Il passaggio dagli azionamenti pneumatici a quelli elettri ci è uno sviluppo ben noto nel settore. Tuttavia, negli ultimi anni, questo tema ha acquisito un notevole slancio. Ciò è dovuto al continuo aumento della pressione sui costi e ai requisiti sempre più stringenti per la riduzione delle emissioni di CO2. In entrambi i settori prevalgono i vantaggi delle soluzioni elettriche. Questo articolo del blog illustra, con l'esempio degli OEM dell'industria automobilistica, come gli alimentatori industriali intelligenti supportino la transizione dagli azionamenti pneumatici a quelli elettrici.
Gli azionamenti elettrici e pneumatici presentano ciascuno vantaggi e svantaggi.
Gli azionamenti pneumatici sono economici da acquistare, facili da usare, offrono un'elevata resistenza ai sovraccarichi e sono robusti contro le condizioni ambientali, come le fluttuazioni di temperatura e la maggiore esposizione alla polvere. Tuttavia, gli azionamenti pneumatici richiedono una generazione centralizzata e continua di aria compressa, che comporta un notevole impegno. È necessario distribuire e mantenere una pressione costante in tutto lo stabilimento. Se si verifica una perdita di aria compressa a causa di una perdita nel sistema, questa deve essere rapidamente identificata e riparata, il che comporta un elevato impegno di manutenzione.
Soprattutto nelle applicazioni con molti cicli di commutazione, le elevate perdite di energia dovute alla scarsa efficienza sono significative durante il funzionamento. Anche nei moderni sistemi ad aria compressa, la maggior parte dell'energia viene dispersa come calore residuo. Inoltre, il sistema di aria compressa deve essere sempre pronto all'uso e quindi in funzione, il che comporta un elevato consumo energetico. Ciò comporta costi di esercizio ed emissioni di CO2 generalmente elevati.
Azionamenti elettrici combinati con servomotori offrono una migliore efficienza energetica e consentono velocità e precisione elevate. Grazie ai microprocessori integrati, la maggior parte dei componenti elettrici dispone di una gamma di funzioni più ampia e consente l'accesso ai dati dell'applicazione in collegamento con un sistema di monitoraggio centrale. I costi operativi sono generalmente inferiori e l'impronta di CO2 può essere ridotta in modo sostenibile. Inoltre, l'elettricità può essere facilmente distribuita in fabbrica, quasi senza perdite. La capacità di convertire e immagazzinare l'elettricità è un altro vantaggio. Entrano in gioco anche nuove tecnologie, come la trasmissione wireless dell'energia. Le soluzioni elettriche sono anche molto più silenziose, il che riduce l'inquinamento acustico per la forza lavoro.
Tuttavia, le unità elettriche sono più costose da acquistare. Inoltre, i sistemi sono più complessi rispetto alle soluzioni pneumatiche e possono richiedere l'adeguamento delle apparecchiature esistenti.
Gli OEM sono generalmente cauti nel modificare sistemi già collaudati. Tuttavia, la pressione economica, politica e sociale sull'efficienza energetica spinge sempre più produttori a scegliere la strada puramente elettrica . Pertanto, i nuovi impianti industriali spesso omettono l'installazione di un sistema pneumatico fin dall'inizio. Come spesso accade, l'industria automobilistica e i suoi fornitori stanno assumendo un ruolo pionieristico in questo senso. I numerosi progetti di passaggio dalla pneumatica all'elettricità che PULS ha accompagnato in questo segmento avevano una cosa in comune: il giusto sistema di alimentazione è fondamentale per il successo.
Alimentazione decentralizzata dei sistemi di trasporto
Nell'industria automobilistica, tutto, dalle grandi parti di carrozzeria e dai motori pesanti ai componenti del magazzino di minuteria, viene trasportato attraverso nastri trasportatori lunghi chilometri e sistemi di trasporto senza conducente. Nello stabilimento BMW di Regensburg, in Germania, le sole linee di assemblaggio hanno una lunghezza totale di 5,5 km.
Quando gli stopper, i deviatori e le unità di sollevamento e rotazione dei sistemi di trasporto vengono convertiti da azionamenti pneumatici a elettrici, l' alimentazione decentrata e protetta è l'ideale. A tal fine, sono necessari alimentatori potenti e poco ingombranti con sufficienti riserve di energia direttamente sul campo. Si eliminano le linee di alimentazione lunghe e soggette a perdite e si aumenta la flessibilità.
A questo scopo PULS ha sviluppato la categoria di prodotti "Alimentatori da campo" che consiste in alimentatori da 360 W e 600 W con elevate classi di protezione IP54, IP65 e IP67, oltre a numerose opzioni di connettore.
Ulteriori caratteristiche, come fino a quattro uscite integrate a corrente limitata, garantiscono la sicurezza delle utenze elettriche. Con questi eFuse integrati nell'alimentatore, è possibile realizzare la distribuzione selettiva dell'alimentazione, la protezione e il monitoraggio al di fuori dell'armadio di controllo.
Gli alimentatori di campo sono molto robusti sia dal punto di vista meccanico che elettrico e resistono a condizioni ambientali difficili come umidità, esposizione alla polvere e vibrazioni.
Riserve di potenza sufficienti per le sequenze di movimento dinamiche
Anche per i cobot, i robot più piccoli e le applicazioni decentralizzate nell'industria automobilistica, gli azionamenti elettrici sono diventati la prima scelta.
Il motivo è anche il significativo progresso tecnologico dei motori elettrici. Negli ultimi anni, questi hanno contribuito a rendere gli azionamenti elettrici una vera alternativa alla pneumatica. I motori generano una grande potenza con dimensioni e peso ridotti. Tuttavia, i movimenti rapidi che i motori elettrici consentono, ad esempio nelle applicazioni robotiche, richiedono alimentatori in grado non solo di gestire carichi più elevati a breve termine, ma anche di elaborare l'energia rigenerativa risultante.
Molti alimentatori PULS sono dotati di una generosa riserva di energia, nota come BonusPower. Numerosi alimentatori per guida DIN della collaudata famiglia di prodotti DIMENSION forniscono fino al 150% di potenza per 4 secondi. Gli alimentatori da campo FIEPOS raggiungono anche il 200% di potenza per 5 secondi grazie a BonusPower. Le prossime famiglie di prodotti per montaggio su guida DIN, attualmente in fase di sviluppo, supereranno ulteriormente questi valori in termini di prestazioni di picco e dinamica.
Grazie alle generose riserve di potenza, il sovradimensionamento dell'alimentatore non è necessario, con conseguente risparmio di costi e di spazio.
Ricarica wireless di veicoli a guida autonoma e robot mobili
Gli azionamenti pneumatici, soggetti a perdite, stanno diventando sempre più rari nei veicoli a guida autonoma (AGV) e nei carrelli industriali. I produttori si affidano invece a soluzioni elettriche, più adatte alle applicazioni mobili. Tuttavia, per un'alimentazione efficiente e per la ricarica delle batterie durante il funzionamento, è necessaria prima di tutto un'infrastruttura di ricarica adeguata nelle fabbriche.
Diversi produttori automobilistici leader utilizzano già l'innovativa tecnologia di ricarica wireless della Business Unit Wiferion PULS per la ricarica di AGV e cobot.
Latecnologia di ricarica senza contatto di Wiferion consente a questi veicoli di rimanere continuamente in funzione senza interruzioni di ricarica o interventi manuali. La ricarica wireless offre vantaggi significativi rispetto ai sistemi di ricarica tradizionali, come l'eliminazione dell'usura meccanica o del rischio di inciampare nei cavi o nelle strisce di contatto.
Con i sistemi etaLINK e CW di Wiferion, AGV e robot mobili possono essere ricaricati in modo efficiente e autonomo durante il loro normale ciclo di lavoro, ad esempio durante le brevi soste nelle stazioni. L'eliminazione di lunghi tempi di inattività per l'assunzione di energia aumenta notevolmente la disponibilità della flotta. Il trasferimento di energia avviene direttamente tramite le piastre di ricarica, che consentono un'elevata tolleranza di posizionamento e avviano il processo di ricarica in meno di un secondo.
Con gli affermati sistemi da 3 kW e il nuovo da 1 kW, la tecnologia Wiferion è attualmente leader sul mercato. Le soluzioni esenti da manutenzione consentono un significativo aumento dell'efficienza della flotta e della sicurezza operativa - ideali per l'uso continuo 24/7 in ambienti difficili come l'industria automobilistica e logistica.
Aumentare la disponibilità del sistema attraverso i dati applicativi
Ogni minuto di fermo del sistema è estremamente costoso. Gli OEM dell'industria automobilistica cercano quindi di ridurre al minimo i cosiddetti tempi di inattività delle macchine e dei sistemi di trasporto.
Con gli azionamenti pneumatici, c'è il rischio di una perdita nel sistema di aria compressa che deve essere prima localizzata. Gli azionamenti elettrici sono più facili da gestire in termini di controllo e manutenzione preventiva.
PULS offre alimentatori con diverse interfacce di comunicazione, tra cui IO-Link, EtherCAT e alimentatori con display integrati. Ciò consente un accesso facile e rapido ai dati dell'applicazione e alle funzioni dell'alimentatore.
Sulla base dei dati di alimentazione, i costruttori e gli operatori possono ottimizzare ulteriormente le loro macchine in termini di efficienza e produttività. EtherCAT (ad esempio, CP10.241-ETC o CP20.241-ETC) è ideale per il monitoraggio, la registrazione e il controllo remoto di sistemi complessi grazie alla trasmissione di dati in tempo reale.
I dati sull'alimentazione sono particolarmente vantaggiosi all'interno dei loop di controllo in tempo reale. Gli operatori possono controllare in modo ottimale gli azionamenti o altre utenze ad alto consumo energetico per mantenere ladomanda dinamica di energia entro le capacità del sistema di alimentazione. Questo utilizzo ottimale degli alimentatori consente di migliorare l'efficienza del sistema. In particolare, gli alimentatori, insieme ad altri componenti del sistema, consentono di reagire in modo automatico a condizioni di funzionamento non pianificate che in precedenza portavano spesso a tempi di inattività o addirittura a danni.
Ad esempio, l'alimentatore fornisce misure precise della corrente di uscita, cioè della corrente di carico. Utilizzando questi valori finemente campionati, è possibile riconoscere e descriverei profili di carico digitali .
In base alle informazioni sulla corrente di uscita, l'operatore può determinare se un carico, ad esempio un motore elettrico, cambia su un lungo periodo. Questa variazione può essere un'indicazione di usura. Nel caso di profili usurati, è possibile riconoscere un'onda sinusoidale nel profilo di carico. L'analisi computerizzata dei dati aiuta a rilevare e segnalare tempestivamente questa anomalia. In questo modo, è facile sostituire il componente usurato prima che si verifichino un guasto e un'interruzione del sistema.
Aumento dell'efficienza nel funzionamento 24/7 e riduzione delle emissioni di CO2
La scelta di un azionamento elettrico è solo uno dei fattori che incidono positivamente sull'efficienza e sulbilancio di CO2 . Anche gli alimentatori ad alta efficienza favoriscono questo processo. Maggiore è l'efficienza di un alimentatore, minori sono le perdite di potenza e quindi lo spreco di energia. PULS ora raggiunge efficienze superiori al 96% con i suoi alimentatori.
Un esempio di calcolo illustra l'importanza di questo valore. Con un'efficienza del 96,4% (ad esempio, con l'SP960.241-S), si verificano perdite del 3,6%. Per l'alimentatore corrispondente con una potenza di uscita di 960 W, la perdita di potenza è quindi di 34,5 W, che viene dissipata come calore nell'ambiente.
Un esperimento di riflessione mostra il significato di ogni punto percentuale di efficienza. Se riduciamo l'efficienza al 92%, le perdite aumentano di 76,8 W, più del doppio.
Applicando questo dato al numero totale di alimentatori in una fabbrica e considerando il raffreddamento aggiuntivo, si ha un impatto significativo sul bilancio di CO2. Maggiore è l'efficienza di un alimentatore, minore è lo spreco di energia e quindi le emissioni di CO2 .
Sintesi: transizione efficiente dagli azionamenti pneumatici a quelli elettrici
La crescente pressione sui costi e i requisiti più severi in materia di riduzione delle emissioni di CO2 determinano il passaggio dagli azionamenti pneumatici a quelli elettrici nell'industria. Gli azionamenti elettrici offrono una migliore efficienza energetica e minori costi operativi, sebbene siano più costosi e complessi da acquistare. Soprattutto nell'industria automobilistica, è evidente che l'alimentazione decentralizzata con alimentatori potenti aumenta la flessibilità e riduce al minimo le perdite di energia. PULS supporta la transizione dagli azionamenti pneumatici a quelli elettrici con soluzioni di alimentazione industriali adeguate. Questo non solo contribuisce a ridurre l'impronta di CO2, ma ha anche un senso economico per le aziende.