Quel type d’architecture offre les meilleurs avantages techniques et économiques ? La décentralisation de la technologie d’asservissement des entraînements peut apporter des économies de construction de machines et d’installations lors de l’installation. Deux avantages supplémentaires incluent des charges thermiques réduites dans l’armoire et une architecture de servo-drives plus simple. La question se pose cependant de savoir quelle technologie est la meilleure, une solution moteur/entraînement intégrée ou un moteur et un entraînement séparés ?
Si souvent dans la vie, la réponse à une question n’est ni A ni B, mais plutôt C. Cela est vrai pour la discussion sur la technologie d’asservissement décentralisée par rapport à la technologie d’asservissement centralisée pour déterminer le meilleur système. Quelle architecture est la meilleure d’un point de vue économique et technique pour une application particulière ? Au lieu de A ou B, la réponse C passe par des architectures mixtes, une coexistence des deux types. Dans ce cas, les deux approches peuvent être facilement combinées lorsque les variateurs ont un grand nombre de caractéristiques communes. En tant que telle, la standardisation de ces plateformes est la meilleure approche.
L’architecture centralisée
Contrairement aux applications de convoyage où les servocommandes décentralisées sont monnaie courante, les servocommandes centralisées dominent toujours le marché du contrôle de mouvement hautement dynamique et précis. Les servo-drives ainsi que d’autres composants de commande, parfois avec un PC Industriel complet, résident ensemble dans une armoire de commande protégée du monde extérieur. La connexion aux moteurs se fait dans une structure en forme d’étoile, chacun ayant des câbles de commande et d’alimentation. Étant donné que la perte de chaleur est générée de manière centralisée, une climatisation efficace est nécessaire dans l’armoire.
L’alternative décentralisée
La technologie d’asservissement décentralisé suit le principe de base consistant à déplacer la commande de moteur individuelle de l’armoire de commande centrale pour qu’elle soit proche du processus. Cette architecture nécessite une conception robuste offrant un degré élevé de protection de l’environnement. L’avantage réside notamment au niveau du câblage moteur. Deux autres avantages sont l’amélioration du comportement CEM et la distribution généralisée des pertes de chaleur, réduisant le coût ou le besoin d’un système de climatisation centralisé dans l’armoire.
Tendances dans l’industrie de la construction de machines
Surtout avec les machines d’emballage et les machines pour l’industrie alimentaire et des boissons, la tendance est à l’abandon des murs d’armoire de plusieurs mètres de long, mais à l’installation de petites unités hautement auto-protégées dans le châssis de la machine. La tendance progressive est à la modularisation des moyens de production rendant nécessaire la répartition ou la combinaison des fonctions. Cette affirmation est renforcée par le fait que l’équipement de production se compose d’un processus principal et de tâches annexes. Ces derniers sont une variété de modules compatibles – par exemple des systèmes de convoyage, des trieurs et des unités de manutention. Cela fournit un chemin pour une expansion facile de la machine. Dans ce contexte, l’expérience pratique montre qu’une structure décentralisée est avantageuse, en particulier avec des axes uniques répartis dans l’espace.
Économies dans l’installation et le montage
Le potentiel d’économie de la technologie décentralisée peut être clairement démontré sur la base d’une véritable machine de formage des métaux à huit axes. Dont le premier axe est situé à 5 mètres de l’armoire de commande avec chaque axe supplémentaire situé à 3 mètres plus loin. Un système de commande centralisé serait caractérisé par une armoire de commande centrale abritant les variateurs avec chaque moteur ayant des câbles d’alimentation et de retour blindés séparés totalisant jusqu’à 248 mètres de câble.
Au lieu de cela, une combinaison d’un seul module d’alimentation KOLLMORGEN AKD-C et de 8 servo-contrôleurs AKD-N décentralisés réduirait l’exigence de câble à 34 mètres. Le calcul : Un seul câble hybride de 5 mètres d’alimentation et de bus de terrain pour le contrôle des axes est connecté entre le module d’alimentation et le premier contrôleur décentralisé. Un seul câble hybride de 3 mètres de long relie chaque variateur supplémentaire pour un total de 21 mètres. Étant donné que nous supposons que chaque moteur est situé à 1 mètre de chaque variateur AKD-N décentralisé, KOLLMORGEN propose une technologie de connexion de moteur à un câble, seuls 8 mètres de câble supplémentaires sont nécessaires. Dans l’ensemble, le système décentralisé a réduit les besoins en câbles de 248 à 34 mètres, soit une économie de 86 %. Ces chiffres représentent une idée des gains monétaires globaux pour l’OEM, y compris les coûts des câbles et la réduction des efforts d’assemblage. Lorsque les axes nécessitent des E/S supplémentaires, la réduction du câblage est encore plus évidente.
Un autre avantage de la relocalisation des variateurs est la réduction de la puissance dissipée dans l’armoire de commande. Cela réduit efficacement les besoins en climatisation, offrant ainsi des économies directes à la fois pour l’équipementier et l’utilisateur final. En tant que tel, le climatiseur de l’armoire de commande peut être réduit en taille ou complètement supprimé, ce qui réduit les coûts de matériel et de fonctionnement ultérieur, augmentant ainsi l’efficacité énergétique.
Avantages techniques en diminuant la complexité
Les variateurs KOLLMORGEN de la série AKD -N offrent une protection IP67 et une connexion via un câble hybride de onze millimètres de diamètre au module d’alimentation central dans l’armoire de commande. Ce câble unique fournit l’alimentation et les communications sans avoir besoin de câblage supplémentaire. Chaque module d’alimentation AKD-C peut prendre en charge deux chaînes de variateurs AKD -N jusqu’à 5 kW chacune et jusqu’à 8 variateurs AKD -N par chaîne. L’arrêt Safe Torque Off effectué via le câble hybride est fourni en standard et peut être mis en œuvre pour chaque variateur individuellement ou en groupe. De plus, un seul câble est nécessaire entre le servo-contrôleur distribué et son moteur connecté grâce à une nouvelle technologie mono-câble. Deux câbles ne sont plus nécessaires pour fournir l’alimentation et le retour du moteur. Dans les applications de manutention où un mouvement précis est requis, des chemins de câbles ou des chaînes de remorquage séparés sont souvent nécessaires pour les câbles de moteur et de retour. Cette exigence est maintenant réduite car il y a beaucoup moins de câblage.
Gagner avec une liberté de conception accrue
Des exemples de calcul montrent que la technologie d’asservissement décentralisée permet d’économiser de l’espace en combinaison avec la technologie de connexion à câble unique entre le moteur et le contrôleur. Cet avantage se traduit par des chemins de câbles plus petits, des chaînes porte-câbles plus légères et plus de compacité donnant plus de liberté de conception dans le développement de nouvelles machines. Cette liberté résulte principalement du fait que la technologie distribuée étend les capacités de modularisation par rapport à la conception de commande centrale rigide. L’essentiel est que cela permet aux nouvelles usines OEM de créer de nouvelles machines à partir de modules déjà développés, ce qui rend l’ingénierie plus efficace.
Technologie d’entraînement distribué Intégré au moteur
Une deuxième façon de décentraliser consiste à utiliser une solution intégrée hybride. Ce sont un moteur et un servo-contrôleur combinés unités sans avoir besoin de câblage externe. Cette solution présente l’inconvénient de déclasser le variateur avec une température ambiante élevée. Plus la température ambiante est élevée, plus la réduction des performances se produit afin que le servo-drive « s’auto-protège » contre la surchauffe. Cela induit en pratique que les moteurs doivent être plus gros, surdimensionné, que nécessaire pour fournir les performances requises dans des limites de température acceptables pour l’électronique. Les tâches d’asservissement typiques telles que l’accélération et la décélération rapides pendant le positionnement peuvent être particulièrement difficiles dans la conception de solutions hybrides en raison du problème de dissipation efficace de la chaleur. La séparation du moteur et de l’entraînement à ce stade empêche ce déclassement. Cette solution fournit la base pour des moteurs plus petits en combinaison avec une meilleure efficacité énergétique. De plus, les combinaisons intégrées sont généralement axées sur un seul type de moteur, ce qui limite la flexibilité dans la conception de la machine. En revanche, tout type de moteur brushless KOLLMORGEN peut être connecté au servo variateur décentralisé AKD-N. Ces moteurs comprennent des types d’entraînement rotatifs et linéaires conventionnels ou à entraînement direct, offrant une véritable liberté de conception et des performances optimales.
Un exemple d’intégration
En conclusion, pour clarifier ces relations, un exemple de technologie d’asservissement pour une machine de transformation des aliments sera présenté. Le processus commence par la découpe des saucisses et du fromage par une trancheuse. Le produit est transporté sur une bande. Le processus ne consiste pas simplement à transporter une pile de saucisses d’un point A à un point B, mais à la transporter en tant que bardeaux bien définis. Le besoin d’un système de positionnement à axe unique hautement dynamique est clair. La question se pose maintenant de savoir comment intégrer les fonctions de contrôle de mouvement sophistiquées requises tout en maintenant un contrôle centralisé de la machine. La trancheuse est un bon exemple car elle représente un axe décentralisé spécifique car son besoin en puissance élevée ne peut pas être satisfait avec un entraînement décentralisé. L’objectif principal du point de vue de la fabrication est d’harmoniser des exigences fonctionnelles très diverses pour une large combinaison de solutions centralisées et décentralisées. Le variateur KOLLMORGEN AKD-N se concentre délibérément sur l’utilisation d’une plate-forme AKD centralisée. Il fournit une technologie appropriée pour permettre la sélection optimale d’une solution de mouvement pour la tâche de performance requise, offerte par la grande variété d’actionneurs compatibles.
