از گذشته تا امروز: کاوش در تاریخچه درایو زیمنس

کشف اصل دینامو الکتریک و توسعه اولین موتورهای الکتریکی توسط زیمنس نقش موثری در تولید ماشین های صنعتی داشت. تولید ماشین های صنعتی به عنوان یک موفقیت بزرگ، فرآیندهای تولید صنعتی را سرعت بخشد. شاید در ابتدای معرفی موتورها کسی تصور نمی کرد که کنترل موتورها روزی به اصلی ترین چالش پیش روی صنعت تبدیل شود. استفاده گسترده از موتورها در بخش های مختلف صنایع و تولید ماشین های جدید، سبب شد مشکلاتی جدید خودنمایی کنند. این آغازی بود بر تاریخچه درایو زیمنس که در ادامه به صورت اجمالی از نظر خواهیم گذراند. امروزه زیمنس تقریباً برای هر برنامه ای درایو متناسب را عرضه می کند.

اهمیت کنترل موتورهای الکتریکی

پس از معرفی موتور الکتریکی، استفاده از این دستگاه ها در بخش های مختلف صنعت فراگیر شد. استفاده بیشتر از موتورها و تولید ماشین های جدید به کمک آن ها، ابعاد جدیدی از چالش های کار با موتورها را نمایان کرد. موتورها در زمان راه اندازی جریان زیادی از شبکه می کشند. این جریان سبب آسیب به سایر بخش های مدار می شود. توقف موتورها نیز چالش های خاص خودش را به دنبال دارد.

اما این چالش ها در زمینه های کاربردی نیز ابعاد جدیدی پیدا کرد. راه اندازی و توقف یکباره نوار نقاله، سبب تکان های ناگهانی می شد که به محصولات موجود روی نوار نقاله آسیب می رساند. علاوه بر این کنترل عملکرد اغلب ماشین ها نیاز به کنترل عملکرد موتورهای الکتریکی داشت. همه این دلایل سبب شد تلاش هایی در راستای توسعه سیستم های کنترلی برای الکتروموتورها صورت بگیرد.

شرکت زیمنس به عنوان اولین تولید کننده موتورهای الکتریکی، در تولید سیستم های کنترل کننده موتور الکتریکی نیز پیشرو بوده است. فناوری درایو راهکار مطمئن و پایدار برای کنترل موتورها است. این تجهیزات قادرند علاوه بر کنترل راه اندازی و توقف موتورالکتریکی، نظارت و کنترل گسترده ای روی عملکرد این دستگاه ها داشته باشند.

جزئیات بیشتر در مورد این فناوری را می توانید در مقاله “درایو چیست و چه کاربردهایی دارد” ببینید.

فناوری درایو زیمنس در گذر تاریخ

1880: اولین آسانسور تاریخ

در سال 1879، ورنر فون زیمنس اولین راه آهن برقی را با ایده تغذیه موتور از طریق ریل اختراع کرد. در همان سال ایده تولید آسانسور برقی به ذهنش رسید. او در نامه‌ای به برادرش کارل گفت که معتقد است دستگاه دینامو که به عنوان موتور در قطار استفاده ‌شده است، برای راندن آسانسور و صفحه‌های گردان (نوار نقاله) نیز “بسیار مناسب” است.

طولی نکشید که زیمنس فرصت یافت ایده خود را عملی کند. در آوریل 1880، سازمان‌دهندگان نمایشگاه تجارت و کشاورزی مانهایم فالزگائو، سفارش ساخت اولین “آسانسور برقی” جهان را به زیمنس ارائه دادند و زیمنس این سفارش را پذیرفت.

اگرچه آسانسور زیمنس در سررسید زمانی تعیین شده آماده نشد، اما با دو ماه تاخیر از اولین آسانسور تاریخ رونمایی شد. معرفی اسانسور با استقبال گسترده عموم مردم همراه شد. بیش از 8000 نفر بین سپتامبر تا اواسط نوامبر سوار بر آسانسور شدند تا از منظره مانهایم لذت ببرند. در واقع معرفی اسانسور اولین برگ از تاریخچه داریو زیمنس است.

1891: اولین درایو جرثقیل

در سال 1891، اولین جرثقیل دوار الکتریکی در اسکله پترسنکای در بندر هامبورگ به بهره برداری رسید. این جرثقیل توسط شرکت Nagel & Kaemp هامبورگ ساخته شده بود، اما تجهیزات الکتریکی آن را زیمنس و هالسکه تولید کرده بود. ظرفیت باربری آن دو و نیم تن بود و می توانست بارها را با سرعت یک متر بر ثانیه بالا ببرد. درایو کارآمد طراحی شده برای این موتور، انرژی الکتریکی ناشی از کاهش بارهای سنگین را بازیابی و در باتری ذخیره می کرد. پس از رفع برخی مشکلات اولیه، این جرثقیل بیش از سه دهه به فعالیت خود ادامه داد.

در سال 1894 نقطه عطف دیگری در تاریخچه درایو زیمنس بود. زیمنس با همان شریک قبلی اقدام به ساخت شش جرثقیل برای بندر جدید Riijnhaven در روتردام کرد. عملکرد قابل قبول این جرثقیل ها باعث شد هفت جرثقیل دیگر در آن بندر نصب شود. جرثقیل های الکتریکی جایگزین واحدهای بخاری شدند که تا آن زمان مورد استفاده متداول بودند.

تا سال 1900، 21 جرثقیل با ظرفیت بالابری تا چهار تن در حال کار بودند. موفقیت این طرح به حدی بود که برای گسترش بیشتر بندر، همه جرثقیل ها به موتور الکتریکی مجهز شدند.

1906: درایو معکوس متولد می شود!

زیمنس اولین درایو الکتریکی معکوس جهان را در سال 1906 برای خط نوردی در کارخانه فولاد Georgsmarienhütte در نزدیکی Osnabrück ساخت. حداکثر توان خروجی موتور این خط معادل 6550 کیلووات بود. این موتور قدرت لازم برای رول کردن شمش های فولادی با وزن حدود پنج تُن را داشت. این دستگاه دارای دو آرمیچر بود که گشتاورهایی تا حدود 100 متر تن (mt) روی یک محور مشترک با سرعت حداکثر 60 دور در دقیقه جهت هر دور نورد ایجاد می کرد.

از آنجایی که موتور به دو قسمت تقسیم شده بود، قطر آرمیچر به میزان قابل توجهی کاهش پیدا کرده و همچنین جرم گریز از مرکز آن کم شده بود. این کار امکان تغییر جهت سریع موتور را فراهم کرده و انرژی مورد نیاز را نیز کاهش داد. برخلاف کارخانه‌های نورد بخار، که باید جریان مخالفی از بخار را برای ترمز سیستم فراهم می‌کردند، دستگاه نورد الکتریکی تقریباً بدون تلفات متوقف می شد. موتور این دستگاه می توانست تا 28 بار در دقیقه تغییر جهت دهد که بسیار بیشتر از حالت عادی بود.

1999: معرفی Simodrive Posmo

در آن زمان، موتورهای ماشین ابزار و ماشین آلات تولید به صورت مرکزی کنترل می شد. در دهه 1990، کنترل ماشین ها به تدریج از حالت متمرکز خارج و به شکل توزیع شده درآمد. درایوهای “هوشمند” که بصورت ویژه برای کارهای پیچیده مناسب هستند، به همین منظور توسعه داده شدند. نقطه عطف دیگر در تاریخچه درایو زیمنس، درایو پوزیشنینگ Simodrive Posmo A بود که توسط در سال 1999 از آن رونمایی شد.

نکته قابل توجه در مورد این درایو، ادغام مستقیم در خود موتور بود. این امر امکان راه اندازی “شفت های الکترونیکی” بدون هیچ مکانیزم دیگری را فراهم کرد و موتورها جداگانه می توانستند با یکدیگر در ارتباط باشند. این کار باعث کاهش خرابی ها و بالارفتن سرعت تولید شد.

در سال 2008، زیمنس دکمه شروع به کار اولین آسیاب سنگ معدن جهان با عملکرد “فروزن شارژ شیکر” را فشار داد. این آسیاب در معدن طلای پاراکاتو برزیل که توسط شرکت Kinross Gold Corporation مستقر در کانادا اداره می شود نصب شده بود. این راه حل، که در درایو مربوط به آسیاب بدون چرخ دنده شرکت Simine Mill GD ادغام شده است، امکان آزادسازی انتخابی باری که روی دیواره داخلی آسیاب جمع شده است را فراهم می کند.

در صورت کاهش بی رویه بار، آسیاب آسیب نمی بیند و زمان تعمیر و نگهداری به میزان قابل توجهی کاهش می یابد. ارزش تولید این اسیاب چند هزار دلار آمریکا در ساعت است. کاهش زمان توقف سیستم از ضرر تولید چند میلیون دلاری در هر بازه نگهداری جلوگیری کرد.

در زمان تعمیر و نگهداری، آسیاب های استوانه ای مورد استفاده در عملیات معدن باید برای چندین ساعت یا حتی چند روز تعطیل می شدند. در طول این مدت، بار باقی مانده در داخل آسیاب می تواند تثبیت شده و به دیواره آسیاب بچسبد و به چیزی تبدیل شود که به عنوان “بار منجمد” شناخته می شود.

در زمان راه اندازی دوباره آسیاب، این خطر وجود دارد که بار منجمد بلافاصله از دیواره آسیاب خارج نشود. این بار با شروع به کار آسیاب بلند شده و سپس از ارتفاع قابل توجهی سقوط می کند. این وضعیت می تواند آسیب جدی به آسیاب وارد کند. با عملکرد فوزن شارژ شیکر که در آسیاب سیمین GD ادغام شده است، این رسوبات با حرکت مناسب آسیاب آزاد شده و از آسیب های احتمالی پیشگیری می شود.

2013: معرفی درایو یکپارچه IDS

زیمنس در سال 2013 با معرفی سیستم یکپارچه درایو (IDS) یا Integrated Drive System انقلاب جدیدی در تاریخچه درایو ایجاد کرد. سیستم جدید بر مبنای یک ادغام تکنولوژی سه گانه بنا شده است.

کنترل افقی به این معنی است که اجزای سیستم محرک کارخانه به طور بهینه برای انجام کار مورد نظر با یکدیگر هماهنگ شده اند و از مجموعه جامع گیربکس، کلاچ، موتور و اینورتر زیمنس استفاده می کنند.

کنترل عمودی به معنای ادغام سیستم درایو در معماری فرآیند تولید صنعتی، با گنجاندن IDS در معماری TIA زیمنس فراهم شد و حداکثر ارتباط و کنترل تجهیزات را ممکن ساخت.

در نهایت، بعد سوم کنترل چرخه کاری IDS بود. زیمنس راه حل های همه جانبه ای را برای تمام طول عمر یک سیستم اتوماسیون تولید یا فرآیند ارائه کرد. این موارد در طراحی، برنامه‌ریزی، مهندسی، راه‌اندازی و بهره‌برداری یا خدمات صنعتی مدرن، امکان استفاده از پتانسیل بهینه‌سازی گسترده را فراهم می آورند.

معادن مس پرو، اولین معادنی بودند که به درایوهای بدون دنده مجهز شدند. دو سال بعد، زیمنس بزرگترین سیستم نوار نقاله مستقیم جهان را برای معدنی در کواجونه پرو نصب کرد. این نوار نقاله جایگزین خط ریلی حمل سنگ معدن از محل استخراج به کارخانه فرآوری شد.

در این پروژه علاوه بر درایوهای معمولی، زیمنس بطور ویژه از سیستم‌های درایو یکپارچه (IDS) که درایو مستقیم را در خود جای داده بودند استفاده کرد. با استفاده از درایو مستقیم، قطعات کمتری در برابر سایش (مانند چرخ دنده ها، کلاچ ها و یاتاقان های موتور) آسیب پذیر هستند.

درایو مستقیم همچنین امکان استفاده از تسمه نقاله پیوسته را فراهم کرد و در نتیجه نیاز به ایستگاه های انتقال را از بین برد و زمان توقف، نگهداری و هزینه ها را کاهش داد.

درایو زیمنس در حال حاضر

در بیان تاریخچه درایو زیمنس، به نقاط عطف و انقلاب هایی که زیمنس در صنعت درایو ایجاد کرده است پرداختیم. همچنین نمونه های بیان شده در این مقاله، پروژه های خاصی هستند که با تکنولوژی بالای محصولات زیمنس راه اندازی شده اند. به صورت کلی درایو زیمنس در دو خانواده درایو میکرومستر و درایو سینامیکس دسته بندی می شوند. درایوهای میکرومستر نمونه های قدیمی تر درایو زیمنس هستند. این خانواده شامل اعضای زیر است:

نیاز به ارتباطات پر سرعت و تبادل داده بیشتر در عصر دیجیتال زیمنس را بر آن داشت تا ادقام به تولید نسل جدید داریو فرکانس متغیر کند. حاصل تحقیقات زیمنس تولد خانواده سینامیکس بوده است. این درایوها به دلیل استفاده از تکنولوژی های جدید در طراحی و تولید، به نسبت میکرومسترها ابعاد کوچکتری دارند. از پروتکل های ارتباطی بیشتری پشتیبانی می کنند و رنج توانی آن ها نیز گسترده است. رایج ترین اعضای این خانواده که در صنایع کوچک تا متوسط مورد استفاده قرار می گیرند عبارتند از:

بسته به نیازهای پروژه و رنج توان مورد نیاز می توانید از بین گزینه های موجود اقدام به انتخاب داریو کنید. در صورت نیاز با مراجعه به راهنمای انتخاب درایو می توانید اطلاعات مفیدی در این زمینه کسب کنید.