבקרה נמצאים מנועים חשמליים המשמשים כאמצעי העיקרי להמרת אנרגיה חשמלית לאנרגיה מכנית. ישנם מספר סוגים המשמשים ביישומים, כל אחד עם מאפיינים ויתרונות ייחודיים. לדוגמה, מנועי AC‏ ידועים בעמידות ונצילות שלהם וביכולתם לעבוד במהירויות גבוהות, מה שהופך אותם למתאימים לשימוש במכונות תעשייתיות, מערכות חימום, אוורור ומיזוג אוויר (HVAC) ויישומים אחרים היכן שביצועים אמינים לטווח ארוך הם חיוניים. מנועי DC, מצד שני, מציעים מומנט ובקרת מהירות מצוינים, מה שהופך אותם למתאימים היטב עבור יישומים הדורשים תנועה מדויקת, כמו רובוטיקה ומערכות רכב. מנועי צעד מספקים מיקום מדויק ביותר ומשמשים במדפסות 3D‏, מכונות CNC, והתקנים אחרים הדורשים תנועה אינקרמנטלית מדויקת. מנועי סרוו, עם זמני התגובה המהירים שלהם ותפוקת המומנט הגבוהה, משמשים ביישומים הדורשים תנועות מהירות ומדויקות, כגון מערכות תעופה-וחלל.

כדי לשלוט ביעילות ולהסדיר את הפעולה של מנועים, פתרונות הינע ובקרה סומכים על מגוון מניעים ובקרים. מניעי תדר משתנה (VFDs‏) משמשים לנהל את המהירות והמומנט של‏ מנועי AC, מאפשרים תפעול חלק, יעיל וחסכון באנרגיה. מניעי סרוו, המתוכננים במיוחד עבור מנועי סרוו, מספקים בקרה בחוג-סגור ומאפשרים מיקום ותנועה מדויקים ביותר. בקרי תנועה המסוגלים להתמודד עם מספר צירי תנועה בו זמנית משמשים ביישומים מורכבים בהם הם מתאמים ומסנכרנים את התנועה של רכיבים שונים עבור פעולה חלקה ומדויקת.

מפעילים (Actuators‏) גם ממלאים תפקיד מכריע במערכות הינע ובקרה, כיוון שהם אחראים על המרת אנרגיה לתנועה ועל אספקת כוח להנעת רכיבים מכניים. ידועים בתפוקת הכוח הגבוהה שלהם וביכולתם להתמודד עם עומסים כבדים, מפעילים (Actuators‏) הידראוליים משמשים בציוד בנייה, מכונות תעשייתיות, וכו', היכן שנדרש כוח גולמי. מפעילים (Actuators‏) פנאומטיים, שמסתמכים על אוויר דחוס כדי לייצר תנועה ולספק זמני תגובה מהירים, משמשים ביישומים הכוללים תנועות חוזרות מהירות, כגון אריזות ופסי ייצור. מפעילים (Actuators‏) חשמליים, כולל ליניאריים וסיבוביים, מספקים בקרה מדויקת ביישומים כגון התקנים וציוד רפואי, רכב ותעופה וחלל.

איור 2‏: מערכת מצלמות חיישן ראייה רובוטי במפעל חכם. (מקור תמונה: Shutterstock)

חיישנים, התקני משוב ומערכות בקרה

כדי להבטיח שמערכות הינע ובקרה פועלות ברמת הדיוק והאמינות הגבוהה ביותר, חיישנים והתקני משוב משמשים לניטור ולמדידת היבטים שונים של‏ תנועה. חיישני מיקום, כגון פוטנציומטרים לינאריים וסיבוביים, מספקים נתוני זמן-אמת על המיקום המדויק של אלמנטים‏ מכניים, מאפשרים מיקום ועקיבה מדויקים. אנקודרים, כגון אינקרמנטליים ומוחלטים, משמשים כדי לקבוע את המיקום הזוויתי והמהירות הזוויתית של‏ מוטות מסתובבים, מאפשרים בקרה מדויקת של מהירות ומיקום. רזולברים, דומים לאנקודרים אך מתוכננים עבור שימוש בסביבות קשות, גם כן מציעים דיוק ואמינות גבוהים ביישומים רגישים.

קושרות את כל הרכיבים הללו יחד הן מערכות הבקרה שמתזמרות ומנהלות את התפעול הכולל של פתרונות תנועה ובקרה. בקרים לוגיים ניתנים לתכנות (PLCs), מחשבים תעשייתיים קשיחים המתוכננים עבור בקרה ואוטומציה, מטפלים בו-זמנית באותות כניסה ויציאה מרובים באוטומציה של מפעלים, בקרת תהליכים ויישומים אחרים. מחשבים אישיים תעשייתיים, שמציעים גמישות גבוהה יותר וכוח עיבוד רב יותר מבקרי PLC, משמשים לעתים קרובות יחד עם תוכנת בקרת תנועה מתקדמת לדמות אלגוריתמים של בקרת תנועה במערכות מורכבות מרובות צירים.

רכיבי הינע ובקרה ביישומים תעשייתיים

פתרונות הינע ובקרה הם חיוניים עבור שיפור נצילות, דיוק ופרודוקטיביות במגוון רחב של תהליכים תעשייתיים. לדוגמה, הם מנהלים ציוד כמו זרועות רובוטיות וכלי מכונה כדי לשפר את התפעול התעשייתי ולמזער שגיאות. במפעלי רכב ובמחסנים, מערכות הינע ובקרה מתאמים את התנועה של רובוטים תעשייתיים, רובוטים שיתופיים (קובוטים) ורובוטים ניידים אוטונומיים (AMRs) כדי לבצע משימות כמו טיפול, הרכבה ובדיקה. באופן דומה, ביישומי אריזה תעשייתיים, פתרונות הינע ובקרה אוספים ומובילים פריטים כמו קופסאות ומשטחים תוך שימוש במערכות מסוע, מכונות מיון ומערכות אחסון/אחזור (AS/RS) אוטומטיות.

בסקטור הרפואי, מערכות הינע ובקרה מעצבים את האופן שבו שירותי הבריאות נמסרים ומתבצע המחקר. הם מאפשרים מיקום מדויק, מינון, ואוטומציה בהתקנים וציוד רפואי, כגון רובוטים כירורגיים, מערכות הדמיה דיאגנוסטיות ומכשור מעבדה. לדוגמה, רובוטים כירורגיים מצוידים ברכיבי הינע ובקרה יכולים לבצע ניתוחים עם דיוק ומינימום פולשניות, לקצר זמני החלמה של מטופלים ולשפר תוצאות כוללות. מערכות טיפול בנוזלים אוטומטיות במעבדות מחקר פרמצבטיות משתמשות גם כן במערכות הינע ובקרה כדי לחלק ולערבב ריאגנטים בצורה מדויקת, לייעל את תהליך גילוי התרופה ולהאיץ את הפיתוח של טיפולים חדשים.

התעשיות הבטחוניות והתעופה-וחלל גם כן תלויות בפתרונות הינע ובקרה מדויקים עבור יישומים קריטיים-למשימה כמו מיקום לוויינים, מערכות בקרה של כלי-טיס והנחיית טילים. במגזרים אלה, אפילו הסטייה הקלה ביותר מהתנועה או המיקום המיועדים יכולה להיות קטסטרופלית. טכנולוגיות הינע ובקרה מבטיחות שמערכות אלו פועלות עם דיוק ואמינות יוצאים מן הכלל, מאפשרות ללוויינים לשמור על מסלולם, מטוסים לטוס בבטחה וטילים להגיע למטרות. יתר על כן, פתרונות אלה מאפשרים את הפיתוח והבדיקה של טכנולוגיות תעופה וחלל וביטחון, מאפשרים למהנדסים לדמות ולאמת מערכות מורכבות לפני פריסתן בשטח.

הבנת האסטרטגיה מרובת הספקים של DigiKey

על ידי שיתוף פעולה עם ספקים מרובים, DigiKey‏ מבטיחה שלמהנדסים ולמתכנני מערכות תהיה גישה למגוון רחב של מוצרים. אסטרטגיה זו לא רק מגדילה מגוון מוצרים אלא גם משפרת זמינות, מעודדת תמחור תחרותי, ומספקת גישה לשפע של מומחיות טכנית. יתרון אחד ברור של הגישה מרובת הספקים של‏ DigiKey‏ הוא היכולת לספק שורה של דרישות תעשייתיות. בין אם מדובר במנוע צעד קומפקטי למכשור מדויק או מניע סרוו בעל מומנט גבוה לאוטומציה תובענית, המלאי של DigiKey‏ מציע‏ פתרון עבור כל היישומים. מגוון זה מאפשר למהנדסים למצוא את המוצרים המתאימים ביותר עבור הצרכים הספציפיים שלהם היכולים למטב ביצועי מערכת כוללים ויעילות. יתר על כן, על ידי מיקור מספקים מרובים, Digikey ממזערת את הסיכון לשיבושים בשרשרת האספקה, כשיצרן אחד נתקל בבעיות ייצור או עיכובים, ניתן להשיג מוצרים חלופיים מספקים אחרים ולהבטיח אספקה אמינה ועקבית ללקוחות. חוסן זה עושה את כל ההבדל במתקנים תעשייתיים היכן שאפילו זמן דמימה מינימלי יכול להשפיע באופן משמעותי על משאבים, תקציבים ותפעול.

מוצרי הינע ובקרה מתקדמים מחברות מובילות בתעשייה

השותפויות של Digikey עם יצרנים מובילים כגון Schneider Electric‏, Siemens‏ ו-Omron מראות את המחויבות שלה לאיכות וחדשנות. ענקי תעשייה אלה ידועים בפתרונות ההינע והבקרה החדשניים שלהם, המשלבים תכונות וטכנולוגיות מתקדמות לקדם יעילות וקיימות.

המתנע הרך‏ Altivar™ ATS480‏ של Schneider Electric (איור 3‏) בונה על ביצועי ההפעלה/ההשבתה של‏ איטרציות קודמות כדי להאריך עוד יותר את חיי הציוד ולמקסם את זמינות היישומים בסביבות תובעניות. ה-Altivar 212 VSD מספק קלות שימוש ובטיחות מקסימלית עבור אינטגרטורים של מערכות ומשתמשי קצה במערכות מיזוג אוויר (HVAC), תוך חיסכון באנרגיה ושיפור נוחות וניהול מבנים. באופן דומה, ה-ATV320 VFD מספק בטיחות, אמינות ופשטות בגורמי צורה קומפקטיים להתקנה פשוטה יותר וניצול יעיל של החלל.

איור 3‏: מתנע רך Schneider Electric Altivar™ ATS480.‏ (מקור תמונה: Schneider Electric‏)

קו מוצרי Easy TeSys של Schneider Electric כולל מתנעי מנוע ידניים עם הגנה מגנטית של פי 13 מהגדרת החוגה המרבית, ממסרי עומס-יתר תרמי עם חיבורי הדקים של מהדק בורג, ומגעוני (Contactors)‏ 3-קטבים המציעים אורך חיים של כמיליון הפעלות חשמליות. התקנים אלה נועדו להחליף ולהגן על יישומי מנוע נפוצים. מתנעי מנוע מתקשרים TeSys™ island מבטלים את חיווט הבקרה ו-PLC IO באמצעות קליק של כבל שטוח יחיד, תוך מתן גישה לנתונים באמצעות פרוטוקולים של תקשורת תעשייתית.

מניעי SINAMICS V20 של Siemens, עם התכנון הקומפקטי, החזק והקשיח שלהם, הם אידיאליים לשימוש במגוון יישומי הינע בסיסיים במתקני עיבוד וייצור. יתר על כן, מכללי מגעון ההיפוך מסדרת SIRIUS 3RA23 מונעים טעויות חיווט במעגל הראשי ובמעגל הבקרה. בקרי מגעוני SIRIUS מציעים אפשרויות גמישות למיתוג עומסים חשמליים, עם אפשרויות מנגנון הפעלה קונבנציונלי ומצב מוצק.

מניעי תדר משתנה מסדרת MX2 של Omron מציעים בקרת מנוע ומכונה מתקדמת תוך שימוש בטכנולוגיית VFD עבור עבודה מדויקת, חיסכון באנרגיה והגנה מפני תקלות. באמצעות התכן והאלגוריתמים המתקדמים שלהם, ה-MX2 מספק בקרה חלקה מטה עד אפס-מהירות ויכולת בקרת מומנט בחוג פתוח.

איור 4‏: ממסר עומס-יתר תרמי Schneider Electric TeSys‏.‏ (מקור תמונה: Schneider Electric‏)

שיפור הקיימות בקו ייצור אוטומטי

כדי להדגים את השפעת טכנולוגיות ההינע ובקרה על קיימות, נסתכל על קו ייצור‏ אוטומטי במפעל ייצור. מבקרה מדויקת של‏ מהירויות מסוע ומנועי מכונת אריזה עד האינטגרציה של זרועות‏ רובוטיות ויישום‏ מערכות בטיחות, רכיבים אלו מאפשרים ליצרנים להשיג את היעדים שלהם של‏ צמצום צריכת אנרגיה ובזבוז, תוך כדי הבטחת הבטיחות והאמינות של‏ תפעול:

מערכות מסוע: בקו הייצור האוטומטי, מערכות מסוע משחקות‏ תפקיד עיקרי בשינוע חומרים ומוצרים בין דרגות הייצור השונות. על ידי שילוב Altivar 212 VSD‏ של Schneider Electric‏ או VFD מסדרת Omron MX2, ניתן לווסת את מהירות מנוע‏ המסוע כדי להתאימה לקצב הייצור הנדרש. על ידי הבטחה שהמסוע רץ במהירות אופטימלית, צריכת האנרגיה היא‏ נמוכה יותר, ויש פחות בלאי על רכיבים מכניים. נוסף לכך, מתנעים רכים כמו מתנע רך‏ Altivar™ ATS480‏ של Schneider Electric מספקים התנעה ועצירה חלקה של מנועי מסוע, מפחיתים מאמצים מכניים ומאריכים את תוחלת החיים של הציוד.

מכונות אריזה: מכונות אריזה הן חלק‏ בלתי נפרד מקו הייצור האוטומטי, אחראיות על עטיפת, סגירת והדבקת תוויות מוצרים. מכונות אלו דורשות לרוב בקרה מדויקת של מהירות ומומנט מנוע כדי להבטיח אריזה מדויקת ועקבית. על ידי שילוב מניעי ATV320 VFD‏ של Schneider Electric, מנועי מכונת אריזה ניתנים לבקרה בדיוק גבוה, תוך שיפור הביצועים הכוללים והיעילות האנרגטית של המערכת.

זרועות רובוטיות: זרועות רובוטיות משמשות באופן נרחב בקווי ייצור אוטומטיים עבור משימות כמו טיפול בחומרים, הרכבה וביקורת איכות. כלים אלה דורשים בקרה מדויקת של‏ צירי‏ תנועה רבים כדי לבצע את המשימות שלהם בדייקנות וביעילות. מתנעי מנוע מתקשרים TeSys island של Schneider Electric‏ מציעים בקרה על מנועי זרוע רובוטית. על ידי מניעת הצורך בחיווט מורכב ו-PLC IO, ה-TeSys island מסייע גם בהתקנה מהירה יותר והגדרת תצורה קלה יותר של מערכת הבקרה של זרוע הרובוט. הממשק הדיגיטלי המובנה וכלי הגדרת התצורה החכם מפשטים הכנסה לשירות וכוונון, בעוד היכולת לגשת אל נתונים קריטיים באמצעות פרוטוקולי תקשורת מאפשרת ניטור מרחוק ותחזוקה חזויה.

משאבות ומאווררים: משאבות ומאווררים הם חיוניים בהיבטים שונים של קו ייצור אוטומטי, ‏כמו מערכות קירור, יחידות כוח הידראוליות ומערכות אוורור. אופטימיזציית הביצועים ש‏ל רכיבים אלו יכולה להקטין את צריכת האנרגיה ולהבטיח זמן פעולה תקינה מרבי. מניעי SINAMICS V20 של Siemens‏, עם התכן הקומפקטי והמוקשח שלהם, מתאימים עבור בקרת משאבות ומאווררים בסביבות תעשייתיות. מניעי ה-SINAMICS V20 מציעים פונקציות שונות, כולל בקרת PID‏, בקרת משאבות-מרובות ומצבי חיסכון באנרגיה.

מערכות בטיחות: הבטחת בטיחות העובדים והציוד היא בעלת חשיבות עליונה במתקני ייצור. עם מכללי מגעון (Contactor) מדורגי-בטיחות, קווי ייצור יכולים להשיג‏ רמה גבוהה של‏ בטיחות, להקטין את הסיכון של‏ תאונות וזמן דמימה. מכללי מגעון הופך מסדרת SIRIUS 3RA23 של Siemens יכולים ליישם פונקציות בטיחות במערכות בקרת המנוע. מכללים אלה משתלבים בצורה חלקה בתוך מערכות בטיחות פונקציונליות בהתאם לתקנים בינלאומיים כגון IEC 61508 ו-ISO 13849-1. מאפייני הנעילה המכניים והחשמליים המשולבים של סדרת ה-3RA23 גם מונעים טעויות חיווט ומבטיחים פעולה בטוחה של היפוך‏ מעגלי מנוע.

איור 5‏: זרועות רובוט תעשייתי חכם עבור ייצור דיגיטלי במפעל. (מקור תמונה: Shutterstock)

סיכום

פתרונות הינע ובקרה מתקדמים הם מניעים קריטיים של יעילות וקיימות במגוון רחב של תעשיות. על ידי שילוב טכנולוגיות אלו בקווי ייצור אוטומטיים, יצרנים משפרים יעילות תפעולית, מקטינים צריכת אנרגיה, ממזערים בזבוז חומרים ומאריכים חיי ציוד. סל מוצרי DigiKey המסופקים על ידי ספקים מרובים מאפשר למהנדסים ומתכננים ליצור מערכות המספקות ביצועים עיליים תוך כדי היותן ידידותיות לסביבה. Digikey‏ מספקת‏ פלטפורמה שבה מהנדסים יכולים לחקור, להשוות ולרכוש את מוצרי ההינע והבקרה המתאימים ביותר עבור היישומים שלהם.