Témata
Reklama

Konstruování obráběcích strojů s ohledem na úsporu energie

Při návrhu obráběcích strojů je cílem všech zúčastněných konstruktérů dosáhnout maximální tuhosti a přesnosti stroje, technologické rychlosti obrábění a co nejvyšší provozní spolehlivosti. To jsou vlastnosti, kvůli nimž si zákazník stroj kupuje, ať je z kterékoliv části světa. Většinu zákazníků pak následně zajímá energetická náročnost stroje. Zákazníci ve vyspělé části světa, jako jsou především evropská a severoamerická teritoria, pak určitě sledují i maximální bezpečnost stroje a ochranu životního prostředí při jeho provozu.

Ve všech zmíněných oblastech má firma Siemens svým zákazníkům co nabídnout. Funkčním vybavením, projekční otevřeností a vysokou spolehlivostí umožňuje Sinumerik ve spojení s pohony Sinamics plnit i nejnáročnější požadavky projektů obráběcích strojů, a to při současné maximální spolehlivosti. V oblasti bezpečnosti to byla právě společnost Siemens, která uvedením systému Safety Integrated umožnila jako jedna z prvních efektivní projektování maximální bezpečnosti obráběcích strojů. I v současné době je propracovanost této opce špičkou v oblasti řízení bezpečnosti a ochrany obsluhy stroje. Diskuse s koncovým zákazníkem na téma správného ošetření bezpečnostní funkce většinou končí předáním informace „tato funkce je řešena systémem Siemens Safety Integrated“ – a pro zákazníka je to dostatečnou zárukou kvality řešení. Dost však o známých vlastnostech řízení Siemens, obraťme se k tématu článku – úspora energie a ochrana životního prostředí při návrhu obráběcích strojů s řízením Siemens.

Reklama
Reklama

Produkty v reakci na nové směrnice

Na téma úspory energie a ochrany životního prostředí již bylo napsáno mnoho článků. Je to velmi aktuální téma, které zajímá každého z nás v osobním i profesním životě. Vždyť každý, kdo si dnes jde koupit nový spotřebič, se vždy dívá na energetickou účinnost, a pokud stroj nemá třídu účinnosti A, případně ještě doplněnou o plus, většinou se poohlédne po jiném výrobku. V profesní oblasti návrhu obráběcích strojů určuje chování konstruktéra nejen snaha o dosažení maximální efektivity, ale také řada nových směrnic a předpisů. V oblasti úspory energie jde například o relativně nedávno vydanou směrnici Evropské unie určující účinnost asynchronních motorů s časovou osnovou umožňující nasazení motorů v příslušných třídách na vyráběné stroje. Podle této směrnice nelze již dnes do nově vyráběných strojů používat asynchronní motory ve třídě účinnosti IE1 a od 1. ledna 2015 musí být u všech motorů s výkony 7,5 až 375 kW dodržena zákonem stanovená účinnost třídy IE3, alternativně minimálně účinnost třídy IE2 u motorů napájených a řízených z měničů frekvence. Od 1. ledna 2017 pak toto musí být splněno ve výkonových rozsazích od 0,75 až 375 kW. Společnost Siemens jako jedna z prvních zareagovala na tuto změnu evropské legislativy a dnes běžně dodává asynchronní motory s třídou účinnosti IE3.

I v dalších výrobních odvětvích jde společnost Siemens cestou úspory energie. Srovnejme si jen v minulosti vyráběné měniče Simowert či Simodrive se současně vyráběnými měniči Sinamics. Energetická úspora nových měničů řady Sinamics je z hlediska úspory elektrické energie na obráběcím stroji jedna z nejvýznamnějších a nejznámějších. I v dalších výrobních oblastech však Siemens nezůstává pozadu. Nové produkty nízkonapěťové techniky řady Sirius v oblasti stykačů a softstarterů mají o osm procent nižší spotřebu energie proti dříve používaným prvkům. Materiálově, energeticky, ale potěšitelně pro výrobce strojů i cenově jsou optimalizovány nové řady PLC jednotek – například náhrada starých vstupních jednotek ET200M a ET200S novou řadou ET200SP.

Významnou inovací z hlediska úspory kabeláže bylo zavedení sběrnice drive cliq. Tato sběrnice převedla přenos odměřovacího signálu do digitální formy odolnější proti rušení (kabeláž již není nutno tak dokonale elektricky chránit proti rušení). Dále také umožnila sdružovat odměřovací kabeláž přímo na stroji prostřednictvím hubů. Úsporu v oblasti kabeláže tak představuje například náhrada elektrických ochranných hadic výrazně levnějšími, pouze mechanicky ochrannými hadicemi. Sloučením signálů pomocí hubů se počet kabelů podstatně snížil.

Softwarová podpora

Společnost Siemens se snaží o technickou inovaci nejen v materiálové oblasti, ale i ve vývoji a inovaci softwarových nástrojů. Výběr optimálních prvků pro projektování tak umožňují softwarové nástroje, jako jsou Sizer (oblast projektování pohonů, NC systémů…) či TIA Selection Tool, pro výběr vhodných komponent v oblasti PLC jednotek. Mechanickým konstruktérům a technologům pak slouží softwarové nástroje z projektové skupiny Siemens PLM – především CAD/CAM systém NX.

A čím je v tomto ohledu Sinumerik? Je hlavním stmelujícím prvkem řízení obráběcího stroje. Z hlediska energetické úspory není tedy nejdůležitějším cílem snižovat energetickou náročnost vlastního systému (byť i zde například nové jednotky Sinumeriku 840D sl jsou výrazně energeticky úspornější), ale řídit a optimalizovat energetickou spotřebu celého pracoviště. Co tedy Sinumerik ve svých dnes nejrozšířenějších systémech 840D sl a 828D sl z hlediska úspory elektrické energie nabízí? Nabízí systém s označením Ctrl-Energy – systém, jak efektivně hospodařit s energií na daném stroji (název pochází od možnosti volání na NC systému pomocí klávesové kombinace Ctrl+E).

Nosnou myšlenkou tohoto systému je „měřit a řídit“. V  Sinumeriku Operate jsou k dispozici funkce Ctrl+E analýza (pro měření a vyhodnocení spotřeby energie na stroji) a funkce Ctrl+E profil, pomocí které lze už přímo řídit úspory energie na stroji. Další úsporné funkce, jakož i know-how výrobce stroje v této oblasti, lze do systému přímo zaintegrovat. Tyto dvě funkce jsou podrobněji popsány v samostatném bloku tohoto článku níže.

Měřit a řídit

Ctrl+E analýza

Zde dostává koncový uživatel do rukou možnost měření a vyhodnocení spotřeby energie obráběcího stroje. Sinumerik Operate dokáže bez jakéhokoliv připojeného externího měřicího přístroje zaznamenat a na displeji indikovat výkon přímo z pohonů obráběcího stroje. Samozřejmě pouze s touto informací, i když to znamená cca 40 % celkové spotřeby energie, se uživatel asi těžko smíří. Chce vědět víc, na stroji jsou další komponenty (hydraulické a hydrostatické agregáty, ledničky, klimatizace, ...), které mají nezanedbatelný podíl na energetické náročnosti stroje. Zde lze na stroji použít multifunkční měřicí přístroj Sentron Pac 3200 nebo Sentron Pac 4200 a s jeho pomocí měřit buď celkový příkon stroje, nebo se orientovat na určitý spotřebič. Všechna tato data je možné za určitou, v podstatě volně nastavitelnou periodu zaznamenat a zobrazit. Aktuální záznam pak lze srovnat s dříve archivovaným.

Jak se měření vyvolá? V systémové oblasti „Parametry“ je nutno stisknout tlačítko Ctrl-Energy.

Další možností je stisknout klávesovou kombinaci Ctrl-E.

Následně je nutno stisknout tlačítko Energy analysis.

Stisknutím je vyvolán obrázek „Sinumerik analýza Ctrl-energie“. Pro všechny osy stroje se zobrazí hodnoty činného výkonu.

Stisknutím tlačítka „Start měření“ lze aktivovat záznam energetické spotřeby. Ten lze pak uložit například pro potřebu srovnávání s následným měřením. Maximálně lze uložit tři měření. V případě ukládání následných měření se nejstarší automaticky smažou. Stisknutím tlačítka „Start měření“ je vyvolán dialog s možností výběru měřené hodnoty.
Stisknutím tlačítek

můžeme ukončit měření, zobrazit měření, zobrazit detail měření a měření archivovat. Výsledek v grafické podobě je například následující:

Případně je možné vyvolat grafické porovnání starého a nového měření (aktuální měření – modrá křivka, předchozí uložená měření – modrá a zelená křivka).

Ctrl-E – řízení energetických profilů (módů) stroje

Tento druhý pilíř nabízí uživateli možnost založit si profil, podle kterého se bude hospodaření s energií na stroji řídit. V základním provedení systému, tj. při jeho dodávce, jsou předdefinovány tyto profily:
- jednoduchý energetický úsporný profil (Machine standby) znamená, že jestliže se řídicí systém po určitý definovaný čas nachází ve stavu Reset (není spuštěn žádný obráběcí proces), potom je vydán na NC-PLC rozhraní signál. Přes PLC je potom na jeho základě možné stroj převést do předdefinované energetické hladiny, ve které lze např. provádět seřizovací práce;
- plný energetický úsporný profil (NC standby) znamená, že jestliže po určitý definovaný čas není stisknuto žádné tlačítko na strojním panelu, je na NC-PLC rozhraní vydán signál. Přes PLC lze potom na základě této informace nastavit energetickou hladinu stroje, kdy je například možné přenášet technologické programy do a z NC systému nebo tyto programy editovat;
- maximální energetický úsporný profil (Auto Shut off) znamená, že jestliže po určitý definovaný čas není stisknuto žádné tlačítko na strojním a systémovém panelu a není aktivní komunikace s externími zařízeními, je na NC-PLC rozhraní vydán signál. Přes PLC může být potom vypnut např. hlavní vypínač stroje.

Pro eventuální změnu, případně pro rozšíření počtu profilů až na max. osm je nutné mít aktivována uživatelská přístupová práva pro výrobce stroje. Každý profil také vyžaduje obsluhu v PLC programu, který provádí změny energetického chování stroje.

Aktivace a deaktivace výrobcem stroje vytvořených profilů je možná přes ovládací panel řídicího systému a není chráněna žádným přístupovým heslem. Tento volný přístup je možné s výhodou flexibilně použít např. při přestávkách na oběd stisknutím tzv. obědového tlačítka.

Ing. Tomáš Kopeček

tomas.kopecek@siemens.com

Reklama
Související články
Trendy ve světě přesné měřicí techniky

Požadavky kladené na kontrolu kvality se rok od roku stále zvyšují. S tímto trendem se musejí vypořádat všichni výrobci měřicí techniky. Shodně je tomu i u firmy Mitutoyo, která se snaží šíří svého sortimentu maximálně vyhovět požadavkům pro dílenskou kontrolu, měrové laboratoře i procesní kontrolu, ale zároveň neopomíjí současný trend - Průmysl 4.0 a IoT - požadavek na inteligentní komunikativní měřidla a přístroje.

Soutěž pro středoškoláky

Jubilejní, již pátý ročník soutěže o Putovní pohár partnerských škol Siemens - Sinumerik Cup se letos konal v Mohelnici, v prostorech zdejší Střední školy technické a zemědělské a stejně jako před třemi lety, kdy tato škola byla hostitelem, i letos zdejší ředitel Jiří Ženožička se svým týmem organizaci pojal velmi profesionálně.

Firemní zkušenosti se snižováním spotřeby energie

V oblasti snižování energetické náročnosti provozu obráběcích strojů jsou aktivní a úspěšné i české firmy. Mezi lídry patří firmy Tajmac-ZPS, Kovosvit MAS, TOS Varnsdorf a TOS Kuřim-OS, které se touto problematikou zabývají již pět let. Jejich vývojové aktivity na tomto poli byly v minulých letech podpořeny Ministerstvem průmyslu a obchodu v rámci projektu FR-TI3/655 – Ecodesign ve stavbě obráběcích strojů.

Související články
Šedesát měsíců pro energetickou efektivitu

V roce 2009 byly výrobní stroje zahrnuty do pracovního plánu evropské směrnice pro výrobky spojené se spotřebou energie 2009/125/EC, obsahující odpovídající metodologii (MEErP), a s tím související povinnost výrobců splňovat požadavky na snižování energetické náročnosti svých výrobků. Rámec těchto požadavků a termín jejich implementace je stále předmětem intenzivních jednání mezi Evropskou komisí a evropským svazem obráběcích strojů Cecimo. Současný vývoj situace se pokusí objasnit Ing. Jiří Vrhel ze Svazu strojírenské technologie, který zastupuje Českou republiku při jednáních v Bruselu.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
Anketa mezi výrobci obráběcích strojů

Ekodesign a energetická náročnost výroby jsou bezesporu současným aktuálním tématem. Problematika ekodesignu již našla své místo i u českých výrobců obráběcích a tvářecích strojů, a pokud ne jako pevná součást jimi řešených projektů, tak doufejme alespoň v budoucích úvahách konstruktérů. Jedna věc je však úhel pohledu evropských legislativců, autorů příslušných směrnic, druhou je ale realita jejich praktických zavádění a v neposlední míře i ovlivňování přirozených tržních mechanizmů. Jak se na tuto problematiku dívají techničtí představitelé vybraných českých výrobců obráběcích a tvářecích strojů, je smyslem této ankety.

CNC řízení a  ekoobrábění

S růstem cen elektřiny se stále více diskutuje o ekologičnosti pracovních strojů ve smyslu co nejnižší spotřeby energie. Mluví se dokonce o zavedení norem či závazných předpisů pro výrobce strojů v duchu "ekodesignu".

Prediktivní diagnostika přesnosti CNC strojů

Jak přesný je náš stroj? Můžeme jeho parametry nějak zlepšit? Je stále ještě ve stavu, který předpokládáme? Často je obráběcí stroj pro uživatele černou skříňkou, která v optimálním případě produkuje shodné výrobky. Nemusí to tak zůstat a stav strojů lze i cíleně zlepšovat.

Obrobkové sondy a úskalí jejich použití

Téměř většina z nově vyrobených, zejména pak sofistikovaných obráběcích strojů, je dnes vybavena obrobkovými měřícími sondami. V uživatelských návodech k těmto sondám se lze dočíst o tom, jakými přínosy je jejich nasazení ve výrobě ohledně efektivnosti, snižování vedlejších časů při mezioperačních a finálních kontrolách obrobků atd. Ano, to vše je pravdou, nicméně i měřící sondy mají svá úskalí - tak jako ostatně každé jiné měřící zařízení.

Harmonizace ve svařování

Mezinárodní harmonizace norem a pravidel pro svařování je důležitá z mnoha důvodů. Primárním důvodem je skutečnost, že svařování je považováno za "zvláštní proces" (EN ISO 9001), při kterém nelze zcela zjistit jakost po skončení procesu inspekcí, ale jakost musí být sledována před i v průběhu celého procesu svařování.

Zvyšování užitné hodnoty obráběcích a tvářecích strojů

Konkurence v oboru prodeje obráběcích strojů je velká a všechny firmy hledají způsob, jak nabídnout koncovému uživateli vyšší užitnou hodnotu. Tato užitná hodnota se posuzuje podle parametrů koncové výrobní technologie (přesnost, jakost, produktivita, celkové náklady) a pro výrobce obráběcích strojů je to jeden z bodů, kde mohou technickými znalostmi a inovacemi ovlivnit svou konkurenceschopnost na trhu.

Optimalizace péče o ložiska zabraňuje odstávkám výroby

Ložiska jsou vysoce namáhanými součástmi pohonů, které v průběhu času podléhají opotřebení. S ohledem na to je zvláště důležité zahrnout je do plánů údržby, protože tato strategie pomáhá prodloužit životnost strojů nebo zařízení.

Velmi rychlá dvojčata

SolidCAM a InventorCAM jsou jeden a tentýž CAM program integrovaný v různých CADech (SolidWorks a Autodesk Inventor), proto má smysl mluvit o obou najednou. Neliší se funkčně totiž opravdu vůbec, pouze je uživatel ovládá ve svém oblíbeném CADu.

Měřicí technologie pro Průmysl 4.0 v Nitře

Průmysl 4.0 závisí na propojení systémů schopných spolu komunikovat, schopných získávat, vyhodnocovat a sdílet data a na takto zpracované informace reagovat v reálném čase. Údaje z měření jsou nezbytné pro shromažďování informací, které mají být použity při inteligentním rozhodování za účelem zabránit nežádoucím procesním změnám.

Rozpínací vřetena pro upínání ozubených kol

Rozpínací vřetena, kterými se upínají ozubená kola mezi hroty, se používají při výrobě ozubených kol, nejčastěji pro účely výstupní kontroly, kde je velkou výhodou vysoká přesnost a rozsah rozpínání.

Reklama
Předplatné MM

Dostáváte vydání MM Průmyslového spektra občasně zdarma na základě vaší registrace? Nejste ještě členem naší velké strojařské rodiny? Změňte to a staňte se naším stálým čtenářem. 

Proč jsme nejlepší?

  • Autoři článků jsou špičkoví praktici a akademici 
  • Vysoký podíl redakčního obsahu
  • Úzká provázanost printového a on-line obsahu ve špičkové platformě

a mnoho dalších benefitů.

... již 25 let zkušeností s odbornou novinařinou

      Předplatit