Sản xuất linh hoạt
Khi các ngành công nghiệp đang thích ứng để theo kịp nhu cầu của người tiêu dùng và thay đổi hành vi của người mua, cần phải sản xuất linh hoạt, dựa trên dây chuyền sản xuất có thể cấu hình lại để mang lại nhiều tùy chỉnh hơn và thời gian quay vòng nhanh hơn. Nhu cầu của người tiêu dùng đang thúc đẩy sự chuyển đổi từ sản xuất hỗn hợp thấp, khối lượng lớn sang sản xuất hỗn hợp cao, khối lượng thấp, đòi hỏi tính linh hoạt cao hơn trên sàn nhà máy. Các nhiệm vụ phức tạp, lặp đi lặp lại và thường nguy hiểm hiện có thể được thực hiện bởi robot công nghiệp và robot cộng tác, dẫn đến năng suất và năng suất cao hơn. Sự thay đổi trong mô hình sản xuất này đã dẫn đến nhu cầu cao hơn về phần cứng tự động hóa phức tạp hơn, có thể tùy chỉnh, tự động hóa và thông minh hơn, mà cốt lõi của chúng là các hệ thống điều khiển động cơ. Ví dụ, các hệ thống như băng tải và máy xử lý cần phải thông minh hơn, có nhiều trục chuyển động hơn và có khả năng cấu hình cao.
Truy cập dữ liệu sản xuất
Chi tiêu toàn cầu cho chuyển đổi kỹ thuật số sẽ đạt 6,8 nghìn tỷ USD vào năm 2023 [2]. Bộ truyền động tốc độ thay đổi có thể cung cấp quyền truy cập vào dữ liệu máy móc dưới dạng điện áp, dòng điện, vị trí, nhiệt độ, công suất và mức tiêu thụ năng lượng kết hợp với các cảm biến bên ngoài để theo dõi độ rung và các biến số quy trình khác. Với công nghệ thông tin/công nghệ vận hành (IT/OT) hội tụ, dữ liệu về máy và động cơ mạng Ethernet giờ đây có thể truy cập dễ dàng hơn và có thể được phân tích bằng điện toán đám mây và Trí tuệ nhân tạo (AI) mạnh mẽ để tối ưu hóa quy trình sản xuất và theo dõi tình trạng sức khỏe hiện tại của các tài sản trong toàn bộ quá trình cài đặt. Việc tối ưu hóa quy trình sản xuất này sẽ tiếp tục giảm mức tiêu thụ năng lượng trong sản xuất thông minh.
Hình 1: Chuyển đổi kỹ thuật số được kích hoạt bằng kết nối Ethernet công nghiệp liền mạch.
Để thực hiện điều này, các hệ thống điều khiển chuyển động đang hướng tới một kịch bản kết nối hội tụ, trong đó các giao thức truyền thông Ethernet công nghiệp hỗn hợp, kế thừa đang dần bị thay thế bởi các hệ thống dựa trên Mạng nhạy cảm với thời gian (TSN), được tiêu chuẩn hóa theo tiêu chuẩn mạng IEEE802.1 [3] , như được minh họa trong Hình 1. Điều này sẽ cho phép dữ liệu được đồng bộ hóa theo thời gian từ thiết bị cuối có sẵn trên tất cả các khu vực của mạng trong thời gian thực.
Một loạt các giải pháp điều khiển động cơ
Cuối cùng, các hệ thống sản xuất hiện đại sẽ bao gồm sự kết hợp của các hệ thống điều khiển động cơ đơn giản và phức tạp hơn, như những hệ thống được nêu trong Hình 2, với các bộ biến tần đơn giản và kết nối lưới ngày càng được thay thế bằng các hệ thống đồng bộ, tích hợp cảm biến, kết nối với nhau. Mỗi “hương vị” của điều khiển động cơ này được mô tả ngắn gọn ở đây, cùng với các ứng dụng mà chúng phục vụ.
Hình 2: Các giải pháp điều khiển động cơ được sử dụng trong tự động hóa hiện đại
Động cơ kết nối lưới: Các giải pháp chuyển động cơ bản này chạy ở tốc độ tương đối cố định. Các ứng dụng tốc độ không đổi thực sự khá hạn chế trong công nghiệp, nhưng chúng sẽ tiếp tục được sử dụng trong các trường hợp hoạt động của động cơ rất không liên tục và chi phí của VSD không hợp lý (ví dụ: công suất thấp, máy thổi, máy bơm, van, bộ truyền động được sử dụng không liên tục ).
Động cơ dẫn động bằng biến tần: Việc bổ sung một biến tần vòng hở đơn giản vào bộ điều khiển động cơ giúp giảm đáng kể mức tiêu thụ năng lượng bằng cách chạy động cơ ở tốc độ tối ưu cho tải và ứng dụng . Máy bơm, quạt, máy thổi và hệ thống điều khiển thô hơn, chẳng hạn như máy động lực nền tảng là những ứng dụng điển hình.
Bộ truyền động tốc độ thay đổi: Đối với các ứng dụng điều khiển chuyển động hiệu suất cao hơn, bộ truyền động tốc độ thay đổi (VSD) cho phép điều khiển mô-men xoắn, vận tốc và vị trí chính xác. Để đạt được điều này, các phép đo dòng điện và vị trí được thêm vào bộ biến tần vòng hở cơ bản. Máy móc băng tải, cuộn dây, in và ép đùn là những ví dụ điển hình về các ứng dụng cần VSD.
Hệ thống được điều khiển bằng servo: Các hệ thống được điều khiển bằng servo đa trục, đồng bộ được sử dụng trong các ứng dụng chuyển động phức tạp hơn. Máy công cụ và máy CNC yêu cầu đồng bộ nhiều trục, phản hồi vị trí cực kỳ chính xác. Gia công chính xác và sản xuất bồi đắp là những ứng dụng chính sử dụng bộ truyền động servo đa trục.
Robot công nghiệp/Robot cộng tác/Robot di động: Robot công nghiệp yêu cầu bộ truyền động servo nhiều trục kết hợp với tích hợp cơ học và thuật toán điều khiển máy tiên tiến để đạt được khả năng định vị không gian 3D phức tạp. Robot cộng tác (cobot) được xây dựng dựa trên các giải pháp robot công nghiệp bằng cách bổ sung tính năng giới hạn công suất và lực (PFL) cũng như cảm biến an toàn để mang lại khả năng điều khiển máy đa trục, an toàn về mặt chức năng, trong đó người vận hành có thể làm việc an toàn cùng với cobot. Robot di động có thêm tính năng cảm biến định vị và tránh va chạm. Các ứng dụng mà hệ thống robot phục vụ đang ngày càng phát triển, từ sản xuất ô tô truyền thống đến xử lý, xếp hàng, bốc xếp, đóng gói và hậu cần.
[1] Cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ tư: ý nghĩa và cách ứng phó | Diễn đàn kinh tế thế giới (weforum.org)
[2] Shawn Fitzgerald, Daniel-Zoe Jimenez, Serge Findling, Yukiharu Yorifuji, Megha Kumar, Lianfeng Wu, Giulia Carosella, Sandra Ng, Robert Parker, Philip Carter và Meredith Whalen. “IDC FutureScape: Dự đoán về Chuyển đổi kỹ thuật số toàn cầu năm 2021.” IDC, tháng 10 năm 2020.
[3] https://1.ieee802.org/