Зелени тенденции при сервомоторите

• Сервомоторите са предпочитан избор във все повече промишлени приложения в епохата на Industry 4.0
  
  
• Те предлагат множество възможности за екологичен дизайн, за пестене и регенериране на енергия, както и за устойчива експлоатация и рециклиране
  
  
• Сервосистемите често се използват и в комбинация с други “зелени” или конвенционални технологии с цел постигане на по-големи екологични ползи

Стремежът към непрекъснато повишаване на енергийната ефективност на индустриалното оборудване и намаляване на въглеродния отпечатък на предприятията мотивира производителите на двигатели и задвижвания да влагат все повече “зелени” технологии в проектирането и конструирането им, както и във функционалния им инструментариум. Сервомоторите, които са предпочитан избор във все повече промишлени приложения в епохата на Industry 4.0, предлагат множество възможности за екологичен дизайн, за пестене и регенериране на енергия, както и за устойчива експлоатация и рециклиране.

Сред водещите тенденции в сегмента е и интелигентната IoT комуникация между свързаните индустриални устройства, компоненти и сензори. Тя позволява непрекъснат мониторинг на състоянието и работата на задвижващите системи, разкрива потенциал за повишаване на ефективността и производителността им и създава условия за прогнозна поддръжка с цел предотвратяване на повреди и преждевременен отказ.

Стратегии за удължаване на жизнения цикъл

Сред популярните методи за дефиниране на екологичните последствия от производството на дадена продукт в съвременната индустрия са т. нар. EPD декларации (Environmental Product Declarations). Основен недостатък на този подход е, че не отчита ползите, които биха били постигнати вследствие на използването на продукта в бъдеще.

Ето защо се разработват нови концепции за оценка на цялостното влияние върху околната среда на продуктите в рамките на жизнения им цикъл и след това, които включват както разходите за производство и експлоатация, така и потенциалните икономии на енергия, възможностите им за рециклиране и възвръщане на т. нар. естествен капитал от възобновяеми и невъзобновяеми ресурси (Restoration of natural capital или RnC коефициент).

Сервомоторите са ядрото на множество промишлени машини и оборудване благодарение на възможностите си значително да оптимизират технологичните процеси по природосъобразен начин. При изчисляването на техния RnC индекс следва да се калкулира колко време би се наложило да работят преди да компенсират въглеродните емисии, генерирани при производството им, както и какви енергийни спестявания биха могли да бъдат реализирани вследствие на използването им до края на прогнозния им сервизен живот.

Все повече глобални производители на оригинално оборудване (OEM) в сегмента възприемат този по-холистичен и реалистичен подход, преосмисляйки и технологиите, които залагат в гамата си от сервомотори. Лагерите на тези системи – един от ключовите им компоненти с оглед на продължителността на експлоатационния период, са с очакван жизнен цикъл между 20 и 30 хил. часа. В зависимост от приложението и работните условия обаче някои сервосистеми издържат години в пълна изправност, а други дават сериозни дефекти само след година работа. Основни причини за това са факторите на околната среда и работните параметри. Ето защо OEM компаниите се стремят към все по-голяма издръжливост на материалите и дизайна, за да увеличат ползите от експлоатацията на сервомоторите след достигане на своеобразния им въглероден офсет или компенсиране на негативното им въздействие върху околната среда. Така балансът реално е с положителен знак, а колкото по-устойчив, издръжлив и рециклируем е продуктът, толкова по-голяма е и стойността на позитивите, които носи.

В много индустриални заводи и производствени съоръжения традиционните променливотокови асинхронни двигатели генерално се подменят с електрически сервомотори, които позволяват на предприятията значително да повишат своята устойчивост. Сервосистемите често се използват и в комбинация с други “зелени” или класически технологии с цел постигане на по-големи екологични ползи.

За да бъде един сервомотор дълговечен, едно от най-важните условия е той да бъде правилно специфициран за съответното приложение и работните му цикли и режими. Специално проектираните решения не само повишават ефективността и производителността на оборудването и отделните му компоненти, но отчетливо удължават и жизнения му цикъл.

Кои са “зелените” предимства на сервомоторите?

След селектирането на оптималния за дадена система сервомотор е от критична важност да се гарантира, че решението е коректно инсталирано и добре поддържано, за да се извлекат оптимални ползи във връзка с устойчивостта и енергийната ефективност. Функциите за прогнозна поддръжка, с които разполагат голяма част от съвременните модели на пазара, са изключително ценен инструмент в тази посока. Те дават на техническите екипи значителна преднина пред авариите, като им позволяват да предвидят с точност настъпването им и проактивно да отстранят причините.

Превантивното обслужване, което става възможно благодарение на иновации в сегмента на сервомоторите, като интелигентните сензори и IoT технологиите, е сред най-актуалните тенденции сред потребителите поради възможностите да предотвратят скъпите престои и да оптимизират сервизния цикъл.

Коренно предимство на сервозадвижванията в сравнение с аналогични решения на пневматичен принцип например са поначало по-малките изисквания за поддръжка. Те спомагат за значително редуциране на сервизните разноски, като същевременно понижават общите разходи за притежание. Модерните технологии, заложени в проектирането и производството им, включително допълнителните електронни елементи за управление, гарантират тяхната отлична устойчивост и повишена ефективност.

Вследствие на подмяната на традиционни задвижвания със сервомотори доказано се постигат значителни спестявания на въглеродни емисии, по-малка обща консумация на електроенергия и по-лесен контрол върху хидравличното налягане и обема на хидравличните масла в задвижващите системи.

Електрическите двигатели са “виновни” за около 40% от глобалното потребление за електричество и близо 70% от консумацията на ток в индустрията.

Ако производителите не предприемат мерки за повишаване на енергийната ефективност на тези системи, тези цифри биха се удвоили до 2030 г., тъй като все повече електромотори ще бъдат произвеждани, продавани и използвани дотогава, изчисляват експертите. Значителният ръст в потреблението на енергоемки промишлени решения вследствие на непрекъснатата индустриализация може да има пагубни последици за околната среда, ако не се предприемат необходимите мерки. Оказва се, че голяма част от негативните екологични въздействия на електромоторите възникват в етапите на използване и извеждане от експлоатация (95% до 99%), а не в производствената фаза (1% до 5%), както мнозина погрешно смятат. От критично значение е дизайнът на двигателя, който би могъл значително да наклони везните както в едната, така и в другата посока. Ето защо все по-широко възприета на глобално равнище е концепцията за екодизайн, която въвежда редица изисквания за подобряване на устойчивостта на продукта във фазата на проектиране. Стандартът EN 50598: “Изисквания за екодизайн към продукти, свързани с енергопотребление” надхвърля отделните мотори и измества вниманието към комплексните системи за задвижване в тяхната цялост. Това обхваща и компоненти като честотни преобразуватели, стартери, предавателни механизми и пр.

Екологични ангажименти на нива производители и потребители

Има няколко сценария за покриване на екологичните ангажименти във връзка с повишаване на устойчивостта на серводвигателите и електрозадвижванията като цяло. Единият включва предприемане на всички възможни мерки на технологично равнище по отношение на проектирането и изработката, които са “грижа” на производителите. В такъв случай за потребителя остават адекватната инсталация и поддръжка.

Когато производственото предприятие не е заложило достатъчно предпоставки за екологичен дизайн в устройството и задвижващата система, тогава по-голямата част от този ангажимент остава за ползвателя, който е морално, а в редица случаи и регулаторно задължен да търси всякакви потенциални решения за подобряване на екологичната пригодност във фазата на експлоатация и след края на жизнения цикъл.

Една от стратегиите за умно управление на енергийното потребление на сервомоторите е чрез т. нар. обратно оразмеряване или селектиране на параметри, които отговарят на изискванията на системата в периода, в който най-интензивно се използва. За етапите на пикова консумация се разработват интелигентни решения, базирани на графиците и честотата на използване, вместо номиналните характеристики да се задават излишно високи спрямо пиковите периоди.

Експертите добавят, че бъз съмнение в близко бъдеще въглеродните емисии ще започнат да бъдат целенасочено облагани и таксувани, а в практиката ще навлязат все по-масово т. нар. “zero-carbon” концепции (за нулев въглероден отпечатък) на продуктите. Това означава, че двигателите и задвижванията с най-малко енергийно потребление във фазата на експлоатация и най-малко въглеродни емисии от производствения етап ще бъдат най-търсени. В схемите за офсет вероятно ще бъде поставен сериозен акцент върху ангажимента на производителите, тъй като всеки продукт, който не е произведен с нулеви емисии, прехвърля отговорността за компенсиране у потребителя.

Проектиране в перспектива

Възниква въпросът по-рентабилно ли ще бъде закупуването на цялостно решение от даден производител или компилирането на такова от каталози с различни марки в търсене на отделни компоненти с най-ниския въглероден отпечатък.

На настоящия етап, от една страна, енергийната ефективност на задвижванията обикновено се повишава чрез подобряване на ефективността на всеки отделен компонент, а не чрез фокус върху глобална цел на ниво система; от друга страна, методите за избор на тези компоненти поотделно по каталог обикновено неглижират специфичния проблем с общото потребление на енергия, като поставят основен акцент върху намаляване на общите разходи или възможности за минимално оразмеряване на двигателя.

Специалистите препоръчват да се възприемат базирани на цялостен модел подходи при проектирането с възможности за оптимална селекция на работеща и ефективна комбинация от компоненти – сервомотор, съединител и предавателен механизъм. Тук биха могли адекватно да важат принципите за мащабиране, разработени да сведат всички ключови характеристики на системата само до два параметъра: предавателно отношение на скоростната кутия и непрекъснат въртящ момент на двигателя при спиране. Това би улеснило потребителите при избор на цялостно решение от един производител и вероятно би ги отказало да конфигурират самостоятелно персонализирано решение за конкретно приложение, което в редица случаи може да се окаже неизгодно и за двете страни по отношение на устойчивостта.

Сред технологичните иновации, които производствените компании в сегмента на сервозадвижванията промотират все по-активно в полза на цялостните решения, са т. нар. регенеративни спирачни системи, при които енергията, произвеждана от мотора чрез спирачна дейност по време на забавяне или спиране, се подава обратно към постояннотоковата шина на системата чрез инверторна верига и се абсорбира от RC веригата (съпротивление – капацитет), която непрекъснато генерира обратно въртене и спирачен момент. Докато скоростта на двигателя надвишава синхронната скорост, са налице условия за регенеративно спиране. Тук двигателят работи като генератор, а самата мощност се осигурява от товара.

На последно по място, но не и по значение в обзора на водещите “зелени” тенденции при сервомоторите поставяме възможностите за възстановяване, повторно използване и рециклиране на тези системи. Колкото по-адекватно е обслужван един серводвигател в рамките на жизнения си цикъл с помощта на прогнозна поддръжка и други целенасочени мероприятия, толкова по-дълго ще се използва и по-лесно ще се възстанови при евентуална повреда. Дългосрочната експлоатация на един и същи мотор в индустрията елиминира необходимостта от произвеждане на друг, който да го замени.

Значително намаляване на отпадъците и консумацията на ресурси и повишаване на екологичната устойчивост в сегмента биха могли да бъдат постигнати чрез по-активно рециклиране на сервомоторите, при които в редица случаи до 99% от вложените материали (чугун, стомана, алуминий, мед и пластмаса) са напълно рециклируеми.