Linear modules energy efficiency modelling

Abstract

Tot i la importància i els efectes positius que aporta l’optimització del consum energètic, és una de les àrees on menys recursos s’hi dediquen pel que fa les empreses d’automatització industrial. Per aquesta raó i la preocupació emergent de millorar l’impacte tant ambiental con econòmic, l’essència d’aquest projecte és estudiar la dependència i contribució dels diferents tipus de pèrdues existents en sistemes de robòtica lineal. Sovint, quan pensem en la optimització de l’energia pensem només en els components elèctrics que componen la solució, sense tenir en compte que una millora del disseny dels components mecànics o del conjunt en si també afecta al consum d’energia. Per això, aquest treball estudia tant les pèrdues elèctriques com mecàniques. Per tal de procedir en l’estudi, el projecte es centra en un mòdul lineal concret de 2 eixos de l’empresa suïssa GÜDEL AG, empresa on s'ha realitzat el projecte. Per tal d’obtenir el consum d’energia total es desenvolupa un model informàtic mitjançant MATLAB&SIMULINK® capaç de simular la potència de xarxa necessària per moure la càrrega del sistema. El model desenvolupat és capaç de simular la cadena de potència de cada element, tant mecànica com elèctrica, en funció de la seva configuració i característiques dinàmiques i geomètriques de la trajectòria que realitza la càrrega a cada instant de temps. Per tal simular la potència de xarxa i que aquesta coincideixi amb les mesures presses, no és suficient en dissenyar un model ideal sinó que les pèrdues han de ser considerades en cada pas. D’aquesta manera, un cop validat el model és possible saber la contribució de cada element a les pèrdues totals. El model informàtic final s’ha desenvolupat en el següents tres passos: - Disseny d’un model informàtic per a simular les pèrdues de cada un dels elements mecànics en funció del seu funcionament aïllat del sistema. - Disseny d’un model informàtic per simular tant la transmissió de moviment com la cadena de potència de la part mecànica del sistema a partir de la connexió entre elements. Aquest model implementa els models aïllats dissenyats anteriorment per tal de considerar les pèrdues en cada pas. L’objectiu del model és obtenir el moment i velocitat necessaris del motor a cada instant per tal de moure la càrrega de la manera programada. - Disseny d’un model informàtic de la part elèctrica per tal d’obtenir la potència de xarxa necessària en cada instant en funció dels requeriments del motor calculats pel model anterior. La cadena de potència considera les pèrdues de cada element, creant un model propi pels motors i seguint recomanacions del fabricant per la resta d’elements elèctrics. Un cop realitzat el model, es duu a terme la validació del mateix mitjançant testos i es comprova que és capaç de simular la cadena de potència satisfactòriament per diferents trajectòries. Addicionalment, el model s’utilitza per a calcular el consum energètic per a unes condicions determinades per l’estàndard VDMA 24608:2013-11. Aquest estàndard de l’associació Alemanya d’enginyeria pretén unificar la comparació del consum energètic entre robots articulats permetent una classificació del mateixos en aquest àmbit, tal i com ja es fa en el cas dels electrodomèstics. Per tant, adequant-lo convenientment per tal de fer-lo aplicable a robots lineals, seria possible una comparació entre robots lineals i robots articulats de similars prestacions en un futur proper.