Bezprzewodowe zasilanie w zakładach przemysłowych?

Bezprzewodowe przesyłanie energii to już codzienność. Wielu z nas ma w domu bezprzewodowe ładowarki do telefonów, a rano odstawia szczoteczkę do zębów do stacji ładującej zamiast do tradycyjnego kubeczka. Trend ten dosięga także automatyki przemysłowej i to nie bez powodu. Każdy kto miał do czynienia z serwisowaniem maszyn doskonale wie jakich problemów potrafi przysporzyć, przykładowo, zerwany przewód. Nieraz traci się wtedy wiele cennego czasu na wyszukanie źródła awarii.  A klient stoi nam nad głową, chrząka i co rusz nerwowo pyta – kiedy ta produkcja wreszcie ruszy?!?

Przesył energii w zastosowaniach przemysłowych

Jednym z przykładowych problemów wynikających z tradycyjnego zasilania przewodowego jest na pewno kwestia częstej wymiany narzędzi przez roboty przemysłowe. W sytuacji, gdy narzędzia zmieniane są bardzo często, uszkodzenia styków, gniazd i wtyczek są nieuniknione – ciągła eksploatacja prowadzi do ich zużycia. Pokrzywione piny wtyczek krzyżują marzenia o nieprzerwanej pracy urządzeń i powodują przestoje, które jak doskonale wiemy – kosztują. I to sporo. Do tego trzeba jeszcze doliczyć koszt wymiany samych uszkodzonych elementów i opłacić pracę serwisanta.

Bezstykowe systemy przesyłania energii służą tutaj pomocą jako alternatywa tradycyjnego zasilania. Firma Weidmuller opracowała system FreeCon Contactless, który wspaniale wpasowuje się w stale rozszerzającą się przestrzeń potrzeb co do przesyłu energii za sprawą wielu swoich niezaprzeczalnych atutów, takich jak chociażby to, że jest uniwersalny, wydajny, bezobsługowy… Ale najpierw omówmy sobie jak to działa! 😉

Jak działa bezprzewodowe ładowanie?

W dużym uproszczeniu budowa systemu FreeCon Contactless, jak i każdej ładowarki indukcyjnej którą już widziałeś, opiera się na zwykłym transformatorze, który na pewno doskonale pamiętasz jeszcze z lekcji w szkole. Tak dla przypomnienia: transformator składa się z uzwojenia pierwotnego i wtórnego, które są nawinięte na jednym wspólnym rdzeniu. Przepływ prądu w uzwojeniu pierwotnym powoduje powstanie zmiennego pola magnetycznego, a w efekcie w uzwojeniu wtórnym drogą indukcji pojawia się energia z wytworzonego pola magnetycznego.

System FreeCon Contactless można sobie wyobrazić jako transformator, który został podzielony na dwie oddzielne części. Jest on zmodyfikowany tak, by można było korzystać z dwóch oddzielnych, odseparowanych uzwojeń, które nie są ze sobą połączone fizycznie. Bezstykowy przesył energii możliwy jest w momencie, gdy uzwojenia znajdą się w wymaganej odległości od siebie – kilku milimetrów.

Przesył energii odbywa się przez szczelinę powietrzną, dzięki zjawisku indukcji magnetycznej, a prąd przepływający w drugim uzwojeniu zamieniany jest na prąd stały i następnie kierowany do akumulatora.

Największą wydajność takiego systemu osiąga się w momencie, gdy cewki położone są bardzo blisko siebie. Związane jest to z tym, że sprzężenie indukcyjne, ściśle związane z natężeniem pola magnetycznego, maleje wraz z odległością. Perspektywy rozwoju tego rozwiązania są bardzo obiecujące i w przyszłości z pewnością pojawią się systemy, które umożliwią przesył energii elektrycznej na znacznie większe odległości oraz dwukierunkową komunikację dla sygnałów sterujących!

Gdzie bezstykowe zasilanie znajdzie swoje zastosowanie?

Roboty przemysłowe z wymiennymi narzędziami

Okej, wróćmy teraz na chwilę do tematu robotów z wymiennymi narzędziami. Nie wiem czy wiesz, ale dziennie potrafią wymienić narzędzie nawet kilkaset razy! Procesy technologiczne wykonywane przez roboty z roku na rok stają się coraz bardziej skomplikowane, co wymusza nowe podejście do wielu kwestii związanych z zapewnieniem ich bezawaryjnej pracy. Bezstykowe systemy przesyłania energii pozwalają na całkowite wykluczenie problemu mechanicznego zużycia połączeń gniazdo-wtyczka. Dzięki temu oszczędza się zarówno czas jak i pieniądze w kontekście serwisowania i wymiany uszkodzonych elementów, z racji na zminimalizowaną liczbę awarii maszyny.

Stoły obrotowe 

W stołach obrotowych często wykorzystuje się pierścienie ślizgowe, które przesyłają sygnały sterujące i zasilające z platformy stacjonarnej do obrotowej i na odwrót. Tego typu technologia znajduje swoje zastosowanie w stołach obrotowych i robotach przemysłowych, gdzie najistotniejszą kwestią jest zapewnienie dokładności przy ruchach powtarzanych nawet… miliony razy! Pierścienie ślizgowe są jednak bardzo skomplikowanym rozwiązaniem, co wiąże się jednak wysokimi kosztami utrzymania. W związku z tym, również w tym przypadku sprawdzi się system FreeCon Contactless, który przenosi energię elektryczną w sposób bezpieczny nawet w przypadku ruchów obrotowych.

Zastosowania transportowe

Wózki samojezdne AGV w wielu magazynach są już bardzo powszechnie stosowanym rozwiązaniem transportowym, a logistyka z ich udziałem nie jest żadną nowością. Zakłady przemysłowe, chcąc nadążyć za trendami, wdrażają coraz do nowsze rozwiązania w celu zwiększenia bezawaryjności, wprowadzenia jak największej bezobsługowości i efektywności pracy. Wózki AGV wykonują już swoje zadania samodzielnie, bez manualnej pomocy operatora. Jedyną rzeczą, którą musi zrobić operator, jest tutaj podłączenie zasilania w celu doładowania akumulatora wózka.

Poprzez zastosowanie bezstykowego przesyłu energii można pominąć nawet ten krok i w pełni zautomatyzować działanie systemów jezdnych. W sytuacji, gdy akumulator jest bliski rozładowaniu lub kiedy zaraz jest koniec zmiany, bądź też zbliża się czas przestoju, wózek samoczynnie przejeżdża do stacji ładującej, gdzie akumulator jest doładowywany samoczynnie.

Dlaczego taki dobry?

Przyjrzyjmy się zaletom, jakie oferuje system FreeCon Contactless…

Wysoka gęstość mocy i maksimum sprawności

Po pierwsze, system FreeCon Contactless jako pierwszy w historii zapewnia niezawodny przesył mocy do 240 W (10 A 24 V DC) przy użyciu tak małogabarytowych modułów. Dzięki temu, że straty mocy są naprawdę znikome, robi to przy sprawności sięgającej ≥ 90 % !

Niezużywające się połączenie elektryczne

Po drugie, umożliwia bezpośrednie zarządzanie ze sterownika PLC, co wyklucza konieczność stosowania dodatkowego stycznika. Dzięki temu możemy załączać prąd o wartości aż 10 A bezpośrednio z PLC!

Niezawodny

Dzięki wykluczeniu połączeń stykowych, wtyczek i gniazd, system ten sprawia, że konieczność konserwacji obniżona jest do  minimum. Istotnie zwiększa to dyspozycyjność maszyny, tj. gwarantuje krótsze jej przestoje, a w efekcie znacznie zmniejsza koszty eksploatacji maszyny.

Kompaktowy i elastyczny w montażu

FreeCon Contactless jest niezwykle kompaktowym urządzeniem, ponieważ mierzy jedynie 10 x 10 cm, a jego wysokość to 4,7 cm. System może być montowany bezpośrednio, za pomocą wspornika montażowego, bądź na profilu – wszystko w trzech możliwych konfiguracjach, dzięki czemu monter ma dużą swobodę podczas montażu.

Wysoki stopień ochrony

Co więcej, obudowa systemu posiada wysoką klasę szczelności IP65, gdzie zwykłe połączenia gniazdo-wtyczka przeważnie mają stopień ochrony na poziomie jedynie IP20. Dzięki temu urządzenie to może pracować w warunkach dużego zawilgocenia i nie straszny mu brud czy zanieczyszczenia hulające po hali produkcyjnej.

Jak to działa?

Okazuje się, że FreeCon nie tylko robi wrażenie w teorii, ale również świetnie działa w praktyce. Urządzenia FreeCon działają w parach i wyróżnić można urządzenie bazowe i zdalne. Do urządzenia wystarczy w teorii podłączyć dwa przewody: 24VDC oraz 0VDC, jednak najlepiej uwzględnić również uziemienie. I to wystarczy. Po zbliżeniu urządzenia zdalnego na jego wyjściu natychmiast pojawia się napięcie 24V DC!

Warto tutaj zaznaczyć, że sprawność takiej transmisji energii to maksymalnie 93%. Co dzieje się z pozostałą energią? Uwalnia się w postaci ciepła i z tego powodu urządzenia mogą nagrzewać się do znacznych temperatur, sięgających nawet 70°C. Mogą one bez problemu pracować przy takiej temperaturze, ale dla bezpieczeństwa powinny zostać obudowane tak, aby nikt przypadkowo nie dotknął ich i się nie poparzył.

Złącze jest pięciopinowe i oprócz doprowadzenia zasilania i uziemienia może obsługiwać komunikację ze sterownikiem. Do urządzenia FreeCon można przesyłać sygnał włączający i wyłączający działanie bezprzewodowego zasilania jak i odbierać sygnał potwierdzający działanie.

Najlepiej sens działania FreeCon odda Wam film, który prezentuje współpracę firmy Weidmuller i Bosch Rexrotch podczas tworzenia „inteligentnej” podłogi. Brzmi intrygująco?

Myślmy przyszłościowo!

Dziś już wiemy, że przyszłość bez wątpienia należy do bezstykowych systemów przesyłania energii – tendencja do zamiany rozwiązań przewodowych na bezprzewodowe stale rośnie. Już niebawem znajdą swoje miejsce w posadzkach naszych garaży, gdzie ładować będą baterie pojazdów elektrycznych. Kolejnym krokiem ku przyszłości dla samochodów jest pozbycie się przewodów na rzecz wewnętrznej komunikacji po sieci 5G, dlatego też firma Weidmuller wykorzystuje swoją wiedzę i doświadczenie aby rozwijać standard 5G dla aplikacji czasu rzeczywistego. A co zmieni się w fabrykach? Tendencja do zamiany rozwiązań przewodowych na bezprzewodowe stale rośnie. Stacje bezprzewodowego ładowania akumulatorów dla pojazdów transportowych AGV z pewnością staną się bardzo popularne. Co więcej, umożliwienie bezprzewodowego ładowania na większe dystanse znacząco rozszerzyłoby pole do manewru dla tejże technologii.

Jeszcze więcej szczegółowych informacji o tym rozwiązaniu znajdziesz na stronie producenta. KLIK