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Consequent decentraliseren!
Contactloze energie en informatieoverdracht
Ing. Xavier De Buysscher, Control & Automation Magazine
version française
Decentrale automatiseringsconcepten zetten zich door in de
automatiseringstechniek. Dat deze architectuur in samenspel met wireless LAN en
contactloze energieoverdracht een volledig nieuwe betekenis krijgt, vertellen we
u in volgende bijdrage.
Het aandeel in decentrale moduletechnieken is in de fabrieksautomatisering
gigantisch toegenomen. Daarbij is de planning, opbouw, ingebruikname en service
van gemodulariseerde machine- en installatiedelen in vergelijking met een
centraal concept duidelijk effectiever, dit wil zeggen met kortere
projecterings- en inbedrijfnametijden, hogere planningszekerheid door eenduidig
gedefinieerde en vooraf geteste functiemodules, evenals gebruiksvriendelijkheid
door een gereduceerd componentenaantal. Bij de praktische uitvoering,
bijvoorbeeld in de transportsysteemtechniek, helpt contactloze energie- en
informatieoverdracht. In de huidige stand van zaken vormen schakelaars,
frequentieregelaars, communicatiebouwgroepen of sturingen de familie decentrale
componenten, hun bouwvorm en technische eigenschappen beantwoorden aan de
vereisten van een ruwe industriële omgeving. Niettegenstaande deze mogelijkheden
kan men bij transportsystemen nog niet zeggen dat men op een consequente manier
decentraliseert: de aansluiting van de verspreide componenten en hun
processturing gebeurt vandaag nog dikwijls door middel van een krachtige,
centrale sturing.
Eén stap verder
De verdere ontwikkeling van het concept voorziet een verdeelde intelligentie
in de vorm van een decentrale sturing. Dit vereist natuurlijk naast een gamma
hardwaremodules, ook een bijhorend pakket aan softwaremodules die voor
veelvoorkomende, standaardtoepassingen inzetbaar zijn. Door een optimale
mechatronische systeemopzet ontpoppen zich decentrale oplossingen die flexibel
op elk transportsysteem in te zetten zijn.
Contactloze overdracht
Movitrans is een nieuwe technologie van SEW-Eurodrive om contactloze
informatie- en energieoverdracht mogelijk te maken bij uitgebreide
transportinstallaties. De toepassingsgebieden reiken van industriële
transportsystemen met mobiele verbruikers (hangbanen of conveyors vooral in
automobielindustrie, plateautransporten, enz.), magazijntechniek in de logistiek
(sorteersystemen, portaalsystemen,…) tot toepassingen in extreme omgevingen
(bouwnijverheid, koelhuizen, pretparken,…). Daarbij neemt het systeem zijn
energie volgens het principe van een transformator met grote luchtspleet. De
primaire zijde bestaat uit een enkele winding, die zich uitstrekt over de
volledige transportweg (lineaire geleider). De secundaire bevindt zich op het
voertuig of bewegende deel, en wordt door middel van een overdrachtskop, haak of
ook pick-up genoemd aan het primaire deel aangekoppeld. Op die manier kan het
voertuig op de transportbaan liggen of er aan hangen. De regeling van het
systeem laat het toe in bedrijf een variabel aantal pick-ups met een wisselende
belasting in te zetten. Voertuigen die voorzien zijn van meerdere pick-ups of
haken kunnen hun energie ook van verschillende transportbanen halen, zij moeten
niet aan dezelfde transportbaan bevestigd zijn.
Grote luchtspleet toch efficiënt
In principe wordt bij deze inductieve koppeling met een grote luchtspleet
gewerkt. Door gebruik te maken van hogere frequenties bij de overdracht en een
speciaal regelprincipe, wordt er zelfs in deze situatie voor de
energieoverdracht naar de pick-up nog een hoog rendement verkregen. Hier wordt
ook het verschil met de traditionele transportsystemen duidelijk: zowel in het
stationaire als in het mobiele deel is er nood aan de
frequentieregelingstechniek. Movitrans grijpt hier terug op de technologie van
de SEW-aandrijfomvormers. Strikt genomen zet de voedingsvoorziener de benodigde
energie belastingsafhankelijk, in de vorm van een constante stroom op de
lineaire geleider. Parallel communiceert de centrale sturing met de sturing van
het mobiele voertuig over wireless-LAN (WLAN). De topologie van de WLAN laat
communicatie met de verschillende voertuigen willekeurig toe. Op de voertuigen
bevindt zich een omvormer die de energie ter beschikking stelt van alle
“meerrijdende” verbruikers. De mobiele microbesturing verzamelt alle lokale
signalen en stuurt de aandrijftechniek.
Dürr in automobielindustrie
Al meerdere jaren worden rail-hangbanen of conveyors als transportmiddel
tussen verschillende werkposten ingezet in verschillende branches van de
industrie, met als voornaamste toepassingsgebied de automobielindustrie. Het
grootste voordeel van de conveyors is dat de vloer vrij blijft tijdens
productie, waardoor er geen andere activiteiten verhinderd worden. Traditioneel
gebeurt de stroom- en communicatievoorziening bij dergelijke enkelrail conveyors
over de rail of de lineaire transportbaan. Daarbij wordt de net- en
signaalspanning over open, op de rail aangebrachte geleidingsbanen gezet en
worden ze via meeslepende koolborstels doorgegeven aan het voertuig.
Borstelslijtage en de vervuiling zijn dingen waarmee de gebruiker in zijn
planning rekening moet houden. Bijhorende onderhoudswerken dienen opgenomen te
worden, om nog maar te zwijgen van de niet geplande stilstanden waarmee men af
te rekenen krijgt. Allemaal activiteiten waar men in de automobielindustrie niet
op staat te springen.
Maar er is een technologische kentering die zich aandient. De railenergie- en
signaaloverdracht met de sleepcontacten wordt vervangen door contactloze
energie- en informatieoverdracht.
Het bedrijf Dürr, een bekende transportsysteemleverancier in de
automobielindustrie, gebruikt in deze gevallen voor zijn systemen de SEW
Movitrans. Het is bijvoorbeeld voor toepassingen zoals de hangende conveyors,
waarbij een wisselend aantal mobiele verbruikers met veranderlijk verbruik op
een gemeenschappelijke energievoorziening opereren. De compacte module van het
type Movitrans TPM12 past perfect in het traditioneel al zeer kleine huis van
het voertuig en voldoet aan IP65.
Toepassing in luchthavenlogistiek
In de luchthavenlogistiek wordt menige koffer getransporteerd. Het Duitse
Beumer is een machinefabrikant die een serierijp koffertransportsysteem Autoca
heeft ontwikkeld. Het systeem is speciaal geconcipieerd voor de luchthavens om
de koffers van check-in naar het bagagewagentje te transporteren.
Het systeem is gebaseerd op autonome enkelvoudige wagentjes. Elk voertuig is met
een eigen aandrijving, elektronica- en sturingstechniek uitgerust en vervoert
koffers met een maximale snelheid van 10m/s en 7m/s voor een systeem dat 1500
koffers per uur kan verplaatsen. Hogere snelheden zijn principieel mogelijk,
maar dan is natuurlijk een zwaardere installatie en voeding vereist. Het
volledige traject is vrij van aandrijvingen en wisselelementen, en de wagentjes
zijn intelligent en beslissen zelf over hun te volgen route. Alle wagentjes
worden contactloos van energie- en informatie voorzien, waardoor het grootste
deel van de installatieopgave komt te vervallen. Daarnaast is er ook een
duidelijk voordeel merkbaar wanneer men een uitbreiding van het traject wenst.
Als partner voor de volledige aandrijftechniek, inclusief de energieoverdracht,
heeft Beumer voor SEW geopteerd. In elk wagentje zijn twee servomotoren, twee
servo-omvormers, een asynchrone motor en twee voedingsmodules ondergebracht. De
voedingscomponenten en de op het traject verdeelde voedingseenheden zijn de
componenten van het SEW-systeem Movitrans, die speciaal voor contactloze
energieverzorging ontwikkeld werden. <<
Décentraliser de façon conséquente !
Transfert d’énergie et d’informations sans contact
Ing. Xavier De Buysscher, Control & Automation Magazine
Les concepts d’automatisation décentralisée s’intensifient dans la technique
d’automatisation. Nous vous expliquons ci-dessous comment cette architecture
prend une toute nouvelle signification grâce au LAN sans fil et au transfert
d’énergie sans contact.
Les techniques de modules décentralisés ont augmenté de façon gigantesque dans
l’automatisation des usines. Le planning, la construction, la mise en service et
l’entretien des composants modulaires de machines et d’installations sont de ce
fait sensiblement plus efficaces par rapport à un concept centralisé. Cela se
traduit par des délais de conception et de mise en service plus courts, par un
planning plus sûr assuré par des modules de fonctions définis de manière
univoque et testés au préalable et par une grande convivialité grâce à une
nombre réduit de composants. Le transfert d’énergie et d’informations sans
contact est une aide précieuse pour l’exécution pratique, par exemple dans la
technique de systèmes de transport. Aujourd’hui, les commutateurs, les
régulateurs de fréquence, les modules de communication ou les commandes
constituent la famille de composants décentralisés. Leur taille et leurs
caractéristiques techniques répondent aux exigences d’un environnement
industriel agressif. Malgré ces possibilités, on ne peut pas vraiment dire que
l’on décentralise de manière conséquente les systèmes de transport : la
connexion des composants répartis et leur commande de processus sont aujourd’hui
encore souvent assurés par une puissante commande centrale.
Un pas plus loin
Le développement plus poussé du concept prévoit une intelligence partagée
sous la forme d’une commande décentralisée. Cela requiert naturellement, en plus
d’une gamme de modules matériels, un paquet annexe de modules logiciels pouvant
être mis en œuvre pour les applications standard les plus fréquentes. Une
structure mécatronique optimale génère des solutions décentralisées aisément
utilisables sur chaque système de transport.
Un transfert sans contact
Movitrans est une nouvelle technologie de SEW-Eurodrive qui permet le
transfert d’informations et d’énergie sans contact dans les vastes installations
de transport. Les champs d’application s’étendent des systèmes de transport
industriels avec des consommateurs mobiles (convoyeurs aériens ou convoyeurs au
sol présents surtout dans l’industrie automobile, transports sur palettes…), à
la technique d’entrepôt dans la logistique (systèmes de tri, portiques…) et aux
applications dans des environnements extrêmes (industrie du bâtiment, entrepôts
frigorifiques, parcs d’attractions…). Le système prend son énergie selon le
principe d’un transformateur à travers un grand entrefer. Le circuit primaire se
compose d’un seul enroulement qui s’étend sur tout le chemin de transport
(conducteur linéaire). Le circuit secondaire se trouve sur le véhicule ou la
partie mobile et est relié au moyen d’une tête de transfert, appelée crochet ou
pick-up, à la partie primaire. De la sorte, le véhicule peut être couché sur le
convoyeur ou y être suspendu. La régulation du système permet d’utiliser un
nombre variable de pick-ups en fonctionnement avec une charge variable. Les
véhicules dotés de plusieurs pick-ups ou crochets peuvent également retirer leur
énergie de différents convoyeurs. Ils ne doivent pas être fixés au même
convoyeur.
Grand entrefer quand même efficace
En principe, cet accouplement inductif recourt à un grand entrefer. En
utilisant des fréquences supérieures lors du transfert et un principe de
régulation spécial, on obtient quand même un rendement élevé pour le transfert
d’énergie vers le pick-up. La différence avec les systèmes de transport
traditionnels devient également claire : tant la partie statique que la partie
mobile requièrent une technique de régulation de fréquence. Movitrans se base
ici sur la technologie des convertisseurs d’entraînement SEW. Le pourvoyeur de
courant met l’énergie nécessaire en fonction de la charge sous la forme d’un
courant constant sur le conducteur linéaire. Parallèlement, la commande centrale
communique avec la commande du véhicule mobile via le LAN sans fil (WLAN). La
topologie du WLAN permet une communication avec les différents véhicules. Les
véhicules disposent d’un convertisseur qui met l’énergie à la disposition de
tous les consommateurs ‘embarqués’. La microcommande mobile rassemble tous les
signaux locaux et pilote le système d’entraînement.
Dürr dans l’industrie automobile
Depuis plusieurs années déjà, diverses branches de l’industrie recourent aux
convoyeurs aériens à rail ou aux convoyeurs au sol comme moyen de transport
entre différents postes de travail, l’industrie automobile représentant le
principal champ d’application. Le principal avantage des convoyeurs réside dans
le fait que le sol reste libre durant la production. Aucune autre activité n’est
donc entravée. Traditionnellement, ces convoyeurs à rail unique sont alimentés
en courant et en communication par le rail ou le convoyeur linéaire. Les
tensions de réseau et de signaux sont fournies via des rails conducteurs
ouverts, placés sur le convoyeur, et transmises au véhicule à l’aide de contacts
glissants. L’utilisateur doit tenir compte dans son planning de l’usure des
contacts et de la pollution. Les travaux d’entretien annexes doivent être pris
en considération, sans parler des arrêts non planifiés auxquels il faut faire
face. Autant de contraintes que l’industrie automobile préfère éviter. Un
bouleversement technologique s’annonce toutefois. Le transfert d’énergie et de
signaux par rail à l’aide de contacts glissants est remplacé par le transfert
d’énergie et d’informations sans contact. La société Dürr, un fournisseur de
systèmes de transport renommé dans l’industrie automobile, utilise dans ces cas
le SEW Movitrans pour ses systèmes, par exemple dans des applications telles que
les convoyeurs aériens où un nombre variable de consommateurs mobiles opèrent en
consommant une quantité de courant variable sur un approvisionnement en énergie
commun. Le module compact de type Movitrans TPM12 s’intègre parfaitement dans le
corps traditionnellement très petit du véhicule et répond au degré IP65.
Application dans la logistique des aéroports
La logistique des aéroports gère le transport de bon nombre de valises. La
société allemande Beumer est un fabricant de machines. Elle a développé le
système de transport de valises Autoca qu’elle est prête à fabriquer en série.
Le système a été spécialement conçu pour les aéroports afin de transporter les
valises du check-in vers le chariot à bagages. Le système s’appuie sur des
chariots simples et autonomes. Chaque véhicule est équipé de son propre
entraînement, de son électronique et de sa technique de commande. Il transporte
des valises à une vitesse maximale de 10 m/s et de 7 m/s pour un système pouvant
déplacer 1500 valises par heure. Des vitesses supérieures sont en principe
possibles mais cela requiert naturellement une installation et une alimentation
plus lourdes. Le trajet entier est libre de tout entraînement et aiguillage. Les
chariots sont intelligents et décident eux-mêmes du trajet à suivre. Tous les
chariots sont alimentés sans contact en énergie et en informations, ce qui
supprime la majeure partie de la tâche d’installation. L’avantage est aussi de
taille lorsque l’on souhaite étendre le trajet. Beumer a choisi SEW comme
partenaire pour l’ensemble de la technique d’entraînement, y compris le
transfert d’énergie. Chaque voiture héberge deux servomoteurs, deux
convertisseurs servo, un moteur asynchrone et deux modules d’alimentation. Les
composants d’alimentation et les unités d’alimentation disséminées sur le trajet
sont les composants du système SEW Movitrans, spécialement conçus pour
l’alimentation en énergie sans contact. <<
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