Mecatronica, IoT şi Industry 4.0

2 MARTIE 2017

Mecatronica este un termen care apare frecvent în aceste zile, dar care nu este de fapt nou. Prima referinţă la acest termen se pare că a apărut atunci când inginerul japonez Ko Kikuchi a combina­t cuvintele mecanică şi electronică în 1969, deci acum mai bine de 47 de ani. În Regatul Unit primele cursuri universitare inginereşti de Mecatronică au început în 1985, cu prima promoţie 3 ani mai târziu, în 1988. (În România, primele încercări au avut loc începând cu 1991, când unele centre universitare importante au introdus cursuri orientate către mecatronică. În 1994, la Universitatea POLITEHNICA din Bucureşti, a fost introdus domeniul de studii Mecatronică şi Robotică, Programul de studii Mecatronică, cu prima promoţie în 1999. La ora actuală 12 universităţi tehnice bine cunoscute din ţară oferă acest domeniu – notă trad.)

Aurocon_EA0217_Articol_Fig-2

De la concept la proiect, DesignSpark este un partener de nădejde pentru ingineri.

MECATRONICA – o abordare multi-disciplinară
Ce este Mecatronica şi de ce are o importanţă semnificativă acum? Ei bine, Mecatronica a fost întotdeauna importantă, dar acum, având în vedere evoluţiile IoT şi Industry 4.0, poate fi considerată un termen de referinţă, care cuprinde totul.
Mecatronica are la bază o abordare inginerească integrată ce implică domeniile de electronică, mecanică şi sisteme de calcul. La ora actuală, majoritatea sistemelor de fabricaţie şi producţie implică Mecatronica într-o proporţie foarte ridicată.
Divizarea dintre electronică şi inginerie mecanică nu mai este aşa distinctă, iar rezultatul este o abordare mai integrată, inginerească în general.
Aurocon_EA0217_Articol_Fig-1Odată cu apariţia Raspberry Pi şi Arduino, tot mai mulţi oameni au învăţat să programeze şi, mai mult ca niciodată, să caute să dezvolte aplicaţii mai extinse într-o abordare open source. Puteţi accesa Maker Fair, Fab Lab şi Hacker Event pentru a vedea Mecatronica în acţiune.

Care este acoperirea Mecatronicii?
Gândindu-ne la controlul motoarelor, de la invertoare cu 3 faze până la mici plăci de control cu microprocesor, se poate avea o idee asupra scopului mecatronicii, dar chiar şi în cazul acestui exemplu, domeniul tehnologic este mare. Dacă luăm în considerare toate maşinile unelte, precum maşini de tăiere cu laser, prese şi unelte de ştanţat, mixate împreună cu sisteme de împachetare şi transport pe bandă, se poate observa că domeniul este foarte mare. Adăugând acum şi ecuaţia IoT vom obţine ceva cu adevărat masiv.
Vestea bună este că un inginer specializat în Mecatronică se poate angaja uşor, cunoştinţele sale fiind din ce în ce mai solicitate.
De exemplu, domeniul Mecatronicii este deschis pentru Robotică, Inginerie Aerospaţială, Controlul Mişcării şi o mulţime de alte posibilităţi inginereşti.
Citisem undeva că progresul IoT şi al Industry 4.0 ar putea conduce la renunţarea la inginerii mecatronişti. Nu cred aşa ceva, ci dimpotrivă, acesta este noul pas în evoluţia Mecatronicii.
Progresul nu va avea loc fără includerea Realităţii Augmentate ca parte majoră a mixului ingineresc.
În cele ce urmează voi prezenta necesitatea de ingineri de mecatronică, scoţând în evidenţă cerinţa de bază a IoT, INFORMAŢIA.

Aurocon_EA0217_Articol_Fig-3aInformaţia este regele fabricaţiei moderne
Nu este o mare surpriză faptul că informaţia sub formă de date este cheia către IoT, dar trebuie luată în considerare şi modalitatea de gestionare a datelor. Mai întâi trebuie analizat ce date trebuie măsurate pentru a obţine o ieşire logică, coerentă. Apoi trebuie gândit ce se face cu datele, odată obţinute, cum trebuie prelucrate pentru ca infor­maţia să aibă sens. Scopul informaţiei, a tuturor datelor preluate şi procesate, este de a creşte randamentul şi de a scădea preţul în sistem, jucând un rol perfect în lumea multi-disciplinară a mecatronicii.
Poate părea că sună simplist, dar cine poate mai bine decât un inginer mecatronist să ajute companiile să rămână competitive în medii în continuă dezvoltare, în care fiecare secundă contează şi ineficienţa costă milioane. Gestionarea activelor se bazează pe integrarea sistemului şi comunicaţia dintre procese. În mediile industriale aceasta poate conduce la reducerea timpilor neplanificaţi de asi­gu­rare a întreţinerii, prin anticiparea problemelor şi înlocuirea unor componente înainte de defectare.
Pentru mine controlul, mişcarea, măsurarea, analiza pot fi explicate în mod diferit, dar indiferent cum ar fi definite, în miezul lor se află Mecatronica.
Website-ul DesignSpark vă oferă acces la unelte de proiectare şi dezvoltare gratuite, perfecte pentru necesităţile dvs, inginereşti.

Autor: Greig RS –  www.designspark.com

COMPEC distribuitor RS Components răspunde şi cerinţelor inginerilor de Mecatronică, fiind recunoscută pentru produsele din multiple tehnologii. Fiind mereu la zi cu cele mai recente inovaţii şi tehnologii, COMPEC prin partenerul său RS vă poate pune la dispoziţie tot ceea ce aveţi nevoie, de la kituri de dezvoltare electronice, invertoare trifazate, senzori, PLC-uri, echipamente pneumatice şi multe altele.

În cele ce urmează vă sunt prezentate câteva produse din oferta extrem de bogată a Aurocon COMPEC, distri­buitor autorizat al RS Components, produse care vin în sprijinul celor afirmate mai sus.

Senzori & Traductoare

COMPEC vă oferă o gamă largă de senzori şi traductoare pentru a satisface orice aplicație, de la automatizarea proceselor şi până la alimen­tarea cu mărfuri a benzilor transportoare şi identificarea RFID.

Traductor incremental de rotaţie Baumer IVO 100 pulsuri/rotaţie, 6000 rpm, 4.75 → 30Vdc

Aurocon_EA0217_Articol_Fig-4aTraductoare incrementale de rotaţie ce pot fi alimentate de la o plajă largă de tensiuni, de la 4,75 şi 30Vdc. Etajul de ieşire este universal, compatibil cu Totem pole, NPN sau PNP şi RS422 sau transmiţător linie TTL. Seria de traductoare de rotaţie oferă rezoluţii de până la 5000 pulsuri/rotaţie, iar semnalele oferite sunt A, B, semnal de zero şi semnale complementare. Traductoarele sunt fără ax, permiţând montarea directă pe arborele motorului, cu posibilitate de prindere de Ø12 mm H7. Ca opţiune, este disponibil şi un arc anti-rotaţie. Conexiunea este furnizată prin conector radial. Similar, ca şi opţiune, este oferit şi cablu de conectare ecranat.
Principalele aplicaţii unde este recomandată utilizarea acestor traductoare de rotaţie sunt: robotică, prelucrarea metalelor şi lemnului, prelucrarea hârtiei, textilelor, maşini de împachetat etc.
Suplimentar celor de mai sus, se poate menţiona că traductoarele dispun de interfaţă de tip push pull cu semnale inversate, de protecţie la scurtcircuit şi compensare cu Aurocon_EA0217_Articol_Fig-4a-Tabeltemperatura şi cu trecerea timpului.

Caracteristici tehnice ale GI342.N707141000:
Pulsuri pe rotaţie 100
Tehnologie incremental
Viteză maximă 6000rpm
Tip semnal de ieşire Push Pull
Tip Fără ax
Clasă de protecţie IP54

• Nr. stoc RS: 150-524
• Marca: Baumer IVO
• Status RoHS: Conform

Motoare electrice, reductoare şi accesorii

În ceea ce priveşte acţionarea electrică este de asemenea bogată. Astfel pot fi identificate la COMPEC diverse motoare electrice de curent continuu, pas cu pas şi de curent alternativ, controlere pentru acestea, accesorii, dispozitive de frânare, întrerupătoare de circuit, senzori de rotaţie, senzori de cap de cursă, pe scurt tot ceea ce este nevoie pentru realizarea unui sistem complet de acţionare electrică.

Motor de curent continuu cu perii, cu reductor 12Vdc, 200 mNm, 80 rpm

Motorul prezentat este un motor de curent continuu cu perii, RS 12/24Vdc, 38 mm, cu reductor. Rotorul motorului este din fier, iar reductorul este cu roţi dinţate cilindrice. Diametrul arborelui este de 6mm.

Caracteristici tehnice:
Viteză de ieşire 80 rpm
Aurocon_EA0217_Articol_Fig-5Tensiune de alimentare 12Vdc
Cuplu de ieşire maxim 200 mNm
Diametru arbore 6mm
Lungime 73.7mm
Diametru 38mm
Raport de reducere 60:1

Aplicaţii recomandate:
– Sisteme de camere
– Pompe
– Dispozitive de reglare

• Status RoHS: Conform
• Nr. stoc RS: 901-3291
• Marca: RS Pro

Modul de frânare, cu 3 faze, 2.2 kW, 380 → 415Vac

Module de frânare cu injecţie – aceste unităţi modulare sunt proiectate pentru frânarea lină a motoarelor de CA trifazate, utilizate în echipamente de producţie şi procesare.
Modulele au la bază principiul injectării de curent în înfăşurările statorului, producând un câmp magnetic staţionar. Acesta are ca efect reţinerea rotorului şi oprirea transmisiei comenzii. Frânarea este iniţiată prin dispozitive de control extern, precum butoane cu apăsare, limitatoare etc., care alimentează modulul şi închid contactorul de frânare auxiliar (care nu este inclus). Pentru contactoare potrivite vă invităm sa accesaţi catalogul.
Aplicaţiile pentru frânarea prin injecţie includ: frânarea maşinilor cu timp de oprire lung datorită sarcinilor inerţiale mari; fierăstraie circulare, laminoare şi alte echipamente de procesare pentru care oprirea rapidă va creşte timpul de funcţionare.
Aurocon_EA0217_Articol_Fig-6Notă: modulele sunt gândite ca frână de producţie şi nu ca frână de urgenţă.

Avantaje faţă de echivalentele lor mecanice:
• Dimensiune compactă
• Potrivite pentru montare pe şină DIN simetrică de 35mm
• Uşor de înlocuit soluţiile mai vechi
• Iniţiere rapidă a funcţiei de frânare (tipic în 0,6 secunde)
• Nu necesită întreţinere
• Timp de frânare reglabil / cuplu de frânare reglabil

• Status RoHS: Conform
• Nr. stoc RS: 209-6384
• Marca: RS Pro

Microcontrolere şi kit-uri de dezvoltare

La COMPEC veți găsi o bogată ofertă de microcontrolere şi procesoare de la cei mai cunoscuți producători mondiali, precum: Microchip, Analog Devices, Renesas Electronics, ST Microelectronics, Silicon Laboratories, Motorola, Parallax, Philips Semiconductors, Infineon, Intel, Cypress, Dallas, Fujitsu, Maxim, NXP, Wiznet, Zilog. Pentru majoritatea dintre aceştia vă sunt oferite şi kit-uri de iniţiere şi dezvoltare.
COMPEC are, de asemenea, în portofoliul său circuite integrate pentru comanda şi controlul acţionărilor electrice. Dintre acestea pot fi menţionate circuite integrate cu funcţie de comandă logică pentru motor de curent continuu sau pas cu pas, circuite de amplificare pentru motoare, circuite pentru preluarea informaţiilor de la traductoare de rotaţie de tip incremental etc.

Shield Adafruit pentru comandă motoare

Adafruit şi-a îmbunătăţit kitul de comandă motoare Adafruit Motorshield pentru a realiza cea mai simplă cale de a comanda motoare de curent continuu şi pas cu pas. Acest shield permite o mare rapiditate de lucru pentru proiectele de robotică. Deşi a suferit schimbări, kitul şi-a păstrat abilitatea de a comanda până la 4 motoare de curent continuu sau 2 motoare pas cu pas, beneficiind de numeroase îmbunătăţiri. Modul de utilizare implică ataşarea la o placă Arduino, extinzând astfel funcţionalitatea acesteia. Gama de funcţii este foarte mare, de la adăugare de detecţie a mişcării, management energetic, comandă motoare şi display-uri, până la conectarea dispozitivului prin Ethernet, GSM, WiFi şi USB. Există de asemenea opţiuni pentru o flexibilitate şi mai mare de prototipare.
Aurocon_EA0716_Articol_Fig-8Printre îmbunătăţirile aduse faţă de varianta veche pot fi menţionate:
– în loc de un driver L293D, este utilizat acum un driver TB6612 MOSFET cu 1.2A pe canal şi capabilitate de curent de vârf de 3A.
– căderile de tensiune pe motor sunt mult mai mici, astfel că se poate obţine un cuplu mai mare de la baterii
– este utilizat un cip driver dedicat PWM. Acesta gestionează prin I2C întreg controlul motorului. Pentru comanda de motoare multiple sunt necesari numai 2 pini (SDA & SCL), iar deoarece este I2C puteţi conecta orice alt dispozitiv I2C sau shield la aceeaşi pini.
– designul permite utilizarea prin suprapunere a mai multor astfel de shield-uri. 5 pini de selecţie adresă înseamnă un total de 32 de shield-uri ce pot fi suprapuse. Aceasta înseamnă comanda a 64 de motoare pas cu pas sau 128 de motoare de curent continuu!

• Status RoHS: Conform
• Nr. stoc RS: 905-4618
• Marca: ADAFRUIT INDUSTRIES
• Cod de producător: 1438

 

Autor: Bogdan Grămescu

COMPEC-lOGOAurocon Compec
www.compec.ro

Lasă un răspuns

Adresa ta de email nu va fi publicată. Câmpurile necesare sunt marcate *