Intelligens gyártás magasabb szinten

A rugalmasság, a termelékenység
és a fenntarthatóság magasabb szintjének elérése az intelligens gyártásban

Az intelligens mozgásvezérlés az intelligens gyártás központi építőköve, amely biztosítja a rendkívül rugalmas és hatékony gyártást.
Az intelligens mozgásvezérlés a precíz visszacsatolást, a fejlett érzékelést, a nagy teljesítményű vezérlést és a zökkenőmentes csatlakoztathatóságot egyesíti a determinisztikus mozgásmegoldások biztosítása érdekében.

A PLC-khez és a gyártásvégrehajtó rendszerekhez (MES) zökkenőmentesen csatlakoztatható mozgásfelismerések lehetővé teszik a fejlett elemzést, amelynek köszönhetően a gyártási folyamatok optimalizálhatók, és a potenciális problémák azonosíthatók, mielőtt a termelés leállna. Az intelligens mozgásvezérlést alkalmazó gyártás gyorsan átkonfigurálható egy dinamikusabb és skálázhatóbb gyártás támogatására, beleértve az egyedi gyártást is. A nagyobb áteresztőképesség érdekében kialakított változtatásokkal – a gyártási lépések elvégzéséhez szükséges idő csökkentésével és a folyamat optimalizálásával – kevesebb energia fogy, ami fenntarthatóbb intelligens gyártást eredményez.

Intelligens mozgásalkalmazások:

• Szivattyúk
• Ventilátorok
• Emelők
• HVAC
• Szállítószalagok
• Tekercselés
• Nyomtatás
• Extrudálás
• Megmunkálás
• Robotika
• Pick and place
• Kezelés és még sok más

Az intelligens mozgásvezérlési megoldások fejlődése

A mozgásvezérlés az idők során sokat fejlődött az egyszerű, hálózatra kapcsolt motoroktól a szerszámgépek és ipari robotok összetett, többtengelyes szervohajtási megoldásaiig. Ezt a fejlődést felgyorsította az automatizálás egyre összetettebbé válása, amely az intelligens gyártás magasabb szintű termelékenységéhez, rugalmasságához és autonómiájához szükséges (lásd az 1. ábrát).

1. ábra Az intelligens, összekapcsolt mozgásérzékelő alkalmazások fejlődése

Hálózatra kapcsolt motor

A legalapvetőbb mozgásmegoldások egy hálózatra csatlakoztatott vagy váltakozó áramú, 3 fázisú, rögzített fordulatszámú motoron alapulnak, amely kapcsolóberendezést használ a be- és kikapcsolás vezérlésére és a védelmi áramkörök biztosítására. Ezek az alapvető mozgatási megoldások viszonylag állandó sebességgel működnek, függetlenül a terhelés változásaitól. A teljesítmény csökkentését mechanikus vezérléssel valósítják meg (például fojtószelepek, csillapítók, fogaskerekek vagy szelepek, szivattyúk és ventilátorok segítségével).

Invertermeghajtású motor
Az egyenirányító, az egyenáramú busz és a háromfázisú inverterfokozat hozzáadása valójában egy változó frekvenciájú és változó feszültségű forrást hoz létre, ami lehetővé teszi a motor változó fordulatszám-szabályozását. Ez az invertervezérlésű motor hozzájárul az energiafogyasztás jelentős csökkenéséhez azáltal, hogy a motor a terhelés és az alkalmazás szempontjából optimális fordulatszámon működik. Ilyenek például a nagyobb hatásfokú szivattyúk és ventilátorok.

Változó sebességű meghajtó
A nagyobb teljesítményű mozgásvezérlési alkalmazásokhoz a változó sebességű hajtás (VSD) pontos nyomaték-, sebesség- és pozíciószabályozást tesz lehetővé. Ennek érdekében az áram- és helyzetmérést hozzáadják a nyílt hurkú inverteres alapmeghajtáshoz, ezáltal lehetővé válik a motor sebességének, helyzetének és nyomatékának pontosabb szabályozása. A szállítószalagok, tekercselő, nyomdai és extrudáló gépek tipikus példái ezeknek az alkalmazásoknak.

Szervomeghajtású rendszer
A szinkronizált, többtengelyes szervohajtású rendszereket összetettebb mozgatási alkalmazásokban használják. A szerszámgépek és CNC-gépek több tengely szinkronizálását igénylik, rendkívül pontos pozíció-visszacsatolással. A CNC megmunkálásban gyakori az 5 tengelyes koordináció, bár vannak olyan alkalmazások, amelyek akár 12 tengelyt is használnak, ahol a szerszámokat és a munkadarabokat is egymáshoz képest mozgatják a térben.

Ipari robot/együttműködő robot/mobil robotok
Az ipari robotok többtengelyes szervohajtásokat igényelnek mechanikai integrációval és fejlett gépvezérlő algoritmusokkal kombinálva a komplex 3D térbeli pozicionálás eléréséhez. A robotok jellemzően hat tengellyel rendelkeznek, amelyeket összehangoltan kell vezérelni, néha pedig héttel, ha a robot egy sín mentén mozog. A kollaboratív, együttműködő robotok (kobotok) az ipari robotikai megoldásokra építenek a teljesítmény- és erőkorlátozás (PFL) hozzáadásával, hogy funkcionálisan biztonságos, többtengelyes gépvezérlést garantáljanak, ahol egy kezelő biztonságosan dolgozhat a kobot mellett. Végül, a mobil robotoknál önvezérlő, funkcionálisan biztonságos gépvezérlést alkalmaznak, lokalizációs érzékeléssel és ütközéselkerüléssel.

Az intelligens mozgásvezérlés növekedésének mozgatórugói

Az intelligens mozgásvezérlést négy fő növekedési hajtóerő gyorsítja fel: az energiafogyasztás csökkentése, a dinamikus gyártás, a digitális átalakulás és az új, szolgáltatásalapú üzleti modellek felé való elmozdulás, amelyek az állásidő csökkentésén és az eszközök kihasználtságának növelésén alapulnak az intelligens gyártásban. Nézzük meg részletesen mind a négy kulcsfontosságú növekedési hajtóerőt.

Csökkentett energiafogyasztás
Az iparban felhasznált villamos energia közel 70%-át az elektromos motorrendszerek igénylik. Az intelligens mozgásmegoldások jelentős energiafogyasztás-csökkenést eredményeznek és a jövőben ez méginkább meg tud valósulni azáltal, hogy egyre több alkalmazást helyeznek át a fix fordulatszámú motorokról a nagy hatékonyságú motorokra és a változó fordulatszámú meghajtókra, részben az energiahatékonysági előírások miatt. Ez az energiafogyasztás-csökkenés fenntarthatóbb gyártást tesz lehetővé. A teljes gyártási folyamatot optimalizáló mozgási ismeretekhez való hozzáférés tovább csökkenti az energiafogyasztást az intelligens gyártásban.

Dinamikus termelés
Mivel az iparágak alkalmazkodnak a fogyasztói igényekhez és a változó vásárlói magatartáshoz, az átkonfigurálható gyártósorokon alapuló dinamikus termelésre van szükség a nagyobb testreszabhatóság és a gyorsabb átfutási idő érdekében. A fogyasztói kereslet a kis változékonyságú, nagy sorozatú (low mix/high volume) gyártásról a nagy változékonyságú, kis sorozatú (high mix/low volume) gyártás felé mozdul el, ami nagyobb rugalmasságot igényel. Az összetett, ismétlődő és gyakran veszélyes feladatokat ma már ipari robotok is elvégezhetik, ami nagyobb áteresztőképességet és termelékenységet eredményez. A dinamikus gyártás növeli a rugalmasságot a zavarok idején, és gyorsabb reagálást tesz lehetővé a változó vevői igényekre.

Digitális átalakulás
A digitális átalakulásra fordított globális kiadások 2023-ra elérik a 6,8 ezermilliárd (10¹²) dollárt. A változó sebességű meghajtók és szervohajtások a feszültségek, áramok, helyzet, hőmérséklet, teljesítmény, energiafogyasztás adatait használják, a rezgés és egyéb folyamatváltozók megfigyelésére szolgáló külső érzékelőkkel kombinálva. A konvergált informatikai/üzemeltetési technológiai (IT/OT) Ethernet-hálózattal a mozgatással kapcsolatos alkalmazások hálózatba kapcsoltak, és adatokat, információkat közölnek egymással. A mozgásadatok és információk most már könnyebben hozzáférhetők, és nagy teljesítményű felhőalapú számítástechnika és mesterséges intelligencia segítségével elemezhetők a gyártási folyamatok optimalizálása és az eszközök aktuális állapotának figyelemmel kísérése érdekében a teljes létesítményben (lásd a 2. ábrát).

2. ábra A zökkenőmentes ipari Ethernet-kapcsolat által lehetővé tett digitális átalakulás

Új üzleti modellek a telepített eszközökre
Az eszközgyártók nem csak eszközöket akarnak értékesíteni – üzleti modelljeiket ki akarják terjeszteni az értékesítés utáni szolgáltatási szerződésekre, amelyek a termelékenységen és az eszköz kihasználtságán alapulnak. Egy szivattyúgyártó például új, prediktív karbantartási, szolgáltatási ajánlatokat szeretne alkalmazni, hogy a szivattyúzott folyadék (például víz vagy üzemanyag) mennyisége alapján értékesítsen, és a szivattyúzott köbméterenkénti díjat számítsa fel, ahelyett, hogy csak szivattyúkat értékesítene. A szivattyúgyártók bevételének 50–60%-a várhatóan a következő öt évben a szolgáltatásokkal kapcsolatos tevékenységekből fog származni. A rendszerintegrátorok az általuk telepített gyártási képességek üzemideje alapján akarnak díjat felszámítani és nem csak az eszközök kezdeti telepítése alapján. Az új intelligens mozgásmegoldások integrálják az állapotfigyelési képességeket, hogy az eszközök állapotának valós idejű nyomon követését valósítsák meg a karbantartási ütemtervek elkészítése érdekében. Ez a felügyelet kiküszöbölheti a nem tervezett eszközleállásokat, és ezáltal magasabb szintű termelékenységet és eszközkihasználtságot biztosíthat, amelyek az új szolgáltatásalapú szerződések sarokkövei.

Intelligens mozgásvezérlési követelmények

Az intelligens gyártás magasabb szintű termelékenységének és fenntarthatóságának lehetővé tételéhez új, fejlett mozgásvezérlési megoldásokra van szükség, hogy a felvázolt négy növekedési hajtóerő előnyeit biztosítani lehessen. Az intelligens mozgásvezérlés legfontosabb követelményeit a 3. ábra mutatja be.

3. ábra Az intelligens mozgásvezérlés követelményei

Kiemelkedő mozgásvezérlés
A kiváló mozgásvezérlés csökkenti a gyártási lépések elvégzéséhez szükséges időt, ezáltal növeli az áteresztőképességet és a gyártási termelékenységet, miközben csökkenti az energiafogyasztást. Ilyen például a pontos pozíció- és nyomatékszabályozás a jobb minőségű és gyorsabb megmunkálás érdekében, például egy összetett alkatrész megmunkálásának lépésszámát és idejét csökkentve. A kiváló mozgásvezérlés legfontosabb követelményei közé tartozik a jobb szabályozási hurokteljesítmény, a robusztus megoldások a zord ipari alkalmazásokhoz, valamint a magas szintű integráció a nagy megbízhatóságú, kis méretű megoldásokhoz. Ezeket pedig az alacsony késleltetési idő, az alacsony drift, a többfázisú áram- és helyzetérzékelés, valamint a nagy tranziens robusztussággal rendelkező jelláncok és a magasan integrált alkatrészek teszik lehetővé.

Robusztusság, biztonság és megbízhatóság
A robusztus, megbízható megoldások, amelyek meghosszabbítják az eszközök hasznos élettartamát, kulcsfontosságúak a fenntarthatóbb intelligens gyártás szempontjából. Az eszközök élettartamának meghosszabbításával jelentősen csökkentjük a csereeszközök előállításához szükséges nyersanyag- és energiafelhasználást. Az energiagazdálkodási megoldások mind a teljesítményszabályozáshoz, mind a teljesítményvédelemhez a robusztusabb és megbízhatóbb eszközök biztosításának kulcsfontosságú elemei. A teljesítménykezelési követelmények közé tartoznak a szigetelt kapus bipoláris tranzisztorok (IGBT-k) magas oldali tápellátása, az FPGA-k és processzorok nagy teljesítménysűrűségű megoldásai, a digitális terhelési pont (PoL) a teljesítménykezelési telemetriához, az EMC robusztusság, a magas környezeti hőmérsékleten való működés, valamint a felhasználók magas feszültségektől való védelme érdekében az adat- és teljesítményszigetelés. Az új, széles tiltott sávú technológiával [szilíciumkarbidból (SiC) és gallium-nitridből (GaN)] készült teljesítménykapcsolók megbízható használata új kihívásokat és követelményeket támaszt a gyors túláramvédett rendszerek és a robusztus működés érdekében.

Valós idejű csatlakozás
A nagy teljesítményű, többtengelyes, szinkronizált mozgásalkalmazásokban a vezérlési, időzítési követelmények pontosak, determinisztikusak és időkritikusak, továbbá a végponttól végpontig tartó késleltetés minimalizálására van szükség, különösen a vezérlési ciklusidő rövidülésével és a vezérlési algoritmusok összetettségének növekedésével. Ezek a nagy teljesítményű alkalmazások valós idejű kapcsolódást igényelnek, másodperc alatti hálózati ciklusidővel az összetett mozgásalkalmazások vezérléséhez. Az intelligens gyártás a mozgásalkalmazások mellett vizuális rendszereket is alkalmaz a gyártási minőség ellenőrzésére és a termelés biztonságának növelésére. Az ipari Ethernet hálózatoknak támogatniuk kell mind a valós idejű determinisztikus mozgásvezérlési forgalom, mind pedig a „best-effort” (legjobb erőfeszítést igénylő) vizuális vezérlési forgalom egyazon hálózaton történő, akár Gb sávszélességű együttélését. A hálózatokhoz csatlakoztatott eszközök és vezérlők átjárhatósága szükséges a zökkenőmentes adatáramlás megvalósításához az egész gyártási létesítményben, és az adatok átláthatósága a magasabb szintű irányítási rendszerek számára, miközben az üzembe helyezési idő csökkentésével rugalmasabbá és skálázhatóbbá válnak ezek a hálózatok. A konvergált (IT/OT) Ethernet-hálózat biztosítja a mozgásról szóló információk zökkenőmentes hozzáférését a magasabb szintű irányítási szoftverrendszerekhez elemzés céljából, a gyártási folyamat optimalizálása és a digitális átalakulás felgyorsítása érdekében.

Fejlett érzékelés
A fejlett érzékelési megoldások olyan mozgási betekintéseket hoznak létre, amelyek felhasználhatók a gyártási folyamat optimalizálására és a meghibásodás korai jeleinek felismerésére. Az érzékelési módozatok közé tartozik a pozíció, az áram, a feszültség, a mágneses mező, a hőmérséklet, a rezgés és az ütés. Új üzleti modellek jönnek létre a fejlett érzékelés alkalmazásával az eszköz állapotának valós idejű nyomon követése érdekében, hogy az eszköz üzemidejének növelésén alapuló prediktív karbantartási, szolgáltatási szerződéseket nyújtsanak. A fejlett érzékelés követelményei közé tartozik a robusztusság a zord ipari környezetben (például porral terhelt környezetben), a pontos pozícióérzékelés, az érintkezés nélküli nagy áramú érzékelés, a nagy sávszélességű áram- és rezgésérzékelés, a megoldások pontosságának érdekében csökkentett kalibráció, valamint a kis méretű megoldások az encoder típusú alkalmazásokhoz.

Kulcsfontosságú technológiák a nagyobb értékű mozgásvezérlési megoldások felgyorsításához

Az intelligens gyártáshoz szükséges intelligens mozgásvezérlési megoldások következő generációjához a technológiák kombinációjára van szükség. Ezek a technológiák együttesen robusztus, pontos mozgásvezérlést garantálnak a durva ipari alkalmazásokhoz, a fejlett érzékelésből származó rendszerismeretekkel együtt (lásd a 4. ábrát).

4. ábra Kulcsfontosságú technológiák a nagyobb értékű mozgásmegoldások felgyorsítására a rendszerismerethez való hozzáférés révén

Precíziós mérés
A komplex mozgásszabályozás precíziós átalakító technológiákat igényel a kiváló minőségű áram-visszacsatoláshoz, mind a szigetelt, mind a nem szigetelt megoldások felhasználásával, hogy a szabályozási hurok teljesítménye nagy pontosságú és gyors tranziens válaszreakcióval rendelkezzen. Az áram-visszacsatolás az alapvető építőelem a hajtás teljesítményének fokozásához, és meghatározza a teljes szabályozási sávszélességet és a válaszidőt. Az áram-visszacsatolással szemben támasztott legfontosabb követelmények közé tartozik a PWM-ciklussal szinkronizált mérés, az izolált vagy nagy közös módusú mérés, az alacsony offset drift a nyomatékhullámzás minimalizálása érdekében, valamint az alacsony késleltetésű, 14-18 bites felbontású egyidejű mintavételezés a fázisáramok méréséhez. A precíziós átalakító technológiákra is szükség van a pontos pozíciómérésekhez az enkóderekben és a lineáris pályás alkalmazásokban, amelyek nagyobb teljesítményt nyújthatnak, és növelhetik a termelékenységet.

Izolálás és interfész
A komplex mozgásvezérlést lehetővé tevő új generációs meghajtók és motorok digitális leválasztási technológiát igényelnek az elszigetelt adatok és az elszigetelt kommunikációs interfészek (RS-485, USB és LVDS) biztosításához. Szintén szükség van izolált kapumeghajtókra a magas és alacsony oldali teljesítményű félvezetők meghajtásához, hogy robusztus, életvédelmi előírásoknak megfelelő és nagy megbízhatóságú eszközöket hozzanak létre. A kapumeghajtók a logikai szintű PWM jeleket a teljesítménytranzisztorokat vezérlő magas oldali referenciájú jelekké alakítják. A nagyfeszültségű inverteralkalmazások gyakran alkalmaznak IGBT-ket, de a jövőbeni tendencia a SiC és a GaN irányába mutat a kapcsolási frekvencia növelése és/vagy a kapcsolási veszteségek csökkentése érdekében. Az alacsony feszültségű alkalmazások jellemzően MOSFET-alapú kapcsolókat használnak. A kapumeghajtókkal szemben támasztott legfontosabb követelmények közé tartozik a nagy sebesség, az alacsony terjedési késleltetés, az alacsony késleltetési csúszás, a robusztusság és a közös módú tranziensek elleni védettség, a kapcsolóvédelmi funkciók (DESAT, Miller-fogó, lágy leállás, UVLO) és a vezérelhető kapcsolás (változó átállási sebességű kapcsolás).
A szabványos digitális leválasztók számos meghajtóban szerepet játszanak a jelek átvitelében a nagyfeszültségű teljesítményelektronikai tartományok és a biztonsági, extra alacsony feszültségű (SELV) tartományok között a PWM és más jelek átvitelében. Ilyen például az integrált teljesítménymodulok (IPM) szigetelt jelátvitele. A teljesen integrált, leválasztott teljesítménymegoldások digitális leválasztókkal vagy más leválasztott funkciókkal is kombinálhatók, így a megoldás mérete jelentősen csökkenthető a diszkrét transzformátoros megoldásokhoz képest.

Ipari Ethernet
Az ipari Ethernet-kapcsolat másodperc alatti ciklusidejű hálózati teljesítményére van szükség a mozgásvezérlő alkalmazások (szervók és meghajtók) determinisztikus, valós idejű kommunikációjához. A 100 Mb és Gb sebességű robusztus fizikai rétegű eszközök a 2 rétegű ipari Ethernet protokollokkal – mint például az EtherCAT, PROFINET, EtherNET/IP és az IEEE időérzékeny hálózatépítés (TSN) – kombinálva szolgáltatják a determinisztikus Ethernet-kapcsolatot. A következő generációs tervek a Gb TSN felé mozdulnak el a konvergens hálózatokon, többféle forgalmi típussal, ciklikus kommunikációval a vezérléshez, és aciklikus kommunikációval a legjobb teljesítményű forgalomhoz (például a vizuális és felügyeleti forgalomhoz). A többtengelyes alkalmazások ciklusidejének csökkentéséhez alacsony késleltetésű ipari Ethernet megoldásokra van szükség. Ezek a determinisztikus mozgásmegoldások olyan összetettebb mozgásalkalmazásokat valósítanak meg, amelyek magasabb szintű gyártási termelékenységet és rugalmasságot tesznek lehetővé.

Mágneses érzékelés
Az anizotróp mágneses ellenállású (AMR) pozícióérzékelő megoldásokon alapuló mágneses érzékelés robusztus és pontos pozícióérzékelést tesz lehetővé a kódoló alkalmazásokban. A pozíció-visszacsatolás közvetlen pozíciószabályozásra vagy a fordulatszám következtetésére és a gép fordulatszám-szabályozásának megvalósítására szolgál a szervohajtásokban. A mágneses érzékelés az optikai kódolókhoz képest alacsonyabb költségű és robusztusabb megoldást kínál a pornak és rezgésnek kitett ipari alkalmazásokban.

Energiagazdálkodás
Az intelligens mozgatási alkalmazásokat jellemzően zord ipari környezetben alkalmazzák, ahol magas környezeti hőmérsékleten történő működésre, valamint a vezetési zajjal és a nagyfeszültségű tranziensekkel szembeni védettségre van szükség. Egyes decentralizált alkalmazásokban a meghajtókat a motorhoz közelebb, kisebb házakban helyezik el, más alkalmazásokban pedig a meghajtót a motorba integrálják. Nagyobb teljesítménysűrűségű, magas környezeti hőmérsékleten működő energiagazdálkodási megoldásokra van szükség ahhoz, hogy ezek a kisebb formájú intelligens mozgatási alkalmazások lehetővé váljanak.

Gépi egészség
A gépek állapota a rezgés- és ütésérzékelők segítségével lehetővé teszi az eszköz állapotának valós idejű állapotfelügyeletét, a nem tervezett állásidő kiküszöbölését, meghosszabbítva az eszköz hasznos élettartamát, csökkentve a karbantartási költségeket. A gépegészségügynek a mozgatási alkalmazásokba történő integrálásával új bevételi források teremthetők a digitalizálási stratégiák révén, amelyek a garantált üzemidőn alapuló új szolgáltatásalapú üzleti modelleket hoznak létre a magasabb szintű gyártási termelékenység érdekében. A rezgésen, ütésen és hőmérsékleten alapuló eszközállapot-adatokat a peremhálózati számítástechnika mesterséges intelligenciája eszközállapot-ismeretekké alakítja át, amelyeket vezetékes vagy vezeték nélküli megoldásokon keresztül továbbítanak a menedzsment-vezérlőszoftverhez, ahol valós idejű állapotjelentést adnak a kulcsfontosságú eszközök állapotáról.

Következtetés

A dinamikus termelésre azért van szükség, hogy gyorsan reagálhassunk a változó fogyasztói igényekre, és támogassuk a hatékony termelést, akár az 1 tételes méretig is. Ezek az összekapcsolt eszközök valós időben osztanak meg adatokat; ezeket az adatokat az operatív teljesítmény javítására használják fel a termelés szűk keresztmetszeteinek azonosításával és az eszközök állapotának nyomon követésével a nem tervezett leállások kiküszöbölésére. Az intelligens mozgásmegoldásokra épülő intelligens gyártás kevesebb energiát fogyaszt, és összetettebb mozgást képes megvalósítani a nagyobb rugalmasság, termelékenység és fenntarthatóság érdekében. Ha többet szeretne megtudni az Analog Devices intelligens mozgásvezérléssel kapcsolatos technológiáiról és platformjairól, valamint arról, hogyan segítjük ügyfeleinket és partnereinket a nagyobb értékű mozgásvezérlési megoldások felgyorsításában, kérjük, fedezze fel megoldásaink kínálatát a következőkben, vagy látogasson el az analog.com/intelligentmotion oldalra.

Intelligens mozgásvezérlési megoldások

Az Analog Devices technológiái és rendszerszintű megoldásai az intelligens mozgásvezérlő alkalmazásokhoz nagyobb teljesítménnyel szolgálnak, miközben csökkentik az energiafogyasztást és az állásidőt. Az 5. ábra egy tipikus motorhajtás jelláncát vázolja fel, amely hat kulcsfontosságú blokkból áll. Minden egyes blokk egy ADI-megoldást mutat be.

5. ábra Az Analog Devices megoldásai az intelligens mozgatási alkalmazásokhoz

Teljesítményelektronika
A teljesítményelektronika végzi el a teljesítményátalakítást a motorhajtási rendszerben. A nagyfeszültségű rendszereknél (>100 V) a teljesítmény-félvezetők meghajtására egy izolált kapumeghajtót használnak. Az ADuM4122 egy egykapus izolált kapumeghajtó 3 A-es rövidzárlattal (<3 Ω). Támogatja a funkcionális vagy megerősített izolációt ~800 V DC-ig, az EMI/teljesítményveszteség optimalizálásához slew rate vezérléssel. Támogatja továbbá a magas közös módusú tranziens immunitást (CMTI) és az alacsony terjedési késleltetést a SiC és GaN teljesítmény-félvezetőkkel való alkalmazásban. Az ADuM160N többcsatornás digitális leválasztók a PWM-jelek leválasztására használhatók olyan integrált teljesítménymodulokhoz (IPM), amelyek a kapumeghajtót a teljesítmény-félvezetővel integrálják. Az ADuM6028 izolált tápegység digitális izolátorokkal, izolált adó-vevővel és izolált adatkonverterekkel együtt használható, így egy nagyon kis méretű, 8 kivezetéses, teljes biztonsági tanúsítvánnyal rendelkező és használatra kész megoldást kapunk.
Az alacsony feszültségű rendszerekhez (<100 V) az LTC7060, egy 100 V-os félhídmeghajtó lebegő földeléssel és programozható holtidővel; vagy az LTC7000, egy 150 V-os védett, magas oldali NMOS statikus kapcsolómeghajtó PassThru™ technológiával és adaptív átbukási védelemmel használható az alacsony feszültségű félvezetők meghajtására. Az LTC7000 támogatja a programozható holtidőt is a hatékonyság optimalizálásához, a továbbfejlesztett áramszabályozást és az EMI csökkentését szolgáló felfutási sebességvezérlést.

Áramérzékelés
Az ADuM7701 egy nagy teljesítményű, másodrendű, szigma-delta (Σ-Δ) modulátor, amely az analóg bemeneti jelet nagy sebességű, egybites adatfolyammá alakítja, az Analog Devices iCoupler^® technológiáján alapuló, chipen belüli digitális szigeteléssel. Az ADuM7703 alacsony offset driftje (max. 0,6 μV/°C) csökkenti a nyomatékhullámzást, és a tápellátás tervezésének egyszerűsítése és a lapterület csökkentése érdekében kompakt, 8 kivezetéses, integrált LDO-val ellátott tokozásban gyártják. A 150 V/ns min. CMTI minősítés lehetővé teszi a GaN és SiC teljesítményelektronikával való alkalmazást.
Az AD8410 nagyfeszültségű, áramérzékelő erősítők nagy erősítést (20 V/V, 50 V/V, 100 V/V) és alacsony offset driftet (~1 μV/°C) nyújtanak nagy sávszélességgel (2 MHz) az optimális áramszabályozáshoz. Az AD8410 kétirányú árammérő bemenetet is tartalmaz 100 V közös módusú bemenetig. Az LTC6102 precíziós, nulla driftű áramérzékelő-erősítő az üzemi feltételek széles tartományában biztosítja a pontosságot, és akár 100 V-os magas oldali feszültségről is táplálható a söntalapú áramérzékelő alkalmazásokban.

Helyzetérzékelés
A pozíció-visszacsatolást közvetlen pozíciószabályozásra vagy a fordulatszámra való következtetésre és a gép fordulatszám-szabályozásának megvalósítására használják. Az ADA4570 és ADA4571 integrált AMR szögérzékelők integrált jelkondicionálóval biztosítják a nagyobb abszolút pontosságú pozícióérzékelést motorhajtási és szervoalkalmazásokhoz (<0,1° hiba, <0,5° élettartam/hőmérséklet felett). Mágnesesen zord környezetben is robusztusak, a szöghiba romlása nélkül támogatják a széles légréstűréseket (ellentétben a Hall/GMR/TMR-rel), és egyszerűsítik a rendszertervezési szempontokat. Az ADA4570 és az ADA4571 áramköröket – ipari alkalmazásokban használt optikai érzékelőkkel összehasonlítva – nem befolyásolja a por vagy a szennyeződés, és a piacon kapható digitális kimeneti megoldásokhoz képest nagyon alacsony késleltetéssel rendelkeznek a beépített kalibrációs motoroknak köszönhetően. Az ADA4571 két szimplavégű analóg kimenetet (szinusz és koszinusz) állít elő, amelyek a környező mágneses mező szöghelyzetét jelzik, míg az ADA4570 két differenciális analóg kimeneti párt állít elő. Az ADA4571 kettős változata (ADA4571-2) is elérhető, ahol teljes redundanciára van szükség a biztonságkritikus alkalmazásokban.
Az AD7380 egy 4 MSPS-es, kettős egyidejű mintavételezésű, 16 bites SAR ADC, amely pontosságot, átviteli teljesítményt és minimális méretet biztosít a kódoló alkalmazásokhoz. Az AD7380 mérete (3 mm × 3 mm) a kódoló miniatürizálás érdekében, 4 MSPS átviteli sebességgel rendelkezik a minimális késleltetés és a gyors vezérlőhurok-tranziensreakció eléréséhez. Az AD7380 túlmintavételező motorja nagyobb pontosságot nyújt a lassabb működési feltételek mellett.

Gépi egészség
A rezgés- és ütésérzékelőket integrálják a kódolóba vagy a motorba, hogy betekintést nyújtsanak az eszköz állapotába. Az ADXL1002 ultraalacsony zajszintű (25 μg/√Hz a ±50 g tartományban), nagy frekvenciájú, ±50 g MEMS gyorsulásmérő nagy adatsávszélességű rezgésérzékelést biztosít 11 kHz-ig (3 dB pont), 21 kHz-es rezonanciafrekvenciával. Az ADXL1002 a piezoelektromos érzékelők alacsonyabb költségű és kisebb teljesítményű alternatíváját nyújtja. Az ADXL1002 lehetővé teszi a lassan forgó berendezések felügyeletét egészen az egyenáramig, miközben a piezoérzékelőkhöz képest csökkenti a kalibrációs követelményeket. Az ADXL354 egy alacsony zajszintű, kis teljesítményű, 3 tengelyes MEMS gyorsulásmérő egy kis (3 mm × 5 mm) tokban, digitális interfésszel, SPI-vel (3- és 4-vezetékes) és I²C-vel, amely a kódolókba kompakt megoldást kínál a rezgésérzékelés integrálásához.
Az ADI OtoSense™ Smart Motor Sensor egy mesterséges intelligencián alapuló, kulcsrakész hardver- és szoftvermegoldás az elektromos motorok állapotfelügyeletéhez, amely a legjobb érzékelési technológiákat és a legkorszerűbb adatelemzést ötvözi. A motortípustól függetlenül az ADI OtoSense SMS lefedi a legkritikusabb diagnosztikai feladatokat, és az adatokat olyan hasznosítható betekintéssé alakítja át, amely a karbantartási ciklusok előrejelzését és a nem tervezett leállások elkerülését eredményezi.

Hálózati interfész
Az intelligens gyártás az intelligens mozgásalkalmazások hálózatán alapul, amelyek megosztják az adatokat az eszközök és a magasabb szintű vezérlő- és irányítóhálózat között. Az ADI robusztus, alacsony fogyasztású és alacsony késleltetési idejű PHY-k (fizikai réteg) közé tartozik az ADIN1200 (10/100) PHY és az ADIN1300 (10/100/1000) PHY. Mindkét ipari Ethernet PHY-t olyan alkalmazásokhoz fejlesztették ki, amelyek akár 105 °C-os környezeti hőmérsékletet is igényelnek, és kiterjedt EMC- és robusztussági teszteket végeztek a zord ipari alkalmazásokban való működéshez. Az alacsony késleltetésű PHY-k alacsonyabb ciklusidejű hálózatot tesznek lehetővé, amely több, a hálózathoz csatlakoztatott eszközt képes támogatni, és megfelel az összetett, nagy teljesítményű, determinisztikus mozgási alkalmazások időzítési követelményeinek. A determinisztikus ipari Ethernet csatlakoztathatósága érdekében az ADI 2 rétegű ipari Ethernet beágyazott 2 portos kapcsolói, a fido5100 és fido5200 támogatják a PROFINET, Ethernet/IP, EtherCAT, Modbus TCP és Ethernet POWERLINK ipari Ethernet protokollokat bármilyen processzorral, bármilyen protokollal, bármilyen stackkel.

Mozgásvezérlő
A mozgásvezérlő biztosítja a feldolgozó motort, amely a PWM jeleket generálja a teljesítmény-félvezetők meghajtásához, és fogadja az áram- és helyzet-visszacsatolási jeleket a motorok sebességének és nyomatékának vezérléséhez. Robusztus, nagy környezeti terhelhetőségű, nagy teljesítménysűrűségű energia-gazdálkodási megoldásokra van szükség a vezérlő táplálásához, amely gyakran egy FPGA vagy egy processzor, opcionális tápellátási szekvencia- és teljesítménytelemetriás képességekkel. Az Analog Devices Power by Linear™ teljesítménykezelő integrált áramkörei és teljesítménymoduljai biztosítják az alapot a mai és a jövőbeli intelligens mozgatási alkalmazások tápellátásához. A mozgásvezérlő gyakran egy központi rackben található, amelynek nagy távolságon keresztül kell kommunikálnia a kódolóval. Itt az ADI leválasztott és nem leválasztott RS-485 adó-vevőit használják a kódoló pozíció-visszacsatolási információinak soros kommunikációjára a mozgásvezérlő felé. Az ADM3066E, egy ±12 kV IEC ESD védett, teljes duplex 50 Mbps-os RS-485 adó-vevő, nagy sávszélességű, nagy környezeti hőmérsékletű (125 °C), robusztus kommunikációs megoldást kínál kis méretű, 3 mm × 3 mm-es tokozásban a kódoló alkalmazásokhoz.

További műszaki és kereskedelmi információkat az Analog Devices hivatalos hazai forgalmazójától, az Arrow Electronics Hungary-től kaphatnak.

Szerző: Maurice O'Brien – Ipari automatizálásért felelős
stratégiai marketingmenedzser, Analog Devices

Arrow Electronics Hungary
1138 Budapest, Váci út 140.
Bihari Tamás, Senior Field Application Engineer
E-mail: Ez az e-mail-cím a szpemrobotok elleni védelem alatt áll. Megtekintéséhez engedélyeznie kell a JavaScript használatát.
Tel.: +36 30 748 0457
www.arrow.com