Designing Energy Efficient 5G Networks: When Massive Meets Small

設計節能的 5G 網路：當大規模遇上小規模

SEW-EURODRIVE 的 MAXOLUTION® 機器自動化產品組合旨在提供系統解決方案 —— 例如，用於搬運龍門。

儘管機器人系統，有時會受到自動化和驅動技術的限制，但可以輕鬆地將這個問題最小化。來自單一來源的特定於應用的自動化，使機器製造商能夠為客戶開發新的、對商業有利的解決方案。為了演示，考慮使用非接觸式能量和數據傳輸，而不是固定佈線和電纜載體的龍門機器人的情況。

龍門機器人，是一種久經考驗的解決方案，適用於機器或應用的內部物流材料流。它們通常用於自動檢測產品，安全快速地抓住它們，並將它們帶到目的地。

這種類型的機器人，在許多行業中都很有用，可用於各種尺寸和重量，以及要覆蓋的距離的產品。通常，電源和通信電纜，以及電纜載體的長度，限制了現有機器，對新生產場景的靈活性和適應性。添加非接觸式能源和數據傳輸，開闢了新的生產場景，並在很大程度上，將電纜交給了過去。

更低的噪音、更強的動態、更大的靈活性

圖示的解決方案，展示了非接觸式能源和數據傳輸，與智慧軟體和可靠的機電一體化相結合，以創建一個完全整合的解決方案。

該龍門架立即引起人們注意的，是用於在軌道上移動龍門架機器人的驅動概念：非接觸式能量傳輸。因此，多個機器人可以在同一水平段上自由移動，大大增加了這種龍門機器人應用的靈活性。這通常會導致機器人之間的部分重疊 - 最終在機器設計和操作方面提供了很大的自由度。這種物流過程不會像電纜載體那樣容易實施，因為載體在系統的整個距離上使用額外的區域。此外，電纜載體會產生噪音、磨損、增加慣性，並且由於它們產生的摩擦而對動力學和能源效率產生總體負面影響。非接觸式能源和通信傳輸的另一個好處是不再

有關於安裝空間、電纜破損或有限循環率的任何限制 —— 這些問題都與電纜載體和移動電纜有關。非接觸式感應能量傳輸系統（包括分散式電源模塊）使這種巧妙的創新成為可能。根據設計，該模塊可提供 5 至 11 Hp 的傳輸功率。

這種物流解決方案令人興奮的是，在整個負載循環中，機器人透過拾取器消耗的功率小於 0.7 Hp —— 即使在加速過程中僅水平軸，就需要超過 5 Hp 的加速功率。短期能量需求由能量儲存單元滿足，這是一個雙層電容器包，負責為機器人提供 100 V 直流鏈路電壓的主要能源。龍門機器人的典型行駛曲線，它涉及交替的加速和製動階段，導致了在過程中保留制動過程中，產生的再生能量，而不是透過電阻器耗散它的想法。當龍門驅動器以 20 ft/s2 的速度加速時，能量儲存單元吸收該制動能量，並額外用作助推器。該設計非常有效，以至於非接觸式能量傳輸和儲存解決方案，只需補償系統的機械效率損失，即大約 0.7 Hp。與常見的位於中央控制櫃中，多軸應用的直流母線連接不同，每個單元都能夠獨立儲存能量。這使得擴展這種類型的系統，變得容易和方便。

無線通訊

機器人龍門架的非接觸式能量傳輸系統，消除了對限制性電纜的需求，也擴展到了通信過程。在這種情況下，EtherCAT® 數據光柵將插入的位置設定值，從中央運動控制器以 1 ms 的間隔，傳輸到移動外殼箱中的四個伺服逆變器。運動控制器計算複雜的機器人運動控制 —— 並且一次最多可以為四個機器人執行此操作。運動控制涉及執行計算，以防止碰撞和協調機器人以實現高效的整體系統。如果生產網路中的機器需要雙倍的物料流輸出，龍門系統讓用戶可以靈活地，從另一個部分移動機器人。相比之下，透過電纜獲取電力的處理單元，與它們的部分相關聯。因此，相關資源變得可移動，並且整個系統更加靈活和高效。基於這種方法，可以創建全新的機器概念。對通信的要求也相應地高。

光即時通信

自動化供應商選擇在龍門架中使用即時乙太網協議 EtherCAT® - 透過實現與移動單元的光學連接，再次省去了電纜。驅動數據可以透過數據光柵傳送到機器人。在每個機器人中使用單獨的運動控制器已成為過去：一個人負責運行整個機器人系統。每個週期需要 1 毫秒，光學系統在將內插位置設定值，傳輸到逆變器或反饋相關實際值時，幾乎沒有延遲期。

功能安全技術的通信以相同的方式工作。對於此應用，選擇了用於所有機器人和整個機器的中央安全控制器。該安全控制器使用 EtherCAT®FSoE（基於 EtherCAT 的故障安全）協議，透過 EtherCAT® 直接與 MOVI-C® 自動化控制器通信。這種設置使兩個控制器能夠輕鬆共享數據，大大簡化了編程，並由於其高資訊密度為診斷和調試，提供了良好的條件。