TotalFORCEテクノロジによるスマートモータ制御の進化

TotalFORCEテクノロジによるスマートモータ制御の進化

スマートモータ制御により、コネクテッドエンタープライズでスマートマシンの使用が実現

この10年ほどの間に、EtherNet/IPやモノのインターネット(IoT)などを実現する技術は、機械装置メーカ(OEM)が複雑さを軽減し、真の情報対応機械を実現することに貢献しています。今日、スマートマニュファクチャリングや産業用のスマートオペレーションでは新たな方法を積極的に採用しています。この新たな動向では、デバイスおよびプロセスは、継続的にモニタおよび最適化できるように高度に接続されています。

スマート生産は、情報の島々を1つにつなぐことによって生産とサプライチェーンを最適化することを目指して、エンドユーザに新たな機会をもたらそうとしています。IoTなどの技術の進歩は、デバイスをさらにスマートにすることを可能にし、ネットワーク、統合、診断およびインテリジェンスに対するエンドユーザの要求を満たすことを可能にしています。

電気モータは、産業アプリケーションでのエネルギー消費の主要要因の1つであり、世界の電気エネルギーの約4分の1を消費しています。この膨大な生産コストを削減しようと、ますます多くの産業用メーカが可変周波数ドライブ(VFD)を設置して装置やコンプレッサを含むあらゆるものを制御しようとしています。

可変周波数ドライブは、あらゆる産業分野に利点をもたらします。低圧可変周波数ドライブはモータ速度を要求に合わせて調整することができるため、油圧または空圧ドリルシステムを含む、高需要産業またはアプリケーションで有益です。省エネルギーの最大の利点の一部は、高需要またはエネルギー集約型アプリケーションや金属または鉱業分野で使用される機械類、廃水処理プラント、クレーンおよびホイスト、遠心分離機、タイヤ&ゴム、石油&ガスなどで発生します。これらのアプリケーションでは、低圧ACドライブはモータ速度とトルクを制御し、機械に対する機械的なストレス破壊を軽減します。

自己認識によるダウンタイムの低減

ネットワークおよび通信技術の進歩の結果、モータやドライブは統合および接続性が向上しつつあります。今日、予測分析を搭載したドライブは、かなりの程度で予期しないダウンタイムを防止します。例えば、ドライブにはオーバーヒートを防止する冷却ファンが組み込まれています。冷却ファンの1つが停止すると、ドライブはオーバーヒートし、予期しないダウンタイムを引き起こします。

TotalFORCEテクノロジは、ファンの予測寿命をモデル化することによってこの問題を解決します。この分析モデルは単なるカウンタではありません。測定された周囲温度(センサがドライブモジュールに組み込み)と測定されたファン速度を考慮にいれます。ファン速度の低下は、ファンのベアリングが故障しつつあることの指標です。

予知保全モデルは、ファンが予測寿命のある一定の割合(%)に達すると(デフォルトは80%)、EtherNet/IPを介してその情報を制御システムに通知します。

接続されたシステムはメンテナンスチームに、次に予定されているメンテンナンスのための停止期間にファンを交換するように通知します。これにより、予期しないダウンタイムが発生することを防止します。さらに、接続されたシステムを利用して、自動的に交換部品の在庫をチェックし、注文することもできます。

TotalFORCEテクノロジは、高性能なモータ制御、高度な自己モニタ機能および現在のデジタルプラットフォームを結合して、より高速で高精度な応答性の高いACドライブを実現します。

適応制御の機能

特許取得済みのTotalFORCEテクノロジを採用したAllen-BradleyのPowerFlex 755T ACドライブの強化には、さらに強力な適応制御機能が含まれ、それによってドライブが時間の経過とともに変化する機械特性をモニタし、発生した変化を自動的に補正することができるようになりました。適応性のあるチューニング機能は、最大4つの自動追跡ノッチフィルタを使用し、品質に影響する共鳴と振動やエネルギーの浪費、機械の早期摩耗を防止します。

さらに、予知保全機能はドライブの健全性に関するリアルタイム情報を提供します。温度、電圧および電流などの動作特性をモニタすることにより、ドライブは重要なコンポーネントの残り寿命を計算し、ユーザに知らせることができます。これによりユーザは予期しないダウンタイムを防止するために対策を講じることができます。

TotalFORCEテクノロジを採用したPowerFlex 755Tドライブは、速度、トルクおよび位置の精密な適応制御により卓越した電気モータ制御を実現します。これらのドライブは、現在のパフォーマンスとアプリケーションの設定を比較し、自動的に必要な調整を実行することで、生産要求に応えます。また、そのパフォーマンスデータも制御システムを通じてリアルタイムでオペレーションに伝達し、継続して自己の健全性をモニタします。

PowerFlex 755Tドライブは、ドライブまたはモータの健全性を損ねる可能性がある以下のような問題が発生した場合、すぐにオペレータに通知します。自己認識機能(ヒューズ溶断の兆候とフィードバック、ランタイム時間の測定とモニタ、サーマルマネージャ、およびコンポーネントの残り寿命の予測)によって、予期しないダウンタイムを大幅に短縮することができます。PowerFlexドライブは、オペレーションを最適化し、ダウンタイムを最小限に抑え、オペレーションの円滑な実行を維持できます。

ロックウェル・オートメーションの製品マネージャであるブラッド・アレンツは次のように述べています。「TotalFORCEテクノロジによって、PowerFlex 755Tドライブのユーザは機械稼働時間の向上のために予防的アプローチをとれるようになります。ドライブは制御システムに対するアプリケーションのステータスに関する情報を提供できます。これはダウンタイムを短縮し、生産性を向上するために極めて重要です。また、ドライブの自己認識機能によっても信頼性を高めサービスを簡略化できます。」

アクティブ・フロント・エンド・ドライブによる省エネルギーの強化

重工業製造メーカが直面する最重要課題には、エネルギー消費の削減、ダウンタイムの最小化、および生産性の最適化が含まれます。これらの製造メーカは生産性を高め、投資を保護しながらこれらの課題を解決しなければなりません。

近年、パワーエレクトロニクス技術やトポロジ、制御ハードウェアやソフトウェアにおけるさまざまな技術的進歩によって、低圧可変周波数ドライブの性能と精度が大幅に向上しています。AFE (アクティブ・フロント・エンド)テクノロジが搭載された可変周波数ドライブ(回生ドライブとも呼ばれる)は、産業用のエネルギー回生機能と入力電流高調波軽減を提供することにより多くの新技術を生み出しています。

今日、12パルス整流器のかわりにAFEが設置されることが増えています。ほとんどのAFEドライブシステムは、専用のACドライブとアクティブ・フロント・エンド・コントローラで構成されています。また、ドライブシステムにはEMCフィルタ機能も搭載され、従来の整流器より発生する入力電流の高調波の歪みが低くなります。

12パルス整流器は一般的に高調波の歪みの合計を10%まで低減するのに対して、AFEドライブでは約3%まで低減します。ただし、この値は電源電圧の歪みや不均衡、インピーダンスによって異なります。その理由として、従来の整流器は、高調波に対して受動的に応答し、高調波が実際に発生した後でそれを除去しますが、これに対して、AFEドライブはドライブ内部で検出される高調波の歪みに能動的に応答し、広域の電気ネットワークに高調波の歪みが進入し影響を及ぼすことを防止することがあげられます。ドライブ内で発生する非線形電流によって形成される高調波に対して継続的に反作用を及ぼすことにより、入力電圧が変動してもアクティブに高調波を必要な範囲内に封じ込めることができます。

よりスマートな生産を実現するスマートドライブ

今日、世界中の産業用エネルギーの使用量は常時高レベルで、産業用メーカはエネルギーコストの増加に直面しながら収益を増加させる課題を負っています。効率的なモータドライブの性能は重要であり、モータ故障の影響は非常に重大なものになります。スマートなモータ制御装置を使用することで、生産性を向上し、統合されたデータ主導のアプローチをとることによってモータ故障を防止することができます。

スマートなモータ制御は価値の高いプロセスと診断データの連続的フローを設計環境や視覚化システム、情報ソフトウェアとコントローラに提供し、コネクテッドエンタープライズを促進し、生産性の向上とダウンタイムの最小化と同時に総所有コストの削減に役立ちます。スマートモータ制御はどのようにして収益を増加させることができるのでしょうか? 考えてみてください。

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