کاربرد سروو زیمنس در اتوماسیون پیشرفته کارخانه‌ها

صنعت امروز دیگر شبیه دهه‌های گذشته نیست. از خطوط تولید دستی و اپراتورمحور گذشته‌ایم و حالا در دنیایی زندگی می‌کنیم که اتوماسیون پیشرفته حرف اول را می‌زند. کارخانجات مدرن برای سرعت، دقت، انعطاف‌پذیری و کاهش هزینه‌ها، سراغ راهکارهایی رفته‌اند که تا چند سال پیش فقط در فیلم‌های علمی‌تخیلی دیده می‌شد. یکی از ستون‌های اصلی این تحول، سروو موتورهای زیمنس هستند که با بهره‌گیری از کنترل دقیق حرکت، امکان اجرای عملیات پیچیده را فراهم کرده‌اند.

سروو زیمنس چیست؟

سروو موتور زیمنس یک موتور الکتریکی با کنترل دقیق موقعیت، سرعت و گشتاور است که به کمک درایو زیمنس و سیستم‌های کنترل (مانند PLC S7-1500 یا SIMOTION) مدیریت می‌شود.

ویژگی‌های اصلی سروو زیمنس:

• دقت بالا در حرکت (کنترل در حد هزارم میلی‌متر)
• پاسخ‌گویی سریع به فرمان‌ها
• قابلیت هماهنگی با سنسورها و سیستم‌های دید ماشین
• مصرف انرژی بهینه

مدل‌های پرکاربرد:

• SIMOTICS S-1FL6 → برای کاربردهای عمومی و میان‌رده
• SIMOTICS S-1FK2 → برای عملیات فوق‌دقیق در صنایع پیشرفته
• SIMOTICS S-1FT7 → برای ماشین‌آلات با نیاز به گشتاور بالا

جایگاه سروو زیمنس در اتوماسیون پیشرفته

وقتی از «اتوماسیون پیشرفته» حرف می‌زنیم، منظور یک سیستم ترکیبی از کنترل مکانیکی، نرم‌افزاری و داده‌محور است که همه اجزای کارخانه را هماهنگ می‌کند.

سروو زیمنس در این شبکه چه جایگاهی دارد؟

• مرکز عصبی حرکت‌هاست: تمام حرکات مکانیکی دقیق، از جابه‌جایی یک قطعه کوچک تا حرکت یک بازوی ربات بزرگ، باید با دقتی در حد میلی‌ثانیه انجام شود. این را سروو ممکن می‌کند.
• پل ارتباطی بین نرم‌افزار و سخت‌افزار: PLC زیمنس فرمان می‌دهد، سروو اجرا می‌کند، و سنسورها بازخورد می‌دهند تا چرخه بدون خطا ادامه یابد.
• انعطاف‌پذیری خط تولید: با تغییر یک برنامه در سیستم کنترل، سروو می‌تواند برای یک محصول جدید تنظیم شود، بدون نیاز به جابه‌جایی مکانیکی زیاد.

کاربردهای کلیدی سروو زیمنس در کارخانه‌ها

کاربردهای کلیدی سروو زیمنس در کارخانه‌ها

۱. خطوط تولید بسته‌بندی (Packaging Lines)

حرکت تسمه‌ها، بازوهای مکانیکی و تیغه‌های برش همگی باید هماهنگ باشند، و این هماهنگی را کنترل سروو تضمین می‌کند.

۲. سیستم‌های انتقال مواد (Material Handling)

حتی زمانی که ۱۰ نوار نقاله به هم متصل هستند، یک سروو مرکزی یا چند سروو هماهنگ می‌توانند از توقف غیرمنتظره جلوگیری کنند.

۳. تولید فلزات و پرس‌های صنعتی

در پرس‌های سروو زیمنس، کورس ضربه‌زن با ولوم دقیق و قابل تنظیم کنترل می‌شود.

۴. صنعت الکترونیک و مونتاژ PCB

در مونتاژ قطعات الکترونیک، حرکت اشتباه در کسری از میلی‌متر می‌تواند یک برد کامل را خراب کند، بنابراین دقت سروو حیاتی است.

ادغام سروو زیمنس با PLC و TIA Portal

زیمنس با ایجاد یک اکوسیستم یکپارچه باعث شده که مهندسان بتوانند بدون نیاز به نرم‌افزارهای جانبی، کل فرایند کنترل سروو را در TIA Portal مدیریت کنند.

این یعنی:

• پیکربندی یکپارچه: تعریف پارامترهای سروو مانند شتاب، سرعت و گشتاور در همان محیطی که برنامه PLC نوشته می‌شود.
• عیب‌یابی سریع: اگر سروو بیش از حد بار بگیرد یا از خط حرکت خارج شود، خطا بلافاصله روی HMI زیمنس یا مانیتور PLC نمایش داده می‌شود.
• افزایش سرعت راه‌اندازی: زمان تست، تنظیم و اجرا کوتاه می‌شود و خط تولید سریع‌تر به بهره‌برداری می‌رسد.

مزایای اصلی استفاده از سروو زیمنس در کارخانه‌ها

فراتر از دقت و سرعت، مزایای استفاده از سرو زیمنس این‌ها هستند:

1. یکسان‌سازی کیفیت تولید: هر قطعه با کیفیت مشابه تولید می‌شود، حتی در شیفت‌ها و اپراتورهای مختلف.
2. زمان تغییر خط پایین: تغییر برنامه تولید بدون توقف طولانی.
3. کاهش ضایعات: چون دقت بالا باعث می‌شود بخش کمتری از مواد خام هدر برود.
4. پایداری عملکرد در طولانی‌مدت: خصوصاً در خطوطی که ۲۴ ساعته کار می‌کنند.

چالش‌ها و نکات پیاده‌سازی

راه‌اندازی سروو زیمنس در یک کارخانه نیاز به برنامه‌ریزی دقیق دارد، چون:

• باید نیاز حرکتی و سطح دقت به‌درستی محاسبه شود تا مدل مناسب انتخاب گردد.
• هماهنگی با بقیه اجزای خط مثل سنسورها و مکانیزم‌های مکانیکی الزامی است.
• اپراتورها باید آموزش ببینند تا بتوانند پارامترها را تنظیم و خطاها را رفع کنند.
• سیستم باید از نظر ایمنی عملکرد (Safety Integrated) پیکربندی شود، چون سروو بسیار قدرتمند است و در صورت حرکت غیرمنتظره خطرناک خواهد بود.

مدل های معروف سروو زیمنس در اتوماسیون

موتورهای سروو زیمنس (SIMOTICS) و سروو درایوهای زیمنس (SINAMICS) بالاترین عملکرد صنعت را در زمینه کنترل حرکت دقیق ارائه می‌دهند. برای مثال، زیمنس ادعا می‌کند که سرووموتورهای سنکرون SIMOTICS S «دقت، استحکام و طیف گسترده‌ای از طراحی‌ها» را فراهم می‌کنند و «اولین انتخاب برای مسیرهای حرکتی بسیار پویا و دقیق» هستند. این موتورها با کارایی بالا، وقتی با درایوهای سروو SINAMICS (از جمله مدل V90) ترکیب می‌شوند، یک راهکار کامل کنترل حرکت را ارائه می‌دهند.

درایو SINAMICS V90 که یک درایو تک‌محوره پرکاربرد است، توسط زیمنس به‌عنوان یک راهکار «بهینه از نظر عملکرد و آسان برای کار» معرفی می‌شود که محدوده توانی 0.05 تا 7.0 کیلووات را هم در شبکه‌های تک‌فاز و هم سه‌فاز پوشش می‌دهد.

این راهنما اصول کار این اجزا، ویژگی‌هایی که فناوری سروو زیمنس را متمایز می‌کند و کاربردهای آن در سیستم‌های اتوماسیون صنعتی را توضیح می‌دهد.

سروو موتور زیمنس چیست؟

یک سروو موتور کوچک استاندارد (مانند Tower Pro SG90) از همان اصل فیدبک استفاده می‌کند که سرووهای صنعتی دارند. هر سروو موتور اساساً یک موتور الکتریکی است که به واحد بازخورد موقعیت داخلی مجهز شده است.

در نتیجه، حرکت خود را به‌صورت مداوم در یک سیستم حلقه‌بسته تنظیم می‌کند تا مقدار واقعی زاویه یا سرعت فرمان داده‌شده را به دست آورد. در محصولات اشنایدر الکتریک نیز، سرووها در مکانیزم‌های حلقه‌بسته استفاده می‌شوند که بازخورد موقعیت را ثبت کرده تا سرعت چرخش کنترل شود.

در کاربردهای واقعی، موقعیت موتور توسط انکودر (Encoder) یا نوعی مبدل موقعیت مشابه به نام رزولور (Resolver) تشخیص داده می‌شود، سپس مدار الکترونیکی به‌طور مداوم موقعیت واقعی و موقعیت فرمان داده‌شده را مقایسه می‌کند تا هرگونه خطای کوچک در لحظه اصلاح شود.

یکی از توصیف‌های صنعتی برای این دستگاه این است که «یک قطعه الکتریکی کوچک و خودکفا که قطعات را به‌طور دقیق حرکت داده و می‌چرخاند.» نتیجه این ویژگی، حرکت دقیق است: سروو موتور خیلی سریع تا یک سرعت یا موقعیت تنظیم‌شده شتاب می‌گیرد و آن را با خطای بسیار کم حفظ می‌کند. به همین دلیل، کاربرد سروو موتور در رباتیک، ماشین‌های CNC، نوار نقاله‌ها و تجهیزات اتوماسیون اهمیت بالایی دارد.

سروو موتورهای سری SIMOTICS S

زیمنس سروو موتورهای خود را با نام برند SIMOTICS عرضه می‌کند. خانواده سری SIMOTICS S شامل سروو موتورهای سنکرون براش‌دار است که برای بالاترین دقت و واکنش‌پذیری دینامیکی ساخته شده‌اند. به گفته زیمنس، این موتورها به «دقت، استحکام و طیف گسترده‌ای از ساختارها» شناخته می‌شوند و «اولین انتخاب برای مسیرهای حرکتی بسیار پویا و دقیق» هستند.

به عبارت دیگر، موتورها‌ی SIMOTICS S در شتاب‌گیری‌های بسیار سریع و سرعت‌های بالا عملکرد فوق‌العاده‌ای دارند و حتی تحت بار، عملکرد پایدار ارائه می‌دهند.

برای نمونه، سری SIMOTICS S-1FK7 مجموعه‌ای از موتورهای سنکرون مغناطیس دائم هستند که در نسخه‌های Compact، High-Dynamic و High-Inertia عرضه می‌شوند. زیمنس این موتورها را «دارای قابلیت اضافه‌بار برتر، استحکام و فشردگی» توصیف می‌کند؛ به این معنا که می‌توانند بار سنگین لحظه‌ای (Overload) را بدون آسیب تحمل کنند و طراحی مقاوم آن‌ها برای کارگاهی بودن ساخته شده است. همچنین دارای کانکتورهای چرخان و کابل‌های پیش‌ساخته هستند که نصب سریع را ممکن می‌سازد. به‌طور عملی، یک موتور 1FK7 می‌تواند یک قطعه سنگین صنعتی را خیلی سریع به گردش درآورد و درعین‌حال کنترل دقیقی روی آن داشته باشد.

در تمامی سایزهای فریم، موتورهای SIMOTICS S گزینه‌های متنوعی دارند (مدل 1FK7 در حد میان‌رده است؛ مدل‌هایی مثل 1FL2 و 1FL6 برای توان کمتر یا بیشتر استفاده می‌شوند). یک سروو درایو زیمنس به همراه موتور SIMOTICS S به‌عنوان یک سیستم کامل عمل می‌کند. برای مثال، زیمنس به جفت شدن موتور SIMOTICS S-1FL6 با درایو SINAMICS V90 با توان 0.05 تا 7.0 کیلووات در شبکه‌های تک‌فاز و سه‌فاز اشاره می‌کند. این ترکیب ماژولار باعث می‌شود که درایو متناسب با توان نامی موتور انتخاب شود.

به این ترتیب، خانواده SIMOTICS S به‌عنوان یک پلتفرم سرووی مجهز، انعطاف‌پذیر و باکیفیت بالا برای مهندسان عمل می‌کند؛ از کارهای موقعیت‌یابی ساده تا حرکت‌های پیچیده با سرعت بالا.

درایوهای سروو زیمنس: سری SINAMICS

خانواده SINAMICS شامل سروو درایو زیمنس است که نیازهای متنوع صنعتی را پوشش می‌دهد. مدل SINAMICS V90 یک درایو سروو تک‌محوره شناخته‌شده است که مخصوص کارهای ساده کنترل حرکت طراحی شده. به گفته زیمنس، «سیستم درایو سروو SINAMICS V90» یک راهکار «بهینه‌سازی‌شده از نظر عملکرد و آسان برای کار» است. این مدل در بازه توانی 0.05 تا 7.0 کیلووات (0.07 تا 10 اسب بخار) و ولتاژ 230 ولت یا 400 ولت کار می‌کند. علاوه بر این، مجهز به عملکردهای ایمنی و پشتیبانی از پروتکل‌های صنعتی رایج جهت یکپارچگی با PLC است (PROFINET، USS، Modbus RTU).

درایو V90 اغلب همراه با یک سروو موتور SIMOTICS S، مثل S-1FL6 یا S-1FK7، استفاده می‌شود تا یک سیستم سرووی فشرده تشکیل دهد. برای پروژه‌های پیچیده‌تر، زیمنس درایوهای چندمحوره ماژولار مانند SINAMICS S120 یا S210 را ارائه می‌کند، اما V90 همچنان گزینه برتر برای کاربردهای میان‌رده کنترل حرکت است.

عملکرد یک درایو سروو چیست؟

در عمل، یک درایو سروو هم نقش تقویت‌کننده (Amplifier) و هم کنترلر را ایفا می‌کند. یعنی فرمان‌های حرکتی (مثل موقعیت هدف، سرعت یا گشتاور) که از کنترلر بالادستی یا PLC ارسال می‌شوند، توسط درایو دریافت شده و سپس جریان دقیق موردنیاز برای موتور را تأمین می‌کند.

تفاوت‌های اصلی بین سروو موتور زیمنس و سروو درایو زیمنس

بسیاری از مشتریان تفاوت این دو را می‌پرسند: سروو موتور عضله است و سروو درایو مغز.

سروو موتور انرژی الکتریکی را به حرکت تبدیل می‌کند و شامل سیم‌پیچ، آهنربا، شفت و انکودر فیدبک است. بدون درایو، موتور مانند یک موتور معمولی فقط می‌چرخد بدون هیچ کنترلی.
درایو سروو یک جعبه الکترونیکی بدون شفت است که بر اساس فرمان ورودی، توان تنظیم‌شده را به موتور می‌دهد، مسیر حرکت را محاسبه می‌کند و ولتاژ/جریان لازم را برای اجرای حرکت تأمین می‌کند.
به بیان ساده، موتور به درایو گزارش موقعیت و سرعت می‌دهد و درایو بر اساس این فیدبک خروجی خود را اصلاح می‌کند. این ارتباط مداوم یک حلقه بسته ایجاد می‌کند که کنترل دقیق موقعیت، سرعت و گشتاور را ممکن می‌سازد.

کاربرد در اتوماسیون صنعتی

موتور و سروو درایو زیمنس به‌طور گسترده در اتوماسیون مدرن استفاده می‌شوند. کنترل سرعت و موقعیت دقیق باعث می‌شود در هر جایی که حرکت تکرارشونده وجود دارد، انتخابی ایده‌آل باشند.

کاربردها شامل:

• ماشین‌های ابزار CNC، برش لیزری و اسپیندل‌ها
• بازوهای رباتیک و ربات‌های Pick & Place
• ماشین‌آلات بسته‌بندی و کانورتینگ
• خطوط مونتاژ خودکار
• دستگاه‌های چاپ و نوار نقاله‌های پرسرعت

مزیت این سیستم‌ها در دقت و پویایی آن‌هاست. چون حلقه بسته هستند، هر انحراف کوچک بلافاصله اصلاح می‌شود. این ویژگی‌ها باعث شده در صنایعی که دقت میلی‌متری و واکنش سریع ضروری است، مثل بسته‌بندی با صدها عملیات در دقیقه یا پرس‌های سنگین، بسیار ارزشمند باشند.

در مجموع، چه در یک جوشکار رباتیک دقیق و چه در یک پرس صنعتی پرقدرت، موتورهای SIMOTICS و درایوهای SINAMICS ستون اصلی سیستم کنترل حرکت محسوب می‌شوند.

نتیجه‌گیری

سروو زیمنس نه‌تنها حرکت را کنترل می‌کند، بلکه کل فلسفه تولید را متحول می‌کند. با آن می‌توان خطوط تولیدی داشت که هم انعطاف‌پذیرند، هم سریع و هم اقتصادی.