Elektrické, pneumatické a hydraulické pohony na MSV v Brně

Elektrické, pneumatické a hydraulické pohony na MSV v Brně

Elektrické, pneumatické a hydraulické pohony jsou významnou součástí téměř každého automatizačního řešení. Na MSV jim je vyčleněn samostatný oborový portál s názvem Pohony, hydraulika a pneumatika, chladicí technika a klimatizace.

Elektrické pohony
Dominantní postavení v oblasti elektrických pohonů v průmyslových aplikacích mají frekvenčně řízené pohony s asynchronními motory. Velkým zvratem v konstrukci jejich řídicí části bylo zavedení výkonových polovodičových součástek. Jako velmi perspektivní součástka pro moderní měniče frekvence se jeví IGBT – bipolární tranzistor s izolovanou řídicí elektrodou.

Pro pohony s velkými nároky na přesnost řízení se pro regulaci pohonu používají v podstatě dva principy: vektorové řízení a přímé řízení momentu. V obou se využívá mnoha poznatků z teorie automatizace: potřebné jsou velmi rychlé výpočty matematického modelu pohonu v podobě diferenciálních rovnic a četné moderní pohony disponují i funkcemi autoidentifikace a optimalizace parametrů, využívající např. učení pomocí neuronových sítí nebo fuzzy logiku.

Frekvenční měniče různých výrobců se liší především rozsahem doplňkových funkcí a možnostmi komunikace. Příkladem moderního měniče frekvence je měnič SJ300 firmy Hitachi (v ČR je distribuován firmou AEF, s. r. o., Brno). Jde o měnič s vektorovým řízením s on-line i off-line autodetekcí a s fuzzy řízeným rozběhem a doběhem. Jinou novinku je možné najít v sortimentu firmy Siemens: malý měnič frekvence Micromaster 410 (0,12 až 0,75 kW) určený pro nepříliš komplikované úlohy, např. pro balicí nebo textilní stroje. Z opačného konce výkonového spektra jsou nové typy měničů firmy Lenze: 9300 vector s výkonem do 400 kW určený např. pro velké kompresory nebo navíjecí stroje nebo 8200 vector s výkonem do 110 kW pro klimatizaci velkých budov.

V automatizaci a především v robotice se však používají i mnohá speciální řešení, kde kritériem pro konstrukční návrh není jen účinnost pohonu, ale také jeho velká přesnost, dobrá zatížitelnost a malé rozměry. Klasické servopohony se stejnosměrnými motory s permanentními magnety ustupují v této oblasti motorům bezkomutátorovým. Velkého rozšíření doznaly krokové motory (zajímavé produkty ze sortimentu krokových motorů americké firmy Pacific Scientific na veletrhu vystaví firma Microcon s. r. o.). Pro dynamicky náročné aplikace s výkonem do 10 kW lze použít servopohony se synchronními motory s permanentními magnety. Mají sice nižší účinnost a vyšší cenu než klasické servopohony s asynchronními motory, ale v automatizačních aplikacích uživatelé ocení především malé rozměry a dobré dynamické vlastnosti.

Stále častější jsou integrovaná řešení, kdy jeden modul plní funkci řízení pohybu i programovatelného automatu. Příkladem může být Servo PLC 9300 (Lenze), modul, který kombinuje v jediném hardwaru měnič frekvence a PLC a umožňuje nejen nastavovat parametry pohonů, ale i programovat pohybové úlohy podle IEC 61131 a má k dispozici širokou paletu již připravených bloků a technologických funkcí.

Požadavky kladené na řízení pohonu a na PLC jsou však dosti odlišné a není jednoduché vymyslet univerzální zařízení. Firma Mitsubishi Electric (zastoupená v ČR firmou Autocont Control Systems) proto zvolila odlišné řešení: koncept jednoho zařízení se dvěma procesorovými jednotkami CPU. První procesor řídí připojené servopohony a stará se o jejich synchronizaci, druhý obstarává funkce PLC (je kompatibilní s PLC řady AnS). Samozřejmostí jsou bohaté možnosti komunikace (Profibus, DeviceNet, CC-Link).

Příkladem ještě jiné koncepce mohou být servopohony ACOPOS (B&R automatizace s. r. o.). K digitálnímu řídicímu modulu – servozesilovači – lze připojit jak synchronní, tak asynchronní motory, v modulu je realizována proudová, rychlostní i polohová smyčka a do zpětné vazby lze zapojit inkrementální i absolutní snímače nebo resolvery. Servozesilovač zároveň provádí veškeré výpočty potřebné pro funkce víceosého řízení (elektronické a spínací vačky, synchronizace mezi více pohony), ovšem funkce PLC zde realizovány nejsou. PLC nebo jiná nadřízená jednotka je k pohonu připojena pomocí komunikační sítě B&R Automation Net, přičemž se pohon stává integrovanou součástí celé aplikace. Varianta, v níž programovatelný automat není integrován přímo v řídicí jednotce pohonu, umožňuje přizpůsobit výkon PLC dané aplikaci a přitom lze snadno propojit řídicí i pohybové úlohy.

V současné době je těžké rozhodnout, která ze tří představených koncepcí se nakonec prosadí, neboť každá má své výhody a nevýhody a každá nachází své zákazníky.

V souvislosti s automatizaci nelze zapomenout ani na lineární pohony. V České republice je tradičním výrobcem VUES Brno a. s., který vyrábí synchronní i asynchronní lineární motory s tažnou silou od 100 N do 20 kN.

Zajímavost na závěr: firma Maxon Motor (v ČR zastoupená firmou Uzimex) vyvinula pohon menší než tužková baterie (průměr 6 mm, délka 8 mm). Kompaktní pohon obsahuje bezkomutátorový stejnosměrný motor s otáčkami do 100 000 za minutu, převodovku 1 : 160 a digitální servozesilovač.

Hydraulické pohony
Hydraulické pohony konkurují elektromechanickým pohonům především příznivým poměrem hmotnosti a výkonu (mobilní stroje – stavební, zemědělské), možností jednoduše přeměnit výkon na značnou sílu (lisy), spolehlivostí a možností realizovat přenos energie i u prostorově složitých strojů (manipulátory a roboty). Na MSV v Brně se představí řada českých výrobců hydraulických prvků (mj. Jihostroj, a. s., který vyrábí např. zubové hydrogenerátory a hydromotory, nebo Jihlavan, a. s., s moderními systémy řízení tlaku a průtoku kapaliny).

Ani hydraulickým pohonům se nevyhýbá decentralizace řídicích funkcí přímo do jednotky pohonu. Svědčí o tom novinka firmy Bosch Rexroth, hydraulický ventil OBE. Elektronický modul, integrovaný přímo ve ventilu, umožňuje zpracovat signály snímačů polohy nebo tlaku a realizovat tak zpětnou vazbu, nutnou např. u plastikářských strojů, bez nutnosti instalovat pro to samostatný řídicí automat. Ventil je možné napojit na řídicí systém stroje pomocí sběrnic CAN nebo Profibus.

Pneumatické pohony
Pneumatické přímočaré motory jsou pro realizaci přímočarých pohybů v automatizaci rozhodně nejužívanějším prvkem. Elektrické pohony jim nemohou konkurovat ani velikostí, ani cenou, ani šíří sortimentu. Typové řady klasických pístových pneumatických motorů jsou velmi jemně odstupňovány podle průměru pístu a zdvihu. Nabídka normalizovaných profilů válců usnadňuje konstrukci strojů. Pro speciální aplikace nabízejí mnozí výrobci kromě ucelených typových řad pneumatické válce na zakázku. Na MSV to budou např. firmy Stránský a Petržík pneumatické válce, spol. s r. o., nebo Poličské strojírny, a. s. ,

Široký sortiment bezpístnicových pohonů na MSV představí např. firma Fluidtechnik Bohemia, s. r. o. K dispozici jsou i kompaktní bloky bezpístnicových pohonů včetně lineárního vedení, např. CY1 od firmy SMC Industrial Automation. Novinkou je pohon CY1F, bezpístnicový pohon s lineárním vedením a s magnetickou spojkou, jenž se od starších typů liší kompaktní konstrukcí a velkou přesností. Samozřejmostí je možnost použít koncové dorazy, snímače polohy a tlumiče nárazů.

V oblasti ovládacích rozváděčů a ventilů jde vývoj cestou jejich sdružování do kompaktních bloků s centrálním přívodem a odvodem vzduchu. Z mnoha výrobků upozorněme alespoň na horkou novinku – miniaturní ventilové terminály Smart Cubic firmy Festo, které se uplatní především pro ovládání malých pohonů v mechatronice nebo montáži elektroniky. I když jejich průřez je jen 40 × 40 mm, nejsou nijak ochuzeny o funkce standardních ventilových terminálů.

Pneumatika pomáhá i při manipulaci s materiálem. Mezi speciální pneumatické mechanismy patří pneumatická chapadla. Miniaturizovaná pneumatická chapadla Micro HGWM a HGPM jsou další novinkou firmy Festo.Pro uchopení materiálu je někdy výhodnější než mechanická pneumatická chapadla použít jiný pneumaticky ovládaný prvek: vakuové přísavky. Sortiment mnoha přísavek firmy Piab najdou zájemci na veletrhu ve stánku firmy Ota Fejfar. Z dalším komponent firmy Piab lze zvlášť upozornit na vakuové pumpy, z nichž nová je pumpa Classic MP, jež je díky velké účinnosti, malým rozměrům, spolehlivosti a bezúdržbovému provozu vhodná především pro náročné průmyslové aplikace.

(VB)