Клієнти вимагають зменшення розміру обладнання та технічного обслуговування, а також швидшої продуктивності та налаштування машини. Щоб задовольнити ці вимоги, виробники обладнання обирають рух із сервоприводом замість механічних компонентів.

Керування рухом визначає можливості та обмеження машини. Тому, щоб максимізувати його пропускну здатність і гнучкість, а також зменшити технічне обслуговування, ви часто повинні оновити спосіб керування рухом у цій машині. Більшість причин для переходу від традиційних конструкцій і пристроїв керування до сервокерування полягають у отриманні однієї чи кількох із цих переваг:

• Збільшення пропускної здатності. Серводвигуни забезпечують високі темпи прискорення та швидкості.
• Підвищення точності. Сервоприводи можуть запропонувати високу точність, необхідну для обробки деталі, що швидко рухається.
• Підвищення гнучкості. Сервоприводи пропонують електронні версії традиційних механічних компонентів. Наприклад, профілі електронної камери можна змінити майже миттєво. Програмовані профілі руху можна адаптувати до різного розміру та конфігурації продукту. Електронні передавальні числа можуть змінюватися відповідно до різних швидкостей машини. Крім того, з електронною передачею двигуни можна розмістити в будь-якому зручному місці, оскільки вони усувають потребу в довгих валах, шестернях і ременях.

Крім того, один електричний «лінійний вал» може з’єднуватися з майже необмеженою кількістю осей. Для машин із кількома конфігураціями це означає, що додаткові осі руху не потребують додаткових механічних зв’язків.

Сервоприводи також додають гнучкості через збільшення доступної інформації. Наприклад, багато сервоконтролерів зберігають історію несправностей і станів помилок, які допомагають усунути несправності. Більшість сервосистем також можуть відображати діаграми у стилі осцилографа для аналізу продуктивності. • Зменшити технічне обслуговування. Сервоприводи допомагають зменшити кількість механічних частин машини. Електронні коробки передач замінюють ремені. Електронні кулачки не піддаються впливу зносу. Електронні кінцеві вимикачі не потребують періодичного налаштування або заміни.

Сервоприводи вимагають певного навчання та досвіду. Якщо ви новачок у сервоуправлінні, розраховуйте витратити деякий час на вибір і застосування вашої першої системи. (Примітка щодо сервотермінології: слово контролер знаходить кілька застосувань. Система аборухуконтролер зазвичай запускає програму, яка керує рухом; вдвигунконтролер керує однимдвигун. Щоб уникнути плутанини, ми будемо називати контролери двигунів приводами).

Розмір і вибір програми

Вибір і визначення розміру компонентів сервоприводу може здатися складним через кількість компонентів: двигуни, приводи, контролер і можливість використання промислового ПК або ПЛК. Якщо ваше минуле механічне, це може налякати. На щастя, компанії — постачальники компонентів та інтегратори систем керування — упаковують ці компоненти разом, а також пропонують допомогу в застосуванні. Незалежно від того, робите це самі чи купуєте пакет, основний процес такий:

Спочатку виберіть двигун. Почніть вибір двигуна з вибору форми двигуна. Найбільш поширені двигуни з великими кутами (довгі з малим діаметром). Вони можуть бути квадратними або круглими, і вони забезпечують відмінну вартість і продуктивність. Дискові двигуни (короткі з великим діаметром) підходять у важкодоступних місцях і забезпечують високе прискорення за рахунок малоінерційних роторів. Обидва ці двигуни доступні в герметичній і негерметичній версіях.

Безкаркасні або вбудовані двигуни, роздільні ротор і статор для інтеграції в машину. Ці двигуни забезпечують компактну конструкцію та покращують роботу прямого приводу за рахунок підвищення точності та зменшення вібрації.

Лінійні двигуни, які замінюють стандартний роторний двигун і пов’язані з ним приводні механізми, безпосередньо створюють лінійний рух. Вони можуть одночасно збільшити пропускну здатність і точність в кілька разів.

Вибір розміру двигуна. Розмір двигуна в основному залежить від крутного моменту: пікового та постійного. Розміри двигунів можуть бути складними, і помилки можуть бути виявлені лише наприкінці циклу розробки. Оскільки на цьому етапі розмір двигуна може бути важко збільшити, доцільно включити запас у ваші розрахунки. Якщо ви новачок у цьому процесі, вам, ймовірно, варто покластися на інженерів із застосування в автомобільних компаніях.

Виберіть відгук. Найпоширенішими пристроями зворотного зв’язку є кодери та резольвери. Кодери — це оптичні пристрої, які створюють серію імпульсів. Кількість імпульсів пропорційна кутовому ходу. Вони забезпечують високу точність, особливо при високій роздільній здатності. Резольвери – це електромеханічні пристрої, які визначають абсолютне положення протягом одного оберту двигуна та відомі своєю міцністю. Виберіть той, який найкраще підходить для вашої програми.

Після вибору типів датчика зворотного зв'язку необхідно вибрати його роздільну здатність. Як правило, кодер на 1000 рядків або, еквівалентно, 12-бітний резольвер забезпечить достатню роздільну здатність. Обидва виробляють близько 4000 різних позицій за один оберт, що еквівалентно роздільній здатності приблизно 0,1 градуса. Однак, якщо вашій програмі потрібна більш висока роздільна здатність, вам слід вибрати відповідний датчик. Одне застереження: розрізняйте роздільну здатність і точність. Багато сервоприводів пропонують вибір роздільної здатності для зворотного зв'язку резольвера; однак це може не вплинути на точність (зазвичай від 10 до 40 кутових хвилин).

Виберіть диск. Подумайте, чи хочете ви, щоб блок живлення був модульним (окремим) чи вбудованим у накопичувач. Модульні джерела живлення добре працюють із трьома чи більше приводами одного сімейства. З однією віссю інтегровані джерела живлення зазвичай підходять краще. З двома осями обидва рішення приблизно однакові.

Якщо ви плануєте встановити накопичувач, майте на увазі, що розміри накопичувачів значно відрізняються і можуть вплинути на загальний розмір обладнання. Залежно від розміру корпусу вам також може знадобитися дослідити різні варіанти охолодження.

Синусова комутація проти шестиступінчатої

Форма хвилі потужності від приводу до двигуна має тенденцію надходити двома шляхами для безщіткових серводвигунів: шестиступінчастою та синусоїдальною. У синусоїдальному режимі хвиля струму, створювана приводом, створює струм, який наближається до синусоїди. Це створює більш плавний крутний момент і менше нагрівання. Шестиступінчастий метод виробляє шестисегментний меандр за допомогою простої електроніки. Незважаючи на нижчу вартість, шестиступінчаста має грубу роботу на низьких швидкостях.

Гнучкість налаштування. Налаштування, процес вибору підсилення в контурах зворотного зв’язку, необхідний для високої продуктивності та підтримки стабільної роботи. У минулому тюнінг був більше мистецтвом, ніж наукою. Тепер сучасні сервоприводи пропонують безліч інструментів, які допомагають розробникам машин. Автоматичне налаштування (або самоналаштування), процес, коли привід збуджує механічну систему та генерує набір посилень петлі, є майже стандартом. Більшість накопичувачів налаштовано з цифровим підсиленням, тому вам не знадобиться паяльник чи тример (маленька викрутка). Складніші методи можуть знадобитися лише зрідка, але їх доступність надає більше можливостей.

Аналогові приводи можуть бути дешевшими, але вам може знадобитися налаштувати контури, налаштувавши потенціометри або змінивши пасивні компоненти. Незалежно від вашого вибору, налаштування є частиною кривої навчання та вимагає певного вивчення та експериментів.

Керуйте спілкуванням. Багато приводів використовують аналоговий сигнал для передачі команд швидкості та крутного моменту. Однак цифровий зв'язок набирає популярності, оскільки він зменшує комунікаційні проводки та підвищує гнучкість системи. Багато накопичувачів сумісні з такими мережами, як DeviceNet, Profibus і новою мережею Sercos, спеціально для керування рухом.

Напруга. Майте на увазі, що живлення 110 В змінного струму може бути важко отримати на заводі. У Європі популярним є 460 В змінного струму; використання приводів 230 В змінного струму може потребувати трансформатора в машинах для використання за кордоном. На жаль, приводи на 460 В змінного струму можуть бути дорогими. Компромісом є універсальне джерело живлення, яке використовує силові напівпровідники для перетворення рівнів напруги. Для систем із модульними джерелами живлення один універсальний блок живлення може використовувати будь-яку напругу від 230 до 480 В змінного струму для живлення кількох осей 230 В змінного струму.

Останній момент, який слід враховувати, використовуючи лише невелику кількість сімейств приводів на машині, ви спрощуєте список запасних частин.

Виберіть контролер

Вибираючи контролер, виберіть одноосьовий або багатоосьовий. Одноосьові контролери поєднують в собі контролер руху, привід і часто джерело живлення. В одно- чи двовісних системах ці контролери можуть зменшити вартість, розмір, електропроводку та складність системи.

Багатоосьові контролери зазвичай краще підходять для більш складних систем. По-перше, вони зазвичай знижують вартість, особливо зі збільшенням кількості осей. По-друге, вони зменшують складність системи, оскільки одна програма може контролювати всі рухи. Ці контролери руху також забезпечують більшу гнучкість у синхронізації, оскільки вони зазвичай дозволяють будь-якій осі зв’язуватися з будь-якою іншою віссю, і вони дозволяють вам змінювати цей зв’язок під час виконання програми.

Після вибору контролера вам потрібно буде вибрати конфігурацію «коробка» або «плата». Коробкова конфігурація – це закритий контролер, здатний працювати автономно. Платні контролери підключаються до промислових комп’ютерів. Якщо у вас уже є промисловий комп’ютер на машині, сумісна плата може зменшити вартість і покращити інтеграцію системи керування та машини. Якщо ви не плануєте використовувати промисловий комп’ютер, зазвичай легше додати коробковий контролер.

Оцініть набір функцій

Нарешті, оцініть характеристики контролера. Розглянемо функції, які обговорювалися досі: передача, кулачок, високошвидкісна реєстрація та програмовані кінцеві вимикачі. Більшість контролерів пропонують ці функції в тій чи іншій формі, але специфіку потрібно порівнювати з потребами вашої програми. Чи потрібно змінювати передавальні числа під час роботи? Вам потрібно змінювати профілі камери на льоту? Яка точність реєстрації вам потрібна? Вам потрібна зміна швидкості або цільової позиції під час роботи? Чи підтримує контролер достатньо осей для цієї програми? Чи підходить він для майбутніх версій вашої машини?

Робота з вартістю

Вартість компонентів сервоприводу часто вища, ніж механічних компонентів, які вони замінюють. Однак деякі важливі фактори пом'якшують цю високу вартість. Наприклад, усунення складних механічних пристроїв може зменшити загальну вартість і розмір машини, що може збільшити цінність системи. Сервоконтролер часто замінює ПЛК; у цьому випадку можна компенсувати всю вартість перетворення на сервоприводи. Додаткова гнучкість може зменшити кількість моделей машин або процесів, необхідних для виробництва лінійки машин, таким чином зменшуючи витрати на виробництво.

Загальні міркування

Окрім функцій руху, є й інші питання, які варто поставити. Чи здатна мова підтримувати ваші процеси? Чи настільки він складний, що вам доведеться витрачати надто багато часу на його вивчення? Чи підтримує продукт багатозадачність? Техніка, яка дозволяє писати різні програми для різних процесів, багатозадачність спрощує програмування складних машин.

На всі ці запитання може бути важко відповісти, особливо якщо ви новачок у електронному контролі руху. Більшість компаній, які пропонують контролери, добре їх підтримують. У процесі відбору ставте багато питань. Це не тільки допоможе вам оцінити продукт, але й допоможе вам оцінити підтримку. Нарешті, подумайте про майбутнє розвитку вашої компанії. Виберіть постачальників, які можуть надати продукти та підтримку зараз і в найближчі роки.