Co robić, by być dobrym specjalistą z technik napędowych?

167

Autor: Agnieszka Hyla, konsultantka ds. optymalizacji produkcji Centrum Szkoleń Inżynierskich EMT-Systems sp. z o. o., kierownik projektów, autorka tekstów z zarządzania w produkcji.

Napęd, czyli urządzenie wprawiające w ruch mechanizm lub pojazd, może przybierać wiele różnych rodzajów. Wyróżniamy napęd atomowy, bocznokołowy, elektryczny, energoelektroniczny, fotonowy, hybrydowy, hydrauliczny, odrzutowy, pneumatyczny, parowy, pulsacyjny itp. W przemyśle najbardziej popularne są napędy elektryczne, pneumatyczne i hydrauliczne.

Napęd elektryczny to zespół elementów, które połączone i współgrające ze sobą przetwarzają energię elektromechaniczną w wybranym procesie technologicznym. Podstawowe elementy napędu elektrycznego to układ zasilający, silnik elektryczny, urządzenie pędne oraz sterujący nimi układ automatyki i sterowania. Układ zasilający służy do przekształcania energii elektrycznej pobranej z siebie i dostarczania jej do silnika elektrycznego. Może to być np. prostownik. Silnik elektryczny lub grupa silników służy do przekształcania tej energii elektrycznej na energię mechaniczną.

Efektem jest ruch. Urządzenie pędne przekazuje energię mechaniczną z silnika do maszyny roboczej, która z niej korzysta. Urządzenie to może również modyfikować parametry energii mechanicznej, np. prędkość kątową, moment itp. Elementy konstrukcyjne takiego urządzenia to na przykład przekładnie zębate, pasowe czy sprzęgła. Urządzenie sterujące występuje wówczas, gdy napęd ma być częścią układu automatyki przemysłowej, a więc ma być sterowany automatycznie. Razem urządzenia te tworzą napęd, bez którego ruch w produkcji nie byłby możliwy [1].

Stanowisko robocze z napędami Sinamics i Simotion D firmy Siemens [4].

Innym typem napędu jest napęd hydrauliczny. Służy on do przekazywania energii mechanicznej z jednego miejsca do drugiego, z wykorzystaniem cieszy. Punkt startowy to miejsce, w którym energia została wytworzona. Punkt końcowy to miejsce odbioru energii, czyli maszyna napędzana. Konstrukcje napędów hydraulicznych wykorzystują prawo Pascala. Napędy hydrauliczne są bardzo wydajne, stąd wykorzystywane są np. w górnictwie, przemyśle budowlanym, do napędzania maszyn rolniczych czy obrabiarek metali, w hutnictwie. Słowem – wszędzie tam, gdzie potrzebne są duże siły, trwałość i niezawodność. Wśród zalet napędów hydraulicznych wymienić można dodatkowo ich małe gabaryty i ciężar, dzięki czemu mogą być wykorzystywane do napędzania elementów urządzeń mobilnych, np. koparek.

Na uwagę zasługuje także płynna regulacja prędkości i zmiany kierunku ruchu w napędach hydraulicznych, a także dużaobciążalność przy niewielkich prędkościach, łatwość tworzenia zabezpieczeń przed przeciążeniem, precyzja działania, umożliwienie realizowania dowolnych ruchów urządzenia wykonawczego, łatwość w automatyzacji czy niewielkie koszty konserwacji. Napędy hydrauliczne mają jednak wady. Są wrażliwe na zapowietrzenie i stratę mocy w czasie przepływu medium w instalacji. Wymagają wysokiej jakości komponentów, ponieważ przy gorszych instalacjach przestają być efektywne. Korzystanie z nich wymaga dużej wiedzy i doświadczenia, podobnie jak w przypadku konserwacji, która musi odbywać się regularnie i być przeprowadzana uważnie [2].

Kolejnym popularny napędem jest napęd pneumatyczny. Przetwarza on energię sprężonego powietrza czy innego gazu na ruch obrotowy lub postępowy. Pracę wykonuje dostarczony z zewnątrz sprężony gaz. Sprężenie gazu wymaga jednak energii z zewnątrz. Napędy pneumatyczne są więc same w sobie bardzo czyste i ekologiczne, jednak energia do ich wytworzenia generowana jest w ten sam sposób, co energia elektryczna. Bez względu na medium przechowywania energii musi ona być na początku pozyskana. Wśród zalet napędów pneumatycznych wymienia się krótki czas ładowania zbiorników ze sprężonym powietrzem, brak możliwości wytracenia ładunku przez zbiornik ze sprężonym powietrzem w przeciwieństwie do akumulatorów energii elektrycznej, długotrwałą użyteczność urządzeń, małą zużywalność, brak potrzeby produkcji i utylizacji baterii oraz potencjalnie niższy koszt masowej produkcji komponentów w porównaniu do energii elektrycznej. Napędy pneumatyczne wykorzystywane są w produkcji, szczególnie tam gdzie nie wymagane są duże siły, a czystość instalacji [3].


Ćwiczenia z wykorzystaniem napędu Micromaster 4 [5].

Skąd jednak czerpać wiedzę o napędach przemysłowych? W jaki sposób pozyskać niezbędne w codziennej pracy doświadczenie? Osoba początkująca powinna zapoznać się z podstawowymi zagadnieniami dotyczącymi techniki napędowej oraz elektrotechniki przemysłowej. Zagadnienia te dostarczą podstaw wiedzy, z której następnie korzysta się w praktyce. Niezbędna jest wiedza o odmianach silników elektrycznych, szczególnie tych wykorzystywanych w przemyśle. Nie bez wartości jest umiejętność doboru i konfiguracji parametrów napędów elektrycznych. Istotne jest także zrozumienie aspektów mechaniki napędowych, które wpływają na powstawanie awarii oraz usterek napędów.

Docelowo, osoby chcące rozwijać się w produkcji i automatyce, które wykorzystują techniki napędowe w codziennej pracy, powinny znać możliwości oferowane przez nowoczesne napędy produkcyjne, ich wady i zalety. Na pewno konieczne jest zapoznanie się z takimi pojęciami jak: typy sieci elektroenergetycznych, klasy ochronności urządzeń elektrycznych, mechanika napędów, podstawowe cechy i parametry silników, metody doboru silnika napędowego, silniki prądu stałego, silniki krokowe, silniki prądu przemiennego, silniki serwo, rozruch i sterowanie silników prądu przemiennego, softstartery, przetwornice częstotliwości, sensory w układach napędowych, przekładnie, dobór parametrów napędów elektrycznych oraz konserwacja i diagnostyka układów napędowych. Zagadnienia te to podstawa, od której można zaczynać przygodę z napędami w przemyśle [1].

Stanowisko robocze szkolenia z podstaw technik napędowych [1].

Kolejnym krokiem jest zapoznanie się z rozwiązaniami, które dominują w polskich i europejskich firmach produkcyjnych. Jednym z podstawowych dostawców rozwiązań z zakresu technik napędowych jest firma Siemens. Siemens oferuje napędy elektryczne takie jak Sinamics G120, Micromaster 4, Sinamics S120 czy Simotion. To najpopularniejsze napędy produkcyjne, wykorzystywane w systemach automatyki przemysłowej.

Dla osób, które nie pracują jeszcze w przemyśle lub pragną przekwalifikować się na specjalistów w zakresie technik napędowych dobrym rozwiązaniem są kursy techniczne. W zależności od poziomu wiedzy oraz sprzętu wykorzystywanego w zakładzie pracy można wybrać dla siebie inny kurs. Osoby potrzebujące gruntownych podstaw teoretycznych o napędach powinny zwrócić się ku kursowi Podstawy technik napędowych [1]. To tam poznają bazowe informacje przydatne w późniejszej pracy. Osoby pracujące z napędami konkretnego typu poszukiwać mogą szkoleń odpowiadających ich szczególnym wymaganiom. Dla przykładu, szkolenie Siemens Sinamics G120 w TIA Portal – konfiguracja, uruchomienie, diagnostyka to prawdziwa wiedza w pigułce o napędzie Sinamics G120, jego wykorzystaniu w przemyśle i codziennej pracy z nim [4]. Podczas kursu uczestnicy uczą się samodzielnej konfiguracji przekształtników Sinamics G120 w nowoczesnym środowisku TIA Portal Siemensa.

Szkolenie pokazuje również sposoby wykorzystania oprogramowania SINAMICS Startdrive w połączeniu ze sterownikiem logicznym S7 – 1500. Trener przekazuje wiedzę związaną z napędem oraz wskazuje metody doboru i diagnostyki układów złożonych z przemiennika częstotliwości Sinamics G i silnika elektrycznego. Przekazuje także informacje o analizie diagnostycznej i serwisowaniu napędów elektrycznych Siemensa z podkreśleniem napędu Sinamics G. Podczas 5-dniowego szkolenia uczestnicy nie tylko uczestniczą w wykładach teoretycznych, lecz przede wszystkim mają możliwość wykonać serię ćwiczeń praktycznych z wykorzystaniem prawdziwego sprzętu. Indywidualne stanowiska pracy pozwalają na to, by każdy uczestnik wykorzystał czas szkolenia maksymalnie.

Trener przekazuje wiedzę, pokazuje jak rozwiązać popularne problemy z napędami, jak je konserwować i diagnozować. Wspiera także rozwiązywanie problemów, z którymi kursanci przyszli na szkolenie – usterek występujących w zakładzie produkcyjnym lub trudnych wyzwań w pracy automatyka czy utrzymaniowca. Podczas kursu przygotowuje się także napęd do pracy ze sterownikiem PLC oraz w sieci Profinet IO i Profibus DP. Dzięki temu uczestnicy mają możliwość zapoznania się tylko z samym zagadnieniem napędu, lecz także całym jego produkcyjnym otoczeniem [4]. Osoby pracujące z napędami Micromaster lub Sinamics S120 również znajdą dla siebie odpowiedni kurs [5, 6]. Na rynku często spotykane są także napędy firmy SEW, również oferujące dobre parametry wynikowe. Możliwość porównania dostępnych rozwiązań między sobą to dodatkowy atut u specjalisty technik napędowych.

Ćwiczenia podczas szkolenia z konfiguracji, uruchamiania i diagnostyki napędu Sinamics S120 [6].

Cel jest jeden – poprawa jakości swojej pracy. Im więcej wykonanych ćwiczeń, przeanalizowanych przypadków zachowań czy zasłyszanych historii z produkcyjnego świata,

tym wyższy poziom reprezentuje specjalista. Niemożliwe jest osiągnięcie wysokiej znajomości tematu bez rzeczywistej pracy ze sprzętem. Dlatego tak ważne jest, by podczas wyboru ścieżki rozwoju zdecydować się na metodę, która pozwoli nam na przeprowadzenie licznych doświadczeń z wykorzystaniem najwyższej jakości sprzętu z zakresu technik napędowych. Znajomość tematu i dostępnych rozwiązań zbliża w sposób zdecydowany do wypracowania wysokiej pozycji w zespole utrzymania ruchu.

Źródło: EMT Systems