Centralizado ou descentralizado? Que tipo de arquitetura apresenta as maiores vantagens técnicas e comerciais?

Uma servotecnologia descentralizante pode permitir economizar em termos de construção de fábricas e de máquinas durante a instalação. Duas vantagens adicionais incluem cargas de calor reduzidas em armários e uma arquitetura de acionamentos mais linear. Contudo, qual será a melhor tecnologia: uma solução integrada com acionamento/motor ou um motor e acionamento independentes?

Muitas vezes na vida a resposta a uma questão não é a primeira nem a segunda alternativa mas sim uma terceira. Isso se verifica em relação a um debate sobre servotecnologia descentralizada versus centralizada para determinar o melhor sistema. Do ponto de vista comercial e técnico, qual é a melhor arquitetura para uma determinada aplicação? Em vez de A ou B, a resposta C é apresentada através de arquiteturas conjuntas, uma combinação dos dois tipos. Nesse caso, as duas abordagens podem ser facilmente combinadas sempre que os acionamentos apresentem um grande número de características comuns. Assim, a normalização dessas plataformas é a melhor abordagem.

A arquitetura centralizada

Contrariamente ao transporte horizontal em que os servoacionamentos descentralizados são comuns, os servoacionamentos centralizados ainda dominam o mercado para garantir um controle de movimentos altamente dinâmico e exato. Em conjunto com outros componentes de controle, estão instalados servoacionamentos, as vezes com um IPC totalmente aplicado, em armários de controle com isolamento de elementos exteriores. A conexão aos motores apresenta uma estrutura em forma de estrela, cada uma tendo cabos de controle e alimentação. Devido à perda de calor ocorrer centralmente, é necessário um sistema de ar condicionado no armário.

A alternativa descentralizada

A servotecnologia descentralizada segue o princípio básico da mudança do controle individual do motor de um armário de controle central para um local próximo do processo. Essa arquitetura exige um design robusto que garanta um elevado nível de proteção ambiental. A vantagem é visível principalmente no que se refere à cablagem do motor. Outras duas vantagens são um melhor comportamento de CEM e a ampla distribuição da perda de calor, reduzindo os custos ou a necessidade de um sistema centralizado de controle da temperatura do armário.

Tendências da indústria de fabricação de máquinas

Especialmente em relação a máquinas das indústrias alimentar, de bebidas e de embalamento, a tendência não é ter paredes com armários de vários metros mas sim instalar unidades pequenas e autoprotegidas no interior da estruturada da máquina. A tendência progressiva são instalações de produção que funcionem através de módulos, exigindo a distribuição ou combinação de funções. Esse objetivo é reforçado pelo fato de o equipamento de produção ser composto por um processo principal e tarefas auxiliares. Essas últimas são um conjunto de módulos compatíveis como sistemas de transporte, separadores e unidades de manipulação. Isso permite a fácil ampliação da máquina. Nesse contexto, a experiência prática indica que uma estrutura descentralizada é vantajosa, especialmente em eixos únicos distribuídos espaçadamente. Por outro lado, a estrutura preferencial corresponde normalmente a módulos de máquinas para eixos sincronizados próximos e acionamentos centrais em um armário.

Economia na instalação e montagem

A possível economia em tecnologias descentralizadas é evidente com base em uma máquina de formação de metal legítima com oito eixos. O primeiro eixo está a 5 metros do armário de controle com cada um dos eixos adicionais 3 metros à frente. Um sistema de controle centralizado se caracterizaria por um armário de controle central onde estariam localizados os acionamentos e onde cada motor teria cabos de alimentação e realimentação blindados separados totalizando até 248 metros de cabos.

Imagem: A disposição é uma arquitetura de servoacionamentos distribuída com servoacionamentos AKD-N, diferentes tipos de motores e tecnologia de conexão através de um único cabo.



Imagem: A KOLLMORGEN criou especificamente os servoacionamentos distribuídos para a série AKD-N como dispositivos distribuídos para que não ocorram reduções na densidade da potência.

No lugar disso, a associação de um único módulo de alimentação AKD-C e 8 servocontroladores descentralizados AKD-N KOLLMORGEN faria com que o cabo necessário fosse de apenas 34 metros. O cálculo: É ligado um único cabo híbrido de 5 metros que fornece energia e barramento de campo ao controle de eixos entre o módulo de alimentação e o primeiro controlador descentralizado. Um único cabo híbrido de 3 metros conecta cada acionamento adicional, formando um total de 21 metros. Devido ao fato de supormos que cada motor se encontra a 1 metro de distância de cada acionamento AKD-N descentralizado, a KOLLMORGEN apresenta uma tecnologia que permite a conexão ao motor com um cabo, sendo apenas necessários 8 metros de cabo adicionais. Globalmente, o sistema descentralizado permitiu que o cabo necessário passasse de 248 para 34 metros, apresentando uma redução de 86%. Esses números representam a ideia dos ganhos monetários globais para o OEM, incluindo custos com cabos e a redução das despesas de montagem. Sempre que os eixos necessitem de E/S adicionais, a redução em termos de cablagem é ainda mais evidente. Em vez de 372, apenas são necessários 42 metros, representando uma economia de 89%.

Outra vantagem relativa ao reposicionamento dos acionamentos é a redução da energia dissipada nos armários de controle. Isso reduz eficazmente a necessidade de ar condicionado, garantido assim uma economia direta para o OEM e usuário final. Como tal, o tamanho do sistema ar condicionado do armário de controle pode ser reduzido ou totalmente eliminado, reduzindo custos com hardware e posterior funcionamento, aumentando, por fim, a eficiência energética.

Vantagens técnicas devido à redução da complexidade

A série AKD -N de acionamentos KOLLMORGEN garante uma proteção em conformidade com a norma IP67 e uma conexão através de um cabo híbrido com 11 milímetros de diâmetro até ao módulo de alimentação central presente no armário de controle. Esse cabo único garante a alimentação de energia e comunicação sem serem necessários cabos adicionais. Cada módulo de alimentação AKD -C pode suportar até duas sequências de acionamentos AKD -N de até 4 kW cada e até 8 acionamentos AKD -N por sequência. O desligamento seguro de torque através do cabo híbrido é uma funcionalidade padrão, podendo ser realizado individualmente para cada acionamento ou em grupo. Além disso, apenas é necessário um cabo entre o servocontrolador distribuído e o respectivo motor conectado graças a uma nova tecnologia de cabo único. Já não são necessários dois cabos para garantir a alimentação e realimentação do motor. Em aplicações de manipulação em que sejam necessários movimentos exatos, são frequentemente necessários suportes para cabos ou cadeias de reboque independentes para cabos de realimentação e do motor. Essa necessidade é agora menor porque existe muito menos cabo.


Imagem: É verdade que à primeira vista são apenas cabos mas estes aumentam os custos de instalação e ocupam espaço no interior das máquinas. A comparação entre a disposição central e distribuída é evidente.

Imagem: Os motores de torque da série KBM revelam toda sua força quando se encontram instalados na perfeição nas máquinas. Essas vantagens funcionam bem em conjunto com os servoacionamentos AKD-N descentralizados.

Ganhar com uma maior liberdade de design

Amostras indicam que a servotecnologia descentralizada economiza espaço em conjunto com a tecnologia de conexão através de um único cabo entre o motor e o controlador. Essa vantagem permite apresentar suportes para cabos menores, transportadores mais leves e uma maior compacidade, garantindo uma liberdade de design superior no desenvolvimento de novas máquinas. Essa liberdade resulta principalmente do fato de a tecnologia distribuída aumentar as capacidades de utilização de módulos comparativamente ao design de controle central inflexível. No final das contas isso permite que novas fábricas de OEM criem novas máquinas a partir de módulos já desenvolvidos tornando a engenharia mais eficiente.

Tecnologia de acionamento distribuída como híbrido

Uma segunda maneira de descentralizar é utilizar soluções integradas híbridas. Essas são unidades de servocontrolador e de motor combinadas sem necessidade de fiação externa. Essa solução chamada de "rodoferroviário" tem a desvantagem de provocar a redução da capacidade elétrica do acionamento com o aumento da temperatura ambiente. Quanto maior for a temperatura ambiente, maior é a redução do desempenho para que o acionamento se autoproteja do sobreaquecimento. Na prática, essa relação garante que os motores sejam maiores do que seria de outra forma necessário para apresentar o desempenho requirido dentro dos limites de temperatura aceitáveis para a parte eletrônica. Tarefas servo características como, por exemplo, a aceleração e desaceleração rápidas durante o posicionamento podem ser particularmente difíceis na criação de soluções híbridas devido ao problema da dissipação eficaz do calor.


Imagem: Maior ordem no entrelaçamento de cabos: Se forem utilizados servoacionamentos mesmo ao lado de motores, é possível distribuir a fiação elétrica complexa de um armário de controle central. A instalação se torna mais simples.

Contudo, a separação do motor e do acionamento neste ponto impede a redução da capacidade elétrica inata relacionada ao design. Essa solução fornece a base para motores menores, bem como uma melhor eficiência energética. Além disso, as combinações integradas se focam normalmente em um único tipo de motor, limitando a flexibilidade do design da máquina. Em contrapartida, é possível conectar todos os tipos de motor sem escovas KOLLMORGEN ao servoacionamento descentralizado AKD-N. Esses motores incluem tipos de acionamento convencionais ou de transmissão direta rotativos e lineares, garantindo uma verdadeira liberdade de design e apresentando um desempenho ideal.

Um exemplo de integração

Concluindo, para clarificar estas relações, será apresentado um exemplo da tecnologia de servoacionamentos para uma máquina de processamento de alimentos. O processo começa com o corte de salsichas e queijo utilizando um dispositivo de corte. O produto é transportado para uma correia. O processo não consiste apenas no transporte de um conjunto de salsichas do ponto A para o B mas em transportá-lo como um grupo bem definido. É evidente que é necessário um sistema de posicionamento de eixo único altamente dinâmico. Coloca-se agora a questão de como integrar as funções de controle da movimentação sofisticadas necessárias, mantendo o controle centralizado da máquina. O dispositivo de corte é um bom exemplo porque representa um eixo descentralizado específico devido ao fato de não ser possível satisfazer a sua elevada necessidade de energia com um acionamento descentralizado. Do ponto de vista da fabricação, o objetivo principal é conciliar requisitos funcionais muito distintos para uma associação ampla de soluções centralizadas e descentralizadas. Os acionamentos AKD-N KOLLMORGEN se focam na utilização de uma plataforma AKD centralizada. Essa fornece a tecnologia adequada para permitir a seleção ideal de uma solução de movimentação para a tarefa de desempenho necessária oferecida através de um vasto conjunto de atuadores compatíveis.


Autor:

Dr. Arne Linder, Gestão de Produtos,

KOLLMORGEN, Ratingen

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