Интелигентни технологии при индустриалните транспортни системи

Механични системиСп. Инженеринг ревю - брой 1/2020 • 18.02.2020

За да отговорят на повишените изисквания на високотехнологичните съвременни производства, индустриалните транспортни системи непрекъснато се усъвършенстват по отношение на своята скорост, ефективност и степен на автоматизация. В помощ на тези ключови за производствената организация механизми в условията на четвъртата индустриална революция се внедряват все повече интелигентни технологии за управление и мониторинг, проследяване на продукцията, прогнозна поддръжка и повишена производителност. Сред последните иновации в сегмента са Internet of Things, усъвършенствани сензорни решения и роботизирани системи, които превръщат индустриалните конвейери в умни решения, способни да се адаптират максимално към спецификите на приложението. Експертите прогнозират, че глобалният пазар на индустриални конвейери ще нараства със стабилни темпове и ще надмине 12 млрд. щатски долара до 2022 г., а автоматизираните системи с възможности за прецизно управление на положението и програмируемо позициониране с милиметрова точност ще продължат да са най-бързо разрастващият се пазарен сегмент.

 

Системи с директно задвижване

Транспортните ленти с функции за прецизно управление на движението са ключови за ефективността на съвременното индустриално производство. Различните приложения често налагат движещите се по конвейерите компоненти и изделия да бъдат спирани пред камера за визуална инспекция или пък да бъдат транспортирани до изходната позиция на pick-and-place робот. И макар конвенционалните моторредуктори със затворен контур да са напълно способни да осигурят необходимата скорост и прецизност на движението в много съвременни производствени сценарии, те невинаги са оптималното решение. Заеманото от транспортната система пространство е от критично значение, независимо дали става въпрос за вътрешнозаводски или складов транспорт. Конфигурацията от двигател, скоростна кутия, съединител и механизъм за задно движение традиционно изисква доста място, създавайки условия за значителни разходи, необходимост от поддръжка и рискове от възникване на неизправности. Алтернатива са двигателите за директно задвижване. При тях моторът е интегрална част от системата. Вместо двигателният вал да се свързва със задвижващото колело на конвейера чрез съединител, самият вал е ос на задвижващото колело. Този подход елиминира еластичната деформация, като същевременно увеличава въртящия момент. Той позволява и по-големи степени на свобода на проектиране, особено при безкорпусните двигатели за директно задвижване. Както подсказва наименованието им, това са мотори, съставени от ротор и статори, без общ външен корпус. Основно тяхно предимство е, че могат да бъдат директно интегрирани в конвейерния механизъм – в краищата на ролките, или във вътрешността на самата ролка. Със или без добавени предавателни степени, тази конфигурация осигурява максимално компактен дизайн.

 

Активни транспортни ленти

Конвенционалните промишлени транспортни системи традиционно имат сложни механизми, благодарение на които изпълняват функции като сортиране, палетизиране и депалетизиране. Предвид ограниченото пространство в съвременните производствени цехове и нарастващите изисквания към скоростта на транспортиране и точността на позициониране са необходими по-компактни, икономични и ефективни решения. Сред иновативните разработки в областта са т. нар. активни ролкови транспортьори (Active Roller Belts, ARB). На базата на относително прости компоненти за движение модерните активни конвейери са способни да осигурят бързо, надеждно и прецизно движение и позициониране на различни товари. Технологията е базирана на ролков транспортен механизъм, съставен от отделни въртящи се ролки, които са монтирани под ъгъл спрямо посоката на движение. Задвижките под носещата част въртят ролковите компоненти и им позволяват да разпределят и позиционират натоварването спрямо локална координатна система. Всеки задвижващ механизъм се задейства от интегриран в него стъпков мотор, а броят задвижвания във всеки сегмент се определя от необходимата сложност на системата. Транспортираните обекти могат да бъдат бързо поставяни в линейно или ротационно направление, включително ориентацията им да бъде променяна под ъгъл от 30° до 90°. В комбинация с платформа за машинно зрение такъв активен механизъм може да бъде използван за сортиране на разнороден продуктов поток.

 

Възможности на интелигентните конвейери

Интелигентните конвейери са резултат от внедряване на прецизни технологии за управление на движението в индустриалните транспортьори. Те могат да се състоят от отделни колички или платформи, които индивидуално и асинхронно спрямо останалите да бъдат насочвани по сложни траектории из заводската инфраструктура.

Високоскоростните и безжичните комуникации позволяват промяна на програмирането в реално време. Резултатът е чувствителна и отзивчива транспортна система, която осигурява ефективно решение за широк набор от задачи, включително асемблиране, опаковане, лабораторни изследвания и дори транспортиране в тежката индустрия. Концепцията за умни конвейерни механизми е базирана на конвенционални безкорпусни линейни двигатели. Пистите, които са облицовани с намотки, действат като статор, а количките в ролята им на постоянни магнити функционират като ротори. Статорите са поделени в зони и се управляват посредством централизирана или чрез разпределена архитектура. Така системата може да контролира индивидуални колички и да им подава команди, включващи различна траектория и скорост на движение. Някои от тях дори могат да останат статични, докато други се движат в зависимост от моментните потребности. Това осигурява както достатъчна бързина, така и висока гъвкавост на приложението. Продукцията може да бъде динамично мащабирана, както и в реално време да се правят промени в размера и състава на партидите.

Проследимостта е друго ключово предимство на интелигентните транспортьори. При традиционните системи позицията на даден обект се регистрира само на специалните станции за целта. Когато обектът е в движение, системата не може да осъществява мониторинг върху движението му без допълнителни сензори или баркод четци, разположени в различни точки на конвейерната лента. При умните съвременни аналози статорните сегменти включват линейни енкодери, които проследяват локацията и движението на всяка количка или подвижна платформа във всеки момент. При тези решения не се налага транспортьорът да спира всеки продукт на дадена станция, а общата скорост на системата не зависи от скоростта на най-бавния процес.

Подобна ефективност е особено важна в контекста на Industry 4.0 и необходимостта от персонализиране на продукцията и осигуряване на възможности за производство дори в малки или единични партиди. Отделните етапи на производство могат да бъдат синхронизирани помежду си така, че да се пести време. За максимална гъвкавост на приложението се препоръчва свързване на системата за управление на конвейера с ERP платформата за ресурсно планиране на производственото съоръжение. Така транспортното решение може оптимално да се адаптира към текущите работни задачи, независимо дали те включват обработката на 2 или 20 хил. артикула. Интелигентната конвейерна система позволява в такива сценарии лесно да се пренасочват ресурси и товари от дадена зона на цеха към друга с цел гъвкав отговор на моментните потребности на приложението.

 

Новости при кабеловодещите системи

Интелигентните технологии постепенно навлизат в индустриалната транспортна техника, като намират поле за оптимизация отвъд системите за управление. Глобалните производители на пазара вече предлагат концепции за умни решения дори на ниво материал. Така се появяват интелигентни пластмаси и системи, произведени от такива материали, които разполагат с интегрирани сензори, проследяващи различни външни въздействия като натиск или опън. Подобни иновативни концепции намират приложение например при кабеловодещите вериги, които гарантират безпроблемното функциониране на кабелните системи в индустриалния транспорт.

На базата на вградените в конструкцията на веригата сензори може да бъде осъществяван непрекъснато мониторинг на силите на опън, които се упражняват върху кабелите във вътрешността й и така прецизно да се изчисли оставащият сервизен живот. Благодарение на данните от сензорите се получава детайлна информация за позицията на кабеловодещата верига и моментното натоварване върху сегментите й. Така конвейерът, кранът или друго подемно-транспортно оборудване, в което са вградени кабеловодещите вериги, може да бъде навременно спряно в случай на претоварване (прекомерен опън или друг риск за целостта на системата) и да се избегне както повреда във веригата и кабелите, така и по-мащабна авария на машината и електрически срив. Различни сензори, интегрирани в кабеловодещата верига, могат да регистрират счупване в който и да е от сегментите й, както и да измерват ускорение и скорост на движение, работна температура и брой завършени работни цикли.

 

Иновации при пневмотранспорта

Пневматичните транспортьори продължават да са сред най-ефективните средства за придвижване на гранулирани, насипни и обемни твърди товари в редица производства. В този сегмент водещата тенденция на развитие също е свързана с непрекъснато повишаване на нивото на автоматизация, както и с интегрирането на интелигентни технологии в управлението с цел допълнително повишаване на ефективността и производителността. Благодарение на сензорните и IoT-базираните решения, съвременните средства за автоматизация и роботизираните системи пневмотранспортът осигурява гъвкава алтернатива на конвенционалните транспортни системи в множество модерни приложения, включително в хранително-вкусовата, фармацевтичната промишленост и други динамично развиващи се отрасли. Сред ползите са подобрена надеждност, редуцирани загуби в количествата и обемите транспортирани материали, по-компактен дизайн на транспортната инфраструктура, по-ниски оперативни разходи и разноски за поддръжка, повишена производителност и по-лесно адаптиране към разнообразни производствени сценарии и режими на натоварване.

Интелигентите технологии при пневматичните транспортьори спомагат и за по-висока прецизност на работа, както и за устойчиво качество – задължителни условия в много критични производства. Компютърните системи за автоматизирано управление позволяват пренасочване на квалифицираната работна сила към по-отговорни задачи и гарантират безкомпромисно спазване на поставените срокове, лесна проследимост на материалите и подобрена производствена организация. Сред водещите решения в сегмента са пневмотранспортьорите с микропроцесорно управление и програмируем контрол, както и с компютърни интерфейси, които позволяват свързване на транспортното с производственото оборудване и останалите елементи на вътрешнозаводската мрежа в единна и високоавтоматизирана платформа с повишена производителност и оптимизиран екологичен контрол.

 

Предимства на интелигентните транспортьори

Интелигентните транспортни системи внасят не само подобрена гъвкавост в индустриалните приложения, но и множество допълнителни ползи, сред които повишена енергийна, ресурсна и икономическа ефективност. В резултат едно предприятие, внедрило подобно решение, в дългосрочен план може значително да намали въглеродния си отпечатък и да оптимизира производителността и конкурентоспособността си. Всички тези стратегически цели могат да бъдат постигнати отново благодарение на сензорите в интелигентната производствена архитектура. На база данни от интегрираните в конвейерите сензори за натоварване и потребление на енергия може да бъде осъществяван ефективен непрекъснат енергиен мениджмънт, а работата на транспортната система да бъде адаптирана спрямо моментните потребности. Така няма да е необходимо движението й на празен ход или функционирането й с пълна скорост или мощност, когато текущата задача не го изисква.

Количеството енергия, което една транспортна лента консумира, е пряко свързано с разстоянието, което обхваща, с дистанцията, на която транспортира товарите, както и с тяхното тегло. Вместо да разчитат на операторите да правят сложни математически изчисления, интелигентните съвременни конвейери могат сами да изчисляват потреблението си на енергия и да управляват работата си автоматично, като така напълно да елиминират нуждата от ангажиране на човешка сила за подобен род дейности.

Сред ключовите ползи от внедряването на интелигентна система за вътрешнозаводски транспорт е и повишената безопасност за служителите, оборудването и продукцията. При интелигентните транспортьори за сигурността на служителите се грижат специални сензори за безопасност, които следят дали няма хора в прекалена близост до движещ се конвейер или несвойствен обект не е попаднал в механизма. В такива случаи транспортното оборудване може да се забави или дори спре автоматично, за да се избегнат инциденти. Времето за реакция на една интелигентна система е сведено до части от секундата – много по-бързо отколкото оператор би забелязал проблема и би предприел необходимите предпазни мерки.

Интелигентните технологии улесняват и поддръжката на транспортната система. При регулярното обслужване на механизма в неговата цялост често се налагат продължителни и скъпи производствени прекъсвания. Ако това обслужване се пропусне или системно се пренебрегва обаче, могат да настъпят сериозни щети върху оборудването, а отстраняването им да коства още по-големи разходи и престои.

Умните високотехнологични конвейери, оборудвани с IoT решения, са способни на непрекъснат прогнозен мониторинг на състоянието, натоварването и износването на ниво компонент. Така всяко дори незначително на вид влошаване на експлоатационните характеристики може да бъде незабавно и автоматично регистрирано от системата за поддръжка и да се насрочат мерки за отстраняването на проблема, без да е необходимо продължително спиране на цялото производство. На база постъпващата непрекъснато информация от IoT-базираните системи операторите на интелигентните конвейери могат да направят точна справка за оставащия сервизен живот на отделните елементи, да насрочват обслужване или подмяна на компонент, само когато и където е необходимо и най-важното – да действат проактивно, преди неизправностите да са настъпили.

 

ЕКСКЛУЗИВНО

Top