Как да изберете правилните кабелни втулки за роботизирани и автоматизирани системи?

Роботизираните и автоматизираните системи изискват изключителна прецизност и надеждност, но много инсталации се провалят поради неадекватно управление на кабелите, което създава електромагнитни смущения¹, повреди при механично натоварване и замърсяване на околната среда, които нарушават чувствителните сигнали за управление и водят до скъпоструващи престои в производството. Традиционните кабелни втулки, предназначени за статични инсталации, често не могат да се справят с постоянното движение, вибрациите и изискванията за точно позициониране на съвременното оборудване за автоматизация, което води до преждевременни повреди на кабелите и неизправности в системата, които оказват влияние върху производителността и качеството.

Кабелните уплътнения за роботизирани и автоматизирани системи изискват специализирани конструкции с подобрено освобождаване на напрежението, екраниране на ЕМС, гъвкави материали и прецизно уплътняване, за да се справят с непрекъснатото движение, електромагнитните смущения и взискателните условия на околната среда, като същевременно запазват целостта на сигнала и надеждността на системата. При тези приложения е необходимо внимателно да се обмислят видовете кабели, моделите на движение, факторите на околната среда и изискванията за производителност, за да се осигури оптимална работа на системата за автоматизация.

След като работих с инженери по автоматизация, интегратори на роботи и производствени предприятия в Европа, Азия и Северна Америка - от линиите за сглобяване на автомобили в Щутгарт до фабриките за полупроводници в Сеул - разбрах, че правилният избор на кабелни уплътнения е от решаващо значение за успеха на системите за автоматизация. Позволете ми да споделя основните знания за избора на кабелни втулки, които поддържат безпроблемната работа на вашите роботизирани системи.

Съдържание

• С какво се различават изискванията към роботизираните кабелни жлези?
• Кои характеристики на кабелните уплътнения са от съществено значение за автоматизацията?
• Как се избират кабелни уплътнения за различни типове роботи?
• Какви са основните съображения за инсталиране и поддръжка?
• Как да гарантирате дългосрочна надеждност на автоматизираните системи?
• Често задавани въпроси относно кабелните втулки за роботизирани системи

С какво се различават изискванията към роботизираните кабелни жлези?

Изискванията към кабелните втулки за роботи се различават от стандартните приложения поради постоянното движение, изискванията за прецизно позициониране, предизвикателствата, свързани с електромагнитните смущения, и необходимостта от гъвкави материали, които могат да издържат на милиони цикли на движение, като същевременно запазват целостта на уплътнението и качеството на сигнала.

Разбирането на тези уникални изисквания е от решаващо значение, тъй като стандартните кабелни втулки често се повреждат в роботизирани приложения, което води до скъпи престои и проблеми с надеждността на системата.

Предизвикателства, свързани с непрекъснатото движение

Управление на напрежението при огъване: Роботизираните системи подлагат кабелите на постоянно огъване, усукване и разтягане, което изисква кабелни втулки с подобрено освобождаване на напрежението и гъвкави уплътнителни материали, за да се предотврати откази от умора².

Дълготрайност на цикъла на движение: Индустриалните роботи обикновено извършват милиони цикли на движение, което изисква кабелни втулки, проектирани за удължен живот при огъване, с материали, които са устойчиви на напукване и влошаване на уплътнението с течение на времето.

Движение по няколко оси: Шест-осни роботи³ създават сложни модели на движение на кабелите, изискващи кабелни втулки, които могат да се огъват едновременно в няколко посоки, без да се нарушава ефективността на уплътняването или облекчаването на напрежението.

Скорост и ускорение: Високоскоростните роботизирани движения генерират значителни динамични сили, с които стандартните кабелни втулки не могат да се справят, което изисква специализирани конструкции с повишена механична якост и гъвкавост.

Изисквания за електромагнитна съвместимост

Екраниране на ЕМС: В роботизираните системи се използват чувствителни сервозадвижвания и управляващи сигнали, които изискват кабелни втулки за ЕМС с 360-градусово екраниране, за да се предотврати смущаването на работата на системата от електромагнитни смущения.

Интегритет на сигнала: Прецизното позициониране и контрол изискват чисто предаване на сигнала, което прави кабелните уплътнения за електромагнитна съвместимост от съществено значение за поддържане на качеството на сигнала в електрически шумни промишлени среди.

Системи за заземяване: Правилното електромагнитно екраниране изисква надеждни заземителни връзки чрез кабелни втулки към шасито на оборудването, което гарантира ефективно потискане на електромагнитните смущения и съответствие с изискванията за безопасност.

Предотвратяване на смущения: Роботизираните системи могат както да генерират, така и да бъдат податливи на електромагнитни смущения, което изисква цялостна защита от електромагнитна съвместимост в цялата система за управление на кабели.

Съображения, свързани с околната среда и безопасността

Съвместимост с чисти помещения: Полупроводниковите и фармацевтичните роботи се нуждаят от кабелни втулки с гладки повърхности, материали без частици и конструкции, които свеждат до минимум замърсяването в контролирани среди.

Химическа устойчивост: Автоматизираните системи за химическа обработка изискват кабелни втулки от специализирани материали, които са устойчиви на агресивни химикали, като същевременно запазват уплътнителните и механичните си свойства.

Циклично изменение на температурата: Роботизираните системи често работят в среда със значителни температурни колебания, което изисква кабелни втулки с материали, които поддържат гъвкавост и уплътнение в широки температурни диапазони.

Стандарти за безопасност: Съвместните роботи (коботи), работещи в близост до хора, изискват кабелни втулки, отговарящи на специфични стандарти за безопасност по отношение на устойчивост на удар и безотказна работа.

Дейвид, производствен инженер в голям автомобилен завод в Детройт, Мичиган, се е убедил от първа ръка защо стандартните кабелни втулки се провалят в роботизирани приложения. При новите заваръчни роботи на екипа му се наблюдаваха чести повреди на кабелите в точките на влизане на кабелите, което водеше до спиране на производствената линия на всеки няколко седмици. След като анализирахме моделите на повреди, открихме, че стандартните месингови кабелни втулки не могат да се справят с непрекъснатото огъване на ръцете на роботите. Заменихме ги със специализирани гъвкави кабелни втулки, проектирани за роботизирани приложения, с подобрено освобождаване от напрежение и гъвкави уплътнителни материали. Резултатът? Нулеви повреди на кабелите за повече от 18 месеца експлоатация, което спести хиляди разходи за престой 😊.

Кои характеристики на кабелните уплътнения са от съществено значение за автоматизацията?

Основните характеристики на кабелните уплътнители за автоматизация включват гъвкави уплътнителни материали, усъвършенствани системи за намаляване на напрежението, възможности за екраниране на ЕМС, устойчива на корозия конструкция и конструкции, оптимизирани за специфични видове кабели и модели на движение в роботизирани приложения.

Тези характеристики оказват пряко влияние върху надеждността на системата, изискванията за поддръжка и цялостната производителност на автоматизацията във взискателни индустриални среди.

Усъвършенствани системи за облекчаване на напрежението

Многопосочна гъвкавост: Кабелни салници с шарнирни конструкции за облекчаване на напрежението, които се адаптират към сложни модели на движение, като поддържат постоянен натиск върху кабелите в целия диапазон на движение.

Прогресивно разпределение на напрежението: Усъвършенствани конструкции, които разпределят механичното напрежение върху по-големи дължини на кабела, като намаляват точките на концентрация на напрежение, които обикновено причиняват повреди на кабелите в роботизирани приложения.

Регулируема сила на затягане: Системи за намаляване на напрежението с регулируема компресия за оптимизиране на силата на захващане за различни видове кабели и приложения, без да се претоварват чувствителните кабели.

Материали, устойчиви на умора: Специализирани еластомери и термопластмаси, проектирани да издържат на милиони цикли на огъване, без да се напукат или да загубят ефективността на уплътнението.

Технология за екраниране на ЕМС

360-градусово екраниране: Пълно електромагнитно екраниране около точката на влизане на кабела с помощта на проводящи уплътнения, метални кабелни втулки или проводящи полимерни материали за цялостна защита от електромагнитни смущения.

Заземяване с нисък импеданс: Надеждна електрическа връзка между екраните на кабелите и шасито на оборудването чрез проводящи тела на кабелните канали и подходящи техники за заземяване.

Честотна характеристика: Кабелни уплътнения за електромагнитна съвместимост, проектирани да осигуряват ефективно екраниране в честотните диапазони, използвани в роботизираните системи за управление, обикновено от DC до няколко GHz.

Непрекъснатост на щита: Правилно завършване на кабелните екрани чрез кабелни втулки за ЕМС, за да се запази ефективността на екрана и да се предотвратят смущения в сигнала или проблеми с безопасността.

Характеристики на материала и конструкцията

Химическа съвместимост: Материали, подбрани за устойчивост на режещи течности, почистващи разтворители и други химикали, често срещани в автоматизираните производствени среди.

Температурни характеристики: Материали, които запазват гъвкавостта и уплътнителните си свойства в температурните диапазони, срещани в роботизираните приложения, обикновено от -40°C до +125°C.

Устойчивост на UV лъчи: За роботи, работещи на открито или в среда с високо съдържание на UV лъчи, кабелни втулки с UV стабилизирани материали, които предотвратяват деградацията и поддържат ефективността.

Хигиеничен дизайн: Гладки повърхности и дизайн без пукнатини за хранителни и фармацевтични роботи, които изискват често измиване и дезинфекция.

Съвместимост на специализираните кабели

Специфични за кабела дизайни: Кабелни втулки, оптимизирани за специфични кабелни конструкции, включително бронирани кабели, хибридни силови/сигнални кабели и специални роботизирани кабели с уникални изисквания.

Гъвкавост на диапазона на размерите: Кабелни уплътнители с широк диапазон на диаметъра на кабела, за да се приспособи към различните размери на кабелите, които обикновено се срещат в роботизираните системи, без да се изисква обширен инвентар.

Как се избират кабелни уплътнения за различни типове роботи?

Изборът на кабелни уплътнения за различни типове роботи изисква анализ на специфичните модели на движение, условията на околната среда, изискванията към кабелите и изискванията за производителност, за да се съчетаят характеристиките на уплътненията с нуждите на приложението за оптимална надеждност и производителност.

Различните конфигурации на роботите създават уникални предизвикателства, които изискват персонализирани решения за кабелни уплътнения за успешна дългосрочна експлоатация.

Индустриални съчленени роботи

Движение по шест оси: Съчленените роботи се нуждаят от кабелни втулки, които се справят със сложни многопосочни движения с подобрено облекчаване на напрежението, проектирано за специфичната обвивка на движението на всяка роботна става.

Високоскоростна работа: Бързите промишлени роботи генерират значителни динамични сили, изискващи кабелни втулки със здрава механична конструкция и материали, предназначени за приложения с висок цикъл.

Кабели за големи натоварвания: Индустриалните роботи използват големи захранващи кабели и множество сигнални кабели, изискващи кабелни втулки с голяма сила на затягане и възможност за многократно влизане на кабели.

Сурова защита на околната среда: Производствената среда изисква кабелни втулки с клас на защита IP65 или IP67 и материали, устойчиви на режещи течности, заваръчни пръски и промишлени химикали.

Колаборативни роботи (Cobots)

Изисквания за безопасност: Колаборативни роботи (cobots)⁴ работещи в близост до хора, изискват кабелни канали с гладки повърхности, заоблени ръбове и безопасни конструкции, които предотвратяват наранявания при взаимодействие между човек и робот.

Олекотена конструкция: Приложенията на Cobot често предпочитат леки найлонови или алуминиеви кабелни втулки, за да се сведе до минимум допълнителната маса, която може да повлияе на динамиката на робота и системите за безопасност.

Тиха работа: Кабелни втулки, проектирани така, че да сведат до минимум генерирането на шум по време на движение, което е важно за коботи, работещи в офис или лабораторна среда.

Лесна поддръжка: Конструкции на кабелни втулки без инструменти или с прости инструменти, които улесняват бързата поддръжка и подмяната на кабели в съвместна работна среда.

Роботи SCARA и Delta

Високоскоростна прецизност: SCARA и делта-роботите, работещи с екстремни скорости, изискват кабелни втулки с минимална маса и оптимизирано освобождаване на напрежението, за да се предотврати преплитането на кабелите и да се запази точността на позициониране.

Компактен дизайн: Проектите на роботи с ограничено пространство изискват нископрофилни кабелни втулки, които не пречат на движението на робота или на достъпа до работното пространство.

Съвместимост с чисти помещения: Роботите за взимане и поставяне в производството на електроника изискват кабелни втулки с гладки повърхности и материали без частици за работа в чисти помещения.

Управление на кабелите: Множество малки кабели изискват кабелни втулки, предназначени за многокабелни инсталации с индивидуално уплътняване и освобождаване от напрежение за всеки кабел.

Мобилни и AGV роботи

Устойчивост на вибрации: Мобилните роботи и AGV изискват кабелни втулки, проектирани да издържат на непрекъснати вибрации и ударни натоварвания при движение по индустриални подове.

Уплътняване на околната среда: AGV на открито или в склада се нуждаят от кабелни втулки IP66 или IP67, за да бъдат защитени от прах, влага и температурни промени.

Интеграция на системата за батерии: Електрическите мобилни роботи се нуждаят от специализирани кабелни втулки за високотокови кабели на батерии с подобрени функции за безопасност и защита от дъгови съединения.

Защита на безжичната система: AGV с безжични комуникационни системи се нуждаят от кабелни втулки за ЕМС, за да се предотврати интерференция с навигационните и комуникационните сигнали.

Хасан, който управлява голямо фармацевтично предприятие в Базел, Швейцария, е изправен пред уникални предизвикателства при внедряването на колаборативни роботи за операции по стерилно опаковане. Средата на чистите помещения изискваше кабелни втулки, които да отговарят както на хигиенните стандарти на FDA, така и на динамичните изисквания на съвместната работа на роботите. Стандартните кабелни втулки от неръждаема стомана бяха твърде тежки и създаваха проблеми с генерирането на частици. Предоставихме специализирани леки кабелни втулки с гладка повърхност, с материали, одобрени от FDA, и с подобрено освобождаване на напрежението, разработени специално за приложенията на коботи. Решението даде възможност за успешно внедряване на робота, като същевременно се запази класификацията за чисти помещения и съответствието с нормативните изисквания.

Какви са основните съображения за инсталиране и поддръжка?

Ключовите съображения за инсталиране и поддръжка на роботизирани кабелни втулки включват правилно маршрутизиране на кабелите, оптимизиране на облекчаването на напрежението, процедури за заземяване на ЕМС, планиране на достъпността и графици за превантивна поддръжка, за да се осигури надеждна дългосрочна работа и да се сведе до минимум времето за престой на системата.

Правилното инсталиране и поддръжка са от решаващо значение, тъй като дори най-добрите кабелни уплътнения ще се повредят, ако са неправилно инсталирани или неадекватно поддържани при взискателни роботизирани приложения.

Най-добри практики за инсталиране

Оптимизиране на кабелното маршрутизиране: Планиране на кабелните трасета, за да се сведе до минимум натоварването и износването, като същевременно се осигури достатъчен радиус на огъване и се избегне намеса в движението на робота в пълния му обхват на движение.

Конфигурация на облекчаване на напрежението: Правилно настройване на системите за освобождаване на напрежението, за да се осигури адекватна защита на кабелите, без да се претоварват прекалено, което може да доведе до преждевременна умора или ограничаване на движението.

Заземяване на ЕМС: Създаване на правилни електрически връзки между кабелните екрани, кабелните втулки и шасито на оборудването, за да се осигури ефективно електромагнитно екраниране и съответствие с изискванията за безопасност.

Спецификации на въртящия момент: Спазвайте спецификациите на производителя за въртящия момент при монтажа на кабелните уплътнения, за да осигурите правилно уплътняване, без да повредите кабелите или компонентите на уплътнението.

Достъпност и използваемост

Достъп за поддръжка: Позициониране на кабелните втулки, за да се осигури лесен достъп за проверка, регулиране и подмяна, без да се налага разглобяване на робота или продължителен престой.

Идентификация на кабела: Внедряване на ясни системи за етикетиране и документиране на кабели за улесняване на дейностите по отстраняване на неизправности и поддръжка в сложни роботизирани инсталации.

Планиране на резервни части: Поддържане на подходящи запаси от резервни кабелни салници въз основа на моделите на използване на роботите и очаквания експлоатационен живот в конкретни приложения.

Изисквания към инструментите: Гарантиране, че екипите по поддръжката разполагат с подходящи инструменти и са обучени за процедурите за обслужване на кабелни жлези, специфични за роботизираните приложения.

Програми за превантивна поддръжка

Графици за инспекции: Установяване на редовни интервали за проверка въз основа на работните цикли на робота, условията на околната среда и данните за историческата му работа, за да се идентифицират потенциални проблеми, преди да се появят повреди.

Мониторинг на изпълнението: Внедряване на системи за мониторинг за проследяване на показателите за ефективност на кабелните уплътнения, включително целостта на уплътнението, ефективността на облекчаване на напрежението и непрекъснатостта на екранирането за ЕМС.

Критерии за замяна: Разработване на ясни критерии за подмяна на кабелните уплътнения въз основа на визуална проверка, тестване на експлоатационните характеристики и очаквания експлоатационен живот.

Системи за документация: Поддържане на подробна документация за поддръжка с цел проследяване на работата на кабелните жлези и оптимизиране на графиците за поддръжка и стратегиите за подмяна.

Как да гарантирате дългосрочна надеждност на автоматизираните системи?

Дългосрочната надеждност на автоматизираните системи изисква избор на качествени кабелни втулки с подходящи сертификати, прилагане на изчерпателни процедури за изпитване, създаване на системи за наблюдение и поддържане на подробни записи за работата, за да се оптимизира работата на системата и да се предотвратят неочаквани повреди.

Надеждността е от първостепенно значение в автоматизацията, тъй като непланираният престой може да струва хиляди долари на час и да повлияе на цялостната ефективност на оборудването.

Изисквания за качество и сертифициране

Индустриални стандарти: Гарантиране, че кабелните втулки отговарят на съответните индустриални стандарти, включително сертификати IEC, UL и CE, за конкретното роботизирано приложение и изискванията на географския пазар.

Тестване на производителността: Провеждане или преглед на изчерпателни данни от изпитвания, включително изпитване на гъвкавост, изпитване на излагане на въздействието на околната среда и проверка на ефективността на ЕМС за роботизирани приложения.

Сертификати за материали: Проверка на съответствието на материалите с изискванията на индустрията, включително RoHS⁵, REACH, както и специфични за приложението стандарти за преработка на храни или фармацевтични приложения.

Квалификация на доставчика: Работа с квалифицирани доставчици, които разбират изискванията за роботизирани приложения и осигуряват цялостна техническа поддръжка и документация.

Мониторинг и оптимизация на производителността

Мониторинг на състоянието: Внедряване на системи за наблюдение на работата на кабелните втулки, включително тестване на целостта на уплътнението, проверка на електрическата непрекъснатост и програми за визуална проверка.

Анализ на отказите: Извършване на задълбочен анализ на всички повреди на кабелните уплътнения, за да се идентифицират основните причини и да се приложат коригиращи действия за предотвратяване на повторното им възникване.

Сравнителен анализ на ефективността: Проследяване на ефективността на кабелните уплътнения при различни типове роботи и приложения с цел оптимизиране на критериите за избор и процедурите за поддръжка.

Непрекъснато подобрение: Използване на данни за експлоатационните характеристики за усъвършенстване на спецификациите на кабелните салници, процедурите за монтаж и практиките за поддръжка с цел подобряване на надеждността.

Съображения за системна интеграция

Стандартизация на дизайна: Установяване на стандартни спецификации за кабелни уплътнения за сходни приложения на роботи с цел опростяване на поддръжката, намаляване на наличностите и подобряване на последователността на надеждността.

Проверка на съвместимостта: Осигуряване на съвместимост на избора на кабелни втулки със спецификациите на производителя на робота и гаранционните изисквания.

Бъдещо разширяване: Планиране на избора на кабелни уплътнения, за да се приспособят към потенциални подобрения или модификации на системата, без да се налага цялостно преинсталиране.

Обща цена на притежание: Оценяване на избора на кабелни уплътнения въз основа на общите разходи за целия жизнен цикъл, включително първоначалните разходи, изискванията за поддръжка и очаквания експлоатационен живот.

Заключение

Изборът на правилните кабелни втулки за роботизирани и автоматизирани системи изисква разбиране на уникалните изисквания за непрекъснато движение, електромагнитна съвместимост и предизвикателства, свързани с околната среда. Успехът зависи от избора на специализирани конструкции с подобрено освобождаване на напрежението, екраниране на електромагнитната съвместимост и материали, оптимизирани за роботизирани приложения, като същевременно се прилагат подходящи процедури за монтаж и поддръжка.

Ключът към успеха на роботизираните кабелни втулки се крие в осъзнаването на факта, че приложенията за автоматизация изискват специализирани решения извън стандартните промишлени кабелни втулки. В Bepto разбираме критичната роля на кабелните втулки за надеждността на системите за автоматизация и предлагаме специализирани решения, включително кабелни втулки за електромагнитна съвместимост, гъвкави конструкции за намаляване на напрежението и материали, оптимизирани за роботизирани приложения. Нашият инженерен екип работи с професионалисти в областта на автоматизацията, за да осигури правилен избор и изпълнение на кабелни втулки за надеждна дългосрочна работа.

Често задавани въпроси относно кабелните втулки за роботизирани системи