L'eficiència energètica en l'automatització

Si algú parla de l'eficiència energètica, es refereix a la reducció de costos. Avui en dia, l'evolució de les necessitats dels fabricants de maquinària sensibles a la reducció de preus són una important referència a l'hora d'introduir nous conceptes en el disseny dels servoaccionamientos. Per realitzar un enfocament adequat en la fase de disseny, cal analitzar una sèrie de punts bàsics:

• L'eficiència no és possible sense un concepte predefinit
• Ús d'un programari de motion potent
• Evitar el sobredimensionat
• Evitar la pèrdua d'energia
• Energia d'acoblament i aprofitament de l'energia de frenada
• Anàlisi i optimització de l'aplicació
• Col·laboració d'especialistes en la matèria

Si un gran nombre de persones cometen el mateix error, vol dir que molts també tenen el mateix problema. Per tant, donem una ullada a la qüestió més important abans de debatre el dimensionament dels servos, l'eficiència o la regeneració d'energia a la frenada: S'està aplicant el concepte d'automatització correctament?

Els conceptes d'automatització eficaços estan basats en components multifuncionals sense les limitacions de rendiment causades pels processadors, la memòria o la tecnologia de la comunicació. Alguns conceptes com el funcionament determinístic en multitasca, temps de reacció mínims o un concepte de programari plenament són elements bàsics en l'estalvi d'energia en els servoaccionamientos.

Per tant, el principal objectiu ha de ser eliminar els controladors independents, controladors de CNC independents, controladors de robòtica independents, sistemes de control independents, eines de programari independents i un sistema no unificat de busos de camp. Els conceptes uniformes de B & R per l'automatització es basen en components que compleixen amb totes les exigències en matèria de modularitat, topologies i rendiment. Una sèrie d'equips molt potents poden usar-se en una estructura local o remota en funció de les necessitats. Els components necessaris per a la gestió dels servoaccionamientos poden distribuir-se per tot el sistema segons les necessitats. Ethernet POWERLINK proporciona la base per a una sincronització amb precisió de l'ordre d'un μsec. Tots els paràmetres de gestió de motors i de moviments estan disponibles per a tots els components de la comunicació en temps real.

Sense un concepte modern d'automatització, l'eficiència energètica no és possible. Eliminar components innecessaris pot estalviar molt cost de material, però també permet estalviar d'energia.

Desenvolupar una configuració de control d'un servoaccionamiento per a un sol eix que sigui energèticament eficient no sol ser un problema, però això es fa molt més difícil per a un grup d'eixos. La majoria dels processos en màquines no es limiten a una sola unitat sinó que, molt sovint, són el producte dels moviments de diversos eixos acoblats. En aquest cas, un programari potent per motion amb funcions integrades és fonamental en l'obtenció d'una bona eficiència energètica. Es necessita programari que permeti optimitzar l'energia en el control del moviment en un grup d'eixos i funcions específiques per al control d'un eix. B & R ha portat aquest plantejament fins a l'extrem: el concepte Generic Motion Control combina el món de la robòtica, del CNC i dels moviments entre eixos acoblats i eixos independents en un sistema homogeni. L'avantatge per als clients de B & R: l'eficiència energètica mitjançant l'ús d'efectes de sinergia tecnològica, per exemple, mitjançant la integració dels diferents processos de producció.

El programari ens porta a un nou sistema d'automatització. Un desenvolupament orientat a l'aplicació ajuda a modernitzar els sistemes, especialment pel que fa a l'eficiència energètica en configuracions amb servos.

El sobredimensionat és la principal font d'ineficiència i aquí hi ha un enorme potencial per estalviar energia i costos de material. Una investigació realitzada entre nous clients de B & R demostrar que aproximadament el 20% dels components de motion utilitzats fins aleshores estaven sobredimensionats. En realitat, els motors massa grans estan operant per sota de la seva potència nominal. El resultat: l'eficiència cau, i els costos de l'energia pugen; precisament els costos que han de ser pagats per l'usuari final i no pel proveïdor de maquinària.

B & R treballa per oferir a tots els seus clients equips d'una mida òptim. Unes especificacions adequades són un requisit essencial per a aquest dimensionat: la informació més important inclou una anàlisi precisa de la dinàmica, la velocitat, el rendiment, el tipus de moviments, la mecànica i les condicions ambientals, així com àmplia informació sobre les condicions tèrmiques. Les eines de dimensionament inclouen el paquet de programari ServoSoft. ServoSoft considera tant la instal·lació elèctrica com la mecànica dels components i és una eina per al dimensionat dels motors i servoaccionamientos de B & R.

El dimensionat adequat dels motors i servoaccionamientos és possible. Evitar el sobredimensionat no només ajuda a reduir costos d'adquisició, sinó que també redueixes costos de consum d'energia.

Evitar la pèrdua d'energia

L'eficiència dels servoaccionaments ha millorat en les últimes dècades. No obstant això, la pèrdua d'energia i la generació de calor associada a ella continuen sent problemes importants. La pèrdua d'energia pot ser fàcilment evitada si s'apliquen les directrius següents, que s'analitzen a continuació:

• Font d'alimentació activa: utilitzar només l'energia necessària
• Unitat de regeneració d'energia: l'energia de frenada no ha de dissipar en forma de calor
• Tecnologia de refrigeració: la dissipació de calor ha de ser minimitzada
• Tecnologia del motors: utilitzar motors eficaços

Font d'alimentació activa

Com assegurar-se que l'energia s'utilitza de forma eficaç? Les fonts d'alimentació actives amb correcció del factor de potència garanteixen exclusivament el consum de corrent sinusoïdal de la xarxa elèctrica. Aquesta és una mesura que també s'utilitza amb valors no sinusoïdals i, per tant, redueix el valor eficaç del corrent a un mínim. D'aquesta manera s'aconsegueix una relació òptima entre la potència eficaç i l'aparent (gairebé 1).

Mentre que els variadors convencionals amb un factor de potència baix tenen un consum d'energia molt més gran, la font d'alimentació activa de ACOPOSmulti garanteix un ús eficient de l'energia. Analitzant els costos en detall: en realitat totes les instal·lacions prenen mesures per reduir la potència aparent. Així que l'usuari final que utilitza un variador i un motor, pràcticament només paga la potència eficaç. La correcció activa del factor de potència no significa per tant necessàriament una reducció en els costos de l'electricitat. No obstant això, representa una significativa reducció dels costos indirectes: per la capacitat de regeneració d'energia dels mòduls actius, a través de l'optimització tèrmica ia través de la reducció del sobredimensionat dels motors, servoaccionaments, seguretats i transformadors.

Regeneració de l'energia

Tots els mòduls d'alimentació ACOPOSmulti són capaços de regenerar potència, la qual cosa impedeix que l'energia cinètica de la frenada es converteixi en calor. A diferència dels dispositius convencionals, no hi ha absolutament cap generació de calor causada per les resistències de frenat. El poder de regeneració del sistema integrat proporciona un mètod'eficient i sostenible per evitar que l'energia de frenada es converteixi en calor dins de l'armari elèctric.

Tecnologia de refrigeració

Fins i tot amb les més modernes tecnologies de servoaccionaments, el dimensionament tèrmic dels armaris elèctrics segueix sent important: l'ús de ventiladors i unitats de control de temperatura en armaris elèctrics augmenta els costos d'energia i les despeses addicionals de manteniment. Aquests costos es poden reduir mitjançant refrigeració per la tècnica 'Cold Plate'. Aquest mètod'extreu calor de l'armari utilitzant un circuit d'aigua o oli, que torna a circular de nou pel circuit. Aquest sistema és energèticament molt més eficient que els climatitzadors habituals.

Tecnologia dels motors

Les màquines de producció modernes requereixen motors compactes i dinàmics, amb un moment d'inèrcia baix i una major eficàcia. Els servomotors síncrons són la solució ideal ja que són clarament més eficients energèticament en comparació amb motors d'inducció, perquè els camps es creen utilitzant imants permanents. El resultat: baixa la potència aparent, millora l'eficiència, menys pèrdua de calor i, per tant, augment de l'eficiència energètica.

Si frenes, ganes: l'augment de l'eficiència dels mòduls actius prové de la capacitat per transferir l'energia generada per la frenada de nou a la xarxa elèctrica. Sobre aquest punt hi ha dues qüestions:

a) La màquina realment frena? Aquesta pregunta sembla trivial, però un motor que funciona a velocitat constant no ofereix la possibilitat de reutilitzar l'energia de la frenada. En aquest cas, una font d'alimentació activa no estalvia costos en comparació amb una font d'alimentació passiva, els costos d'energia són idèntics, i l'únic factor rellevant és el cost inicial del propi mòdul.

Si els components de la màquina funcionen en mode marxa / atur (els eixos primers acceleradors i després frenen) s'estalvia diners amb un mòdul de regeneració d'energia. Amb la regeneració del 25% de l'energia consumida, el cost de l'energia estalviada ja amortitza la compra d'una unitat de regeneració en només un any i mig. I l'estalvi continua, ja que pot reduir fins a un 25% dels costos d'energia, depenent de la quantitat d'energia que es regenera. Un altre avantatge: L'energia de la frenada no es converteix en energia tèrmica quan s'utilitza la regeneració.

b) Quines són les pèrdues d'una font d'alimentació? La regeneració de l'energia de frenada ha de ser superior a totes les pèrdues de la pròpia font d'alimentació, ja que en cas contrari no s'estalvia energia. La font d'alimentació del sistema ACOPOSmulti s'ha dissenyat específicament amb aquesta premissa. La pèrdua d'energia dels filtres, la resistència de frenada, la font d'alimentació i el mòdul d'auxiliar de 24 V s'ha reduït al mínim per tal de disposar de condicions òptimes a nivell d'eficiència mitjançant la regeneració.

Quants fabricants de maquinària inverteixen temps i esforç a provar els models de servoaccionamientos normalment sobredimensionats en els prototips? Quantes enginyeries fan mesuraments de potència eficaç, potència aparent o del consum de les instal·lacions? Aquí, la quantitat de temps i esforç que s'ha d'invertir per obtenir l'anàlisi necessària són decisius. Conclusió: Amb les eines de programari adequades, no cal invertir gairebé res.

Amb el Automation Studio de B & R, totes les dades actuals i històrics de potència estan disponibles per poder fer un diagnòstic molt detallat - un entorn ideal per optimitzar l'eficàcia dels servoaccionamientos i motors. El wattímetre que s'integra en el Automation Studio és una eina molt adequada per a l'anàlisi del consum. Ofereix una mesura precisa per a l'obtenció de la potència eficaç, reactiva i aparent.

Els fabricants de maquinària normalment len màquines per a clients que volen uns costos baixos al mateix temps que necessiten complir els seus requisits. No obstant això, si els costos de l'energia comencen a superar els costos inicials de la màquina tres anys després de la compra, els costos del cicle de vida es converteixen en un desavantatge per a l'usuari final. D'altra banda pot ser un desavantatge si les enginyeries especifiquen que els fabricants de maquinària han d'utilitzar certs equips concrets: Si es len unitats ineficients i s'usen conceptes subministrats per les enginyeries, el fabricant de la màquina no tindrà l'opció de triar un altre proveïdor .

Els proveïdors de maquinària que han demostrat ser experts en eficiència energètica són sempre un bon soci per a qualsevol negoci. Per exemple, una font d'alimentació pot ser fàcilment venuda a un usuari final si el valor afegit després de dos anys de producció es posa de manifest. És important confiar en els proveïdors que assessoren als seus clients d'una forma òptima per aconseguir l'eficiència energètica a través de productes innovadors i solucions d'automatització ben planificades. Els enginyers d'aplicació i vendes de B & R ofereixen i desenvolupen configuracions de 'motion' optimitzades. Així mateix, els especialistes de B & R proporcionen a les enginyeries i usuaris finals un suport tècnic pel que fa a l'eficiència energètica.