Клиенты требуют меньшего объема обслуживания и оборудования, а также более быстрой производительности и настройки машины. Чтобы удовлетворить эти требования, производители оборудования предпочитают сервоуправляемое движение механическим компонентам.

Управление движением определяет возможности и ограничения машины. Поэтому, чтобы максимизировать производительность и гибкость, а также сократить расходы на техническое обслуживание, вам часто приходится модернизировать способ управления движением внутри этой машины. Большинство причин перехода от традиционных конструкций и устройств управления к сервоуправлению заключается в получении одного или нескольких из следующих преимуществ:

• Увеличение пропускной способности. Серводвигатели обеспечивают высокие показатели ускорения и скорости.
• Повышение точности. Сервоприводы могут обеспечить высокую точность, необходимую для обработки быстро движущихся деталей.
• Повышение гибкости. Сервоприводы представляют собой электронные версии традиционно механических компонентов. Например, профили электронных кулачков можно изменить практически мгновенно. Программируемые профили движения можно адаптировать к различным размерам и конфигурации продукта. Передаточные числа электронной «передачи» могут меняться в зависимости от скорости машины. Кроме того, благодаря электронной передаче двигатели можно размещать в любом удобном для применения месте, поскольку они устраняют необходимость в длинных валах, шестернях и ремнях.

Кроме того, один электрический «линейный вал» может быть связан с практически неограниченным количеством осей. Для машин с несколькими конфигурациями это означает, что дополнительные оси движения не требуют дополнительных механических связей.

Сервоприводы также добавляют гибкости из-за увеличения объема доступной информации. Например, многие сервоконтроллеры хранят историю неисправностей и ошибочных состояний, которые помогают устранять неполадки. Большинство сервосистем также могут отображать диаграммы в стиле осциллографа для анализа производительности. • Сокращение затрат на техническое обслуживание. Сервоприводы помогают уменьшить количество механических частей в машине. Электронные редукторы заменяют ремни. Электронные кулачки не подвержены износу. Электронные концевые выключатели не требуют периодической регулировки или замены.

Сервоприводы требуют определенного изучения и опыта. Если вы новичок в сервоуправлении, рассчитывайте потратить некоторое время на выбор и применение своей первой системы. (Примечание к сервотерминологии: слово контроллер находит несколько применений. Система илидвижениеконтроллер обычно запускает программу, управляющую движением; тотмоторконтроллер управляет одниммотор. Чтобы избежать путаницы, мы будем называть контроллеры двигателей приводами).

Определение размеров и выбор приложения

Выбор и определение размеров сервокомпонентов может показаться сложным из-за большого количества компонентов: двигателей, приводов, контроллера и возможности использования промышленного ПК или ПЛК. Если у вас механическое прошлое, это может напугать. К счастью, компании — поставщики компонентов и интеграторы систем управления — упаковывают эти компоненты вместе, а также предлагают помощь в применении. Независимо от того, делаете ли вы сами или покупаете пакет, основной процесс заключается в следующем:

Сначала выберите двигатель. Начните выбор двигателя с выбора формы двигателя. Двигатели с большим удлинением (длинные с малым диаметром) являются наиболее распространенными. Они могут быть квадратными или круглыми и обеспечивают отличное соотношение цены и качества и производительности. Дисковые двигатели (короткие, с большим диаметром) подходят для труднодоступных мест и обеспечивают высокое ускорение благодаря малоинерционным роторам. Оба эти двигателя доступны в герметичной и негерметичной версиях.

Безрамные или встроенные двигатели имеют отдельные ротор и статор для интеграции в машину. Эти двигатели обеспечивают компактную конструкцию и улучшают работу прямого привода за счет повышения точности и снижения вибрации.

Линейные двигатели, которые заменяют стандартный роторный двигатель и связанные с ним приводные механизмы, непосредственно создают линейное движение. Они позволяют одновременно увеличить пропускную способность и точность в несколько раз.

Выбор размера двигателя. Размер двигателя зависит в первую очередь от крутящего момента: пикового и продолжительного. Выбор двигателей может быть сложной задачей, и ошибки могут быть обнаружены только на поздней стадии цикла разработки. Поскольку на этом этапе увеличить размер двигателя может быть сложно, разумно включить запас в ваши расчеты. Если вы новичок в этом процессе, вам, вероятно, следует положиться на инженеров по применению в автомобильных компаниях.

Выберите отзыв. Наиболее распространенными устройствами обратной связи являются энкодеры и резольверы. Энкодеры — это оптические устройства, генерирующие последовательность импульсов. Количество импульсов пропорционально угловому перемещению. Они обеспечивают высокую точность, особенно при высоких разрешениях. Резольверы — это электромеханические устройства, которые определяют абсолютное положение за один оборот двигателя и известны своей надежностью. Выберите тот, который лучше всего подходит для вашего приложения.

После того, как вы выбрали типы датчика обратной связи, вам необходимо выбрать его разрешение. Обычно 1000-строчный кодер или, что то же самое, 12-битный преобразователь обеспечивают достаточное разрешение. Оба создают около 4000 различных положений за оборот, что эквивалентно разрешению около 0,1 градуса. Однако если вашему приложению требуется более высокое разрешение, вам следует выбрать датчик соответствующим образом. Одно предостережение: различайте разрешение и точность. Многие сервоприводы предлагают выбираемое разрешение для обратной связи резольвера; однако точность (обычно от 10 до 40 угловых минут) может не пострадать.

Выберите диск. Подумайте, хотите ли вы, чтобы блок питания был модульным (отдельным) или интегрированным в привод. Если рядом находятся три или более накопителей одного семейства, модульные источники питания работают хорошо. При одной оси интегрированные блоки питания обычно подходят лучше. С двумя осями оба решения примерно одинаковы.

Если вы планируете изолировать диск, имейте в виду, что размеры дисков значительно различаются и могут повлиять на общий размер оборудования. В зависимости от размера корпуса вам также может потребоваться изучить различные варианты охлаждения.

Синусоидальная коммутация против шестиступенчатой

Форма волны мощности от привода к двигателю в бесщеточных серводвигателях имеет два способа: шестиступенчатую и синусоидальную. В синусоидальном режиме форма волны тока, создаваемая приводом, создает ток, приближенный к синусоидальной волне. Это обеспечивает более плавный крутящий момент и меньший нагрев. Шестиэтапный метод создает шестисегментный прямоугольный сигнал с использованием простой электроники. Несмотря на меньшую стоимость, шестиступенчатая коробка передач работает грубо на низких скоростях.

Гибкость настройки. Настройка, процесс выбора коэффициентов усиления в контурах обратной связи, необходима для обеспечения высокой производительности и поддержания стабильной работы. Раньше тюнинг был скорее искусством, чем наукой. Сегодня современные сервоприводы предоставляют множество инструментов, помогающих проектировщикам машин. Автонастройка (или самонастройка), процесс, при котором привод возбуждает механическую систему и генерирует набор коэффициентов усиления контура, является почти стандартом. Большинство приводов имеют цифровое усиление, поэтому вам не понадобится паяльник или триммер (маленькая отвертка). Более сложные методы могут понадобиться вам лишь изредка, но их наличие дает больше возможностей.

Аналоговые приводы могут быть дешевле, но вам может потребоваться настройка контуров путем регулировки потенциометров или замены пассивных компонентов. Какой бы выбор вы ни выбрали, настройка является частью процесса обучения и требует некоторого изучения и экспериментирования.

Управляйте общением. Многие приводы используют аналоговый сигнал для передачи команд скорости и крутящего момента. Однако цифровая связь набирает популярность, поскольку она сокращает количество проводов для связи и повышает гибкость системы. Многие приводы совместимы с такими сетями, как DeviceNet, Profibus, а также с новой сетью Sercos, предназначенной специально для управления движением.

Напряжение. Имейте в виду, что в заводских цехах может быть трудно найти питание 110 В переменного тока. В Европе популярно напряжение 460 В переменного тока; Использование приводов с напряжением 230 В переменного тока может потребовать наличия трансформатора в машинах, предназначенных для использования за границей. К сожалению, приводы на 460 В переменного тока могут быть дорогими. Компромиссом является универсальный источник питания, в котором для преобразования уровней напряжения используются силовые полупроводники. В системах с модульными источниками питания один универсальный источник питания может использовать любое напряжение от 230 до 480 В переменного тока для питания нескольких осей с напряжением 230 В переменного тока.

И последнее, на что следует обратить внимание: используя на машине лишь небольшое количество семейств приводов, вы упрощаете список запасных частей.

Выберите контроллер

При выборе контроллера выберите одноосный или многоосный. Одноосные контроллеры объединяют контроллер движения, привод и часто источник питания в одном корпусе. В одно- или двухосных системах эти контроллеры могут снизить стоимость, размер, проводку и сложность системы.

Многоосные контроллеры обычно лучше подходят для более сложных систем. Во-первых, они обычно снижают стоимость, особенно по мере увеличения количества осей. Во-вторых, они уменьшают сложность системы, поскольку одна программа может контролировать все движения. Эти контроллеры движения также обеспечивают большую гибкость синхронизации, поскольку они обычно позволяют любой оси связываться с любой другой осью и позволяют изменять эту связь во время выполнения программы.

После выбора контроллера вам нужно будет выбрать конфигурацию «коробка» или «плата». Конфигурация коробки представляет собой закрытый контроллер, способный работать автономно. Контроллеры платы подключаются к промышленным компьютерам. Если на машине уже установлен промышленный компьютер, совместимая плата может снизить затраты и улучшить интеграцию системы управления и машины. Если вы не планируете использовать промышленный компьютер, обычно проще добавить коробочный контроллер.

Оцените набор функций

Наконец, оцените возможности контроллера. Рассмотрим функции, обсуждавшиеся до сих пор: зубчатая передача, кулачок, высокоскоростная регистрация и программируемые концевые выключатели. Большинство контроллеров предлагают эти функции в той или иной форме, но их особенности необходимо сопоставлять с потребностями вашего приложения. Нужно ли менять передаточные числа во время работы? Вам нужно оперативно изменять профили камер? Какая точность регистрации вам требуется? Требуется ли вам изменение скорости или целевого положения во время работы? Поддерживает ли контроллер достаточное количество осей для этого приложения? Подойдет ли он к будущим версиям вашей машины?

Работа со стоимостью

Стоимость сервокомпонентов часто выше, чем стоимость механических компонентов, которые они заменяют. Однако некоторые важные факторы смягчают эту более высокую стоимость. Например, отказ от сложных механических устройств может снизить общую стоимость и размер машины, что может повысить ценность системы. Сервоконтроллер часто заменяет ПЛК; в этом случае можно компенсировать всю стоимость переоборудования на сервоприводы. Дополнительная гибкость может сократить количество моделей машин или процессов, необходимых для производства линейки машин, тем самым снижая производственные затраты.

Общие соображения

Помимо функций движения, есть и другие вопросы. Способен ли язык поддерживать ваши процессы? Это настолько сложно, что вам придется потратить слишком много времени на его изучение? Поддерживает ли продукт многозадачность? Техника, позволяющая писать разные программы для разных процессов, многозадачность упрощает программирование сложных машин.

На все эти вопросы может быть сложно ответить, особенно если вы новичок в электронном управлении движением. Большинство компаний, предлагающих контроллеры, хорошо их поддерживают. В процессе выбора задавайте много вопросов. Это не только помогает вам оценить продукт, но и помогает оценить поддержку. Наконец, подумайте о будущем развития вашей компании. Выбирайте поставщиков, которые могут предоставить продукты и поддержку сейчас и в ближайшие годы.