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
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
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.

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.

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.

Související články
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.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
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.

Termostabilní koncept obráběcích strojů - 1. část

Termostabilní koncept obráběcích strojů firmy Okuma je systém regulace či chcete-li potlačování dilatací stroje způsobených změnami teploty jeho struktury. I když změny teploty je možné omezit vhodnou konstrukcí stroje, nelze jim zcela zabránit. Stroj pracuje v určitém prostředí, které obecně nemá konstantní teplotu.

Software MSP - dva nástroje k bezchybné výrobě na 5osých centrech

V jednom z předchozích článků jsme se zabývali obslužným SW pro spínací dotekové měřicí sondy. Ukázali jsme, že běžná měřicí doteková sonda je vlastně jenom opakovatelný spínač a že použitelný výsledek nám dá až software v řídicím systému. Ať už pracujeme s makroprogramy přímo v paměti CNC nebo tvoříme vlastní cykly na úrovni CAD, výsledkem jednoho měření je obvykle údaj o jednom geometrickém prvku, maximálně vztah několika prvků (nový počátek nebo úhel natočení obrobkových souřadnic, průměr a osa díry, šířka drážky apod.). Také obslužný software skenovací sondy, která obvykle sbírá mnohem větší množství bodů než sondy spínací, většinou směřuje k hodnocení daného prvku nebo pravidelného geometrického tvaru.

Revoluční linka pro měření kvality

Je to takový český "americký sen". Začínal jako soustružník, dnes Miroslav Dušek vlastní strojírenskou firmu s mnohamilionovým obratem. Láska k poctivému řemeslu se u něj potkává s vynalézavostí, která ho nyní dovedla k vývoji revoluční linky pro měření kvality.

České firmy zbrojí na MSV v Brně

Výrobní i dodavatelské společnosti předvedou na Mezinárodním strojírenském veletrhu svoje novinky. Letošní ročník nejvýznamnější průmyslové přehlídky ve střední Evropě se bude konat v pozitivní atmosféře – domácí ekonomice se po letech přešlapování opět daří.

Měřím, měříš, měříme…na obráběcím stroji

V moderních výrobních systémech složených z CNC obráběcích strojů je měření a kontrola nástrojů pro preventivní zajištění kvality nepostradatelná. Změřená data nástrojů nebo změřené hodnoty obrobků jsou potom použity k automatickému výpočtu kompenzačních hodnot v probíhajícím výrobním procesu. Pomocí automatické kompenzace rozměrů nástrojů nebo případnou výměnou nástrojů zůstávají výsledky obrábění stabilní.

Inovace senzorů na veletrhu Amper 2015

Na brněnském výstavišti proběhne ve dnech 24. až 27. března 2015 mezinárodni veletrh elektroniky Amper, na kterém představí novinky v sortimentu senzorů také společnost Micro-Epsilon.

Q znamená 4

Pan Q vynalézal pro Jamese Bonda mnohá unikátní zařízení, která slavnému špionovi pomáhala přežít. Společnost Renishaw písmenem Q označuje unikátní systém rádiové komunikace až čtyř sond (obrobkových i nástrojových) s jediným přijímačem.

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