台達機電事業群運動控制事業部總經理陳建達。(圖片來源:TechOrange 攝)
台達機電事業群運動控制事業部總經理陳建達。(圖片來源:TechOrange 攝)

這幾年全球自然環境異常,極端氣候對人類社會的威脅越來越大,去年多國政府和大型企業紛紛制定出不同期程的「淨零碳排」目標,對企業來說,減碳已經從過去行有餘力才為之的動作,轉為必須融入日常營運的一部分。

一般企業對節能減碳的想法與做法,不外乎使用綠電、降低能源使用量,台達機電事業群運動控制事業部總經理陳建達則提醒,除了上述作為外,還可以進一步放大視角,「像是選用能耗比更佳、空間應用效率更理想、故障率與維修成本更低的產品,具備這些特質的產品可以真正落實經濟與環保永續願景。」

陳建達接著指出,近年智慧化浪潮席捲全球,透過數位轉型帶動企業升級成為製造業追求永續經營的必要策略,「不過智慧化必須建構在精準合理的自動化基礎上,否則將會淪為華而不實的擺設。」而在所有自動化系統中,多軸同步運動控制就是基本功。

台達的關鍵技術,伺服驅動器精細度達到 2 的 24 次方!

運動控制在產線系統的應用非常廣,幾乎只要牽涉到馬達運轉就會用到此設備。

簡單來說,運動控制的運作方式是透過伺服驅動器迴路讓馬達的動作精準一致,馬達數量(軸數)越多的製程系統,對同步的精準度要求就越高。

日本是亞洲投入自動化技術最早的國家,早年由於其他國家在這方面的技術能力尚未完整,包括台灣在內的多數製造業者,都只能向日商購買多軸伺服驅動器,而 2000 年時台達為掌握自動化關鍵技術,毅然決定投入相關技術的研發。

陳建達坦言剛開始市場並不看好,台達也只能先從少軸數開始做起,靠著穩紮穩打的堅毅精神,逐漸累積深厚的技術能量,「23年後的現在,台達的多軸同步伺服驅動器不只在市場上有一席之地,產品的響應速度、定位精準度也都做到日系領導品牌標準。」

以應用於半導體製程的伺服驅動器為例,「現在半導體製程非常精細,對運動控制的精準度要求也非常高,台達伺服驅動器的精度可以達到 2 的 24 次方,也就是可以把馬達軸數轉一圈 360 度切成 1,600 萬等分,由此就可知道精細程度。」

伺服驅動器獨立架構會衍生多種問題!台達提出「模組化設計」新解方

精準同步的多軸控制,可大幅提升產線效能並讓資源最佳化。陳建達以鋰電池的材料捲繞為例,此製程環節中需要多組馬達同步捲繞,如果各馬達的速度不一,產線上的材料就極有可能因此斷裂,馬達軸心會歪斜變形,產能也會因此受影響,對製造業者與環境資源都是無謂的損耗。

現在市場上的多軸同步伺服驅動器產品相當多,不過在精準度、外觀尺寸、空間使用效率、設備建置方式等環節都仍有進步空間。

陳建達解釋,現在市面上的伺服驅動器都是獨立架構,由控制器透過工業通訊網路來串聯,所有的軸間訊息全在上位控制器中交換,此一作法全部的同步演算都靠上位控制器,同步精準度的瓶頸就在上控器的計算力與網路的更新速度,台達近期推出的伺服驅動器 ASDA-W3 可以就這問題進行同步性能的提升。

高階型多軸交流伺服系統ASDA-W3。(圖片來源:TechOrange 攝)

高階型多軸交流伺服系統 ASDA-W3。(圖片來源:TechOrange 攝)

「ASDA-W3 是劃時代產品,重新定義了運動控制的水準!」陳建達指出此一產品的許多設計已經申請專利,「這些功能設計可以協助製造業以更精準有效的方式提升產能、優化能源與空間的使用效率。」

就像玩「兩人三腳」時只有一個大腦發出指令!模組化設計有這 3 大優勢

在整體架構方面,ASDA-W3 為模組化設計,透過台達特別設計的背板模組,將各驅動器模組無縫串聯,未來如果需要增加控制軸數,只要往旁邊插入模組即可,「這種架構有幾個好處,在驅動器側的單一運算處理器,在接到上位的同步命令後,會以高於通訊網路數倍的運算週期,拆解同步命令,自動軸間的修正,這種同步性能的細膩度無與倫比,就好比是玩『兩人三腳』時,若只由一個大腦發出指令,就不會有同時出現指令差異的干擾問題。」

其次是系統體積縮小,由於多數資源共用,單一驅動模組的體積可大幅縮小,當軸數越多,省下的空間也就越大。此外基於同系列產品的模組,外觀高度可以一致,不像既有的產品高矮不同,組合起來不只影響觀感,空間的使用也不易最佳化。

第三,則是建置快速簡單,採用單一介面模組化的好處是可快速拆裝,只要一個動作就可完成。

台達機電事業群運動控制事業部總經理陳建達說明 ASDA-W3 的三大優勢與特點。(圖片來源:TechOrange 攝)

各產業多軸同步需求日增!ASDA-W3 助攻企業同步達成品質、效率與 ESG 三目標

除了劃時代的先進架構外,ASDA-W3 的另一項特點具備可儲存回生能量的高能效設計。

運動控制在減速時都會產生制動回生能量,以往的運動控制系統,各伺服驅動器只要內在的電容器儲能空間被灌滿後,就會將能量送往電阻轉為熱能消耗掉,這些能量對加減速很頻繁的工藝,損耗可謂不小,都是純損失,ASDA-W3 因為多軸共滙流排,回生的制動能可為他軸所用,不會損失掉,也可加購儲能模組,當回生能量過大時,做為加大儲能空間用,這設計也同時帶出一個很大的優點與解決業內的一個痛點,例如在系統電力無預期中斷時,有些機械不允許自由轉停,必需有序或同步的控停,才不會損害機械或工件,這些能量在此時可以幫一個大忙,用來執行緊急的停機程序。

ASDA-W3 的應用相當多元,除了上文提及的半導體與鋰電池製程外,電子電工、木工、包裝、物流、高精度工具機、紡織機等多種產業機械都是應用範圍。

「現在製程越來越複雜,對多軸同步的需求也越來越高,幾乎一半以上的產業機械都有機會用到 ASDA-W3。」陳建達指出,透過 ASDA-W3 的各種設計,製造業者可以大幅降低運動控制系統的購置成本,維護與能源費用也可以因此減少。

他最後重申「導入品質精良、容易使用、可簡單維護的設備,可讓企業將節能減碳融入日常營運中,有助於 ESG 的實現,幫助真正落實出企業與社會雙贏的共榮願景。」