电机:控制物料搬运;灵活性和能源效率

当谈到自动化物料搬运设备时，设备制造商吹捧的两个最重要的属性是灵活性和能源效率。

这些都不是空谈。事实上，今天的传送带、分拣系统、自动存储单元和自动引导车辆比以往任何时候都更加灵活和高效。使这一切成为可能的是电机、驱动器、控制和软件的进步，这些都是监督和指导自动化物料处理系统如何运行的。

通过观察驱动物料搬运系统的动力系统，你不会看到这些变化，但这种演变与物料搬运自动化中发生的变化是相似的:oem认识到，如果做得对，整体可能比部分的总和更大。

因此，电机、驱动器和控制行业正在从独立产品转向集成解决方案的设计。这就是电机，驱动器和控制一起工作的地方，提供比单独实现更令人印象深刻的结果。

“最重要的趋势是我们同时设计机械系统和控制系统，”施耐德电气(847-397-2600,http://www.schneider-electric.us/)物料处理部门经理David Voynow说。他补充说，在过去，新系统的大部分工程时间都是由设计解决方案的设备的机械工程师完成的。一旦完成，他们就把项目扔给电气工程师来设计电力系统。

由于大部分工程时间都花在了机械解决方案上，电力系统往往是后来才考虑的。沃诺说:“现在，我们想把所有这些都设计成方法论的一部分，而不是单独进行。”

这种方法允许系统将尽可能多的输入/输出、安全、功率和控制要求整合到一个模块化单元中，该单元尽可能靠近电机。沃诺说:“如果我们做得正确，我们可以降低生产这些系统的复杂性，我们可以创造出可重复的解决方案，轻松地从一个配送中心推广到另一个配送中心。”

以下是电机、驱动器和控制是如何改变自动化物料处理系统的。

继续行驶
当涉及到自动化时，电机是幕后的动力。如今，终端用户开始考虑电机的可持续性。Baldor Electric (479-646-4711, www.baldor.com)交流电机高级产品经理John Malinowski说:“电机驱动系统约占工业设施电力负荷的70%。”

Malinowski补充说:“因此，一些大公司现在将能源消耗和节约作为新机器规格的一部分。”“他们希望得到尺寸合适的电机，需要驱动器的驱动器，他们正在考虑环保，比如不锈钢外壳，在合适的地方。”

对于一些终端用户来说，这可能意味着选择高效电机，其效率比传统电机高2%至8%。但是，对能源效率的推动也是一个例子，说明如何将系统方法用于电力系统的设计，从而实现比单独使用电机更大的节省。

马林诺夫斯基说:“用优质电机改造系统是一件很棒的事情，但它充其量只是提高效率。”“另一方面，如果我看一下整个系统，把效率为50%的蜗杆减速器换成效率为95%的螺旋减速器，我只需要一个5马力的电机就能获得与标准10马力电机相同的输出扭矩。这是一笔实实在在的节省。”
但最有效的系统是关闭电机，或者只在需要时运行，并且速度不超过满足吞吐量要求的速度。马林诺夫斯基说:“如果我能装上传感器，知道箱子什么时候需要移动，那么我就能在需要的时候运行传送带。”

此外，伺服电机和直线电机的成本已经下降，例如需要精确运动的自动存储、检索和分拣等操作。这些电机比传统电机更精确和高效，允许最终用户在较慢的速度下获得更好的吞吐量。Malinowski说:“当你完成了所有的传统工艺改进后，这就是改进设备的下一步。”“你无法从工厂的传统产品运输中获得这些收益。”

传动效率
选择合适的电机只是迈向更高效、更灵活系统的第一步。罗克韦尔自动化(414-359-9700,http://www.rockwellautomation.com/)的业务部门经理Ken Fry说:“使用更高效的电机会产生影响。“但是，你控制设备的方式可能会对你的能源账单产生更大的影响。”

这就是驱动发挥作用的地方。这些设备从电机获取反馈，然后分析数据，以更精确地控制电机。“控制系统中的所有项目都在产生数据，”Fry说。“更聪明的原始设备制造商正在获取这些数据，并将其转化为信息，从而使驱动器真正更智能地运行电机。”因此，他补充说，“驱动器正在成为传送带产品的标准组成部分。”

其中最常见的是变频驱动。这允许输送机或分选装置根据生产需要改变设备运行的速度。Fry说:“与过去全速运行电机以实现全档位不同，变频驱动器允许您改变输送系统的速度以满足您的生产需求。”一个变频驱动器也使传送带的速度缓慢，最大限度地减少电力浪涌需要得到的东西移动。

再生驱动——用于自动存储系统中引导起重机运动等任务的驱动——使用户能够在某些任务中将能量返回给电网。艾默生工业自动化(800-893-2321,www.emersonct.com)美洲控制技术交流和直流驱动产品管理总监Alex Harvey解释说:“处理系统下降运动的经典方法是使用制动单元。”“但这只会浪费能量，因为能量会消散。”

通过使用带有交流电机的再生驱动，而不是制动器，起重机在吊起重物准备放下时消耗电力，但在起重机放下时产生的电力将被送回电网。这样做的结果是可以节省一大笔钱。Harvey说:“我们在新泽西州对一个AS/RS系统进行了再生驱动改造，第一年就节省了1万美元的能源，并降低了维护成本。

最后，硬盘变得更紧凑、更智能，内置了计算能力。这使得它们可以安装在离电机更近的地方，在那里它们可以更及时地获得有关电机运行情况的信息，并取代可编程逻辑控制器(PLC)。

在这种情况下，来自传感器的信号表明材料正在从传送带上下来，可以直接发送到驱动器，而不是先发送到PLC, PLC然后将指令发送到驱动器。消除中间步骤加快了系统的响应时间。一旦驱动器执行其工作，它可以与监控PLC或直接与下游的下一个驱动器通信。

如果其中一个驱动器出现故障，或者需要停机维护，另一个驱动器将会注意到并填补空缺，从而使系统继续运行。Harvey说:“我们已经有了非常灵活的架构，可以平衡成本、性能和冗余。

得到控制
软件控制和plc是电力和控制系统的最终组件。虽然plc和基于pc的控制曾经代表两种截然不同的控制方法，但今天它们已经发生了变化;PLC本质上是功能强大的微型计算机，它将PLC的可靠性与基于pc的控制使用的开放编程语言结合在一起。

这导致了使用商用计算机芯片和Windows CE等计算机语言的控制设备。有些人称这些新设备为可编程自动化控制器(pac)。对于那些想要一个更复杂的控制系统而又不想拆掉旧系统来安装PC控制的用户来说，它们是一个很大的优势。

弗莱表示:“过去，一份工作可能需要两台plc。“现在，有了PAC，你可以在一个设备上控制速度、运动和其他过程控制。因为所有这些都在一个集成的解决方案中，可操作的信息比以前快得多。”

然而，也出现了使用软件来瞄准自动化平台的控制系统。施耐德电气称之为“灵活的机器控制”。本质上，它是一个预配置的流程解决方案，可以很容易地推出并匹配到系统。沃诺说:“例如，通过一个软件，我们可以针对PLC、电机驱动器和运动控制系统，为分拣系统中的间隙创建解决方案。”“该软件可以控制堆积输送机，高速合并和分拣机，以精确地缩小所需的间隙。”

我们的目标是越来越接近通过电机和驱动器直接控制这些系统。沃诺说:“想象一下，在电机上安装cpu或更小的分布式plc，并为该设备内置逻辑。”

这些更智能的系统不仅可以更好地管理单个流程，还可以管理整个设施的能源效率。沃诺说:“你会惊讶地发现，有多少设施在运行传送带的同时给电池充电，这意味着他们要支付最高的能源费率。”“我们可以使用这些系统来管理设施，以满足生产需求，同时也最大限度地提高能源和可持续性。”

罗克韦尔的Fry补充道:“去年，我们看到大量OEM客户瞄准了改装市场。“他们在分拣机和传送带上保留了钢材和马达，并安装了新的控制装置。人们正在使用他们的电力和控制系统来提高系统的吞吐量，而不是完全替换某些东西。”