Kompletny serwonapęd w terminalu EtherCAT. Rewolucja w dziedzinie techniki serwonapędowej

Inżynierowie tworzący aplikacje napędowe na początku każdego procesu projektowego zmierzyć się muszą z zagadnieniem wyboru rozwiązania optymalnie pasującego do nowego systemu. Czy rzeczywiście muszę wykorzystywać serwonapęd w tej maszynie? Czy możliwe jest użycie prostszego aplikacyjnie silnika skokowego, który do pozycjonowania nie wymaga stosowania enkodera? Jakie są koszty wdrożenia konkretnego rozwiązania?

Pytania takie padają bardzo często, gdyż dobór napędów do układu pozycjonowania lub innego jest wypadkową wielu czynników technicznych i ekonomicznych. Często przeważają te ostatnie, a rozwiązania serwonapędowe, pomimo ich licznych zalet, cały czas uznawane są za kosztowne ze względu na dużą liczbę stosowanych podzespołów elektronicznych i konieczność użycia elementu zapewniającego sprzężenie zwrotne. Z tych samych powodów cały czas chętnie korzysta się z silników skokowych - wprawdzie o gorszych parametrach, ale za to łatwiejszych w uruchomieniu i tańszych.

DLACZEGO SERWONAPĘDY?

Zastosowanie serwonapędów wiąże się tymczasem z wieloma korzyściami, które ujawniają się po bliższym przyjrzeniu ich cechom technicznym. Wskazać można m.in. na to, że:

• serwosilniki cechują się zdecydowanie większą wydajnością oraz wysokim momentem w pełnym zakresie prędkości obrotowych,
• systemy serwonapędowe zapewniają dużą precyzję działania, wysoką dynamikę oraz możliwość przeciążania,
• konieczność obsługi związanej z utrzymaniem ruchu zredukowana zostaje do minimum.

Co zrobić, aby skorzystać z powyższych zalet, ale jednocześnie nie inwestować w złożony system serwonapędowy? W przypadku wielu aplikacji, gdzie wymagane jest użycie silników o niewielkich mocach, rozwiązaniem jest użycie modułowych serwonapędów EL7201 firmy Beckhoff.

Stanowią one pomost pomiędzy klasyczną technologią serwo a rozwiązaniami z silnikami skokowymi, pozwalając na tworzenie bardzo kompaktowych, łatwych w uruchomieniu oraz o wzajemnej synchronizacji systemów napędowych. Jednocześnie możliwość wykorzystania szerokiej gamy podzespołów - od wymienionych serwonapędów modułowych do urządzeń z rodziny AX5000 dla serwosilników o mocach do 118 KW sprawia, że tworzyć można skalowalne systemy bazujące na jednej platformie sterowania i komunikacyjnej.

MODUŁOWE SERWONAPĘDY EL7201

EL7201 to serwowzmacniacz, w którym zintegrowano również moduł do podłączenia sygnału ze sprzężenia zwrotnego oraz hamulca silnika. Wykorzystanie połączenia w standardzie E-Bus sprawia, że pracuje on jako standardowy moduł sieci EtherCAT. Charakteryzuje go krótki czas cyklu, niska wartość parametru jitter oraz łatwe konfigurowanie i diagnostyka poprzez sieć EtherCAT. EL7201 ma szerokość jedynie 12 mm, co stało się możliwe dzięki wykorzystaniu nowoczesnych rozwiązań elektronicznych. Pomimo niewielkich wymiarów, serwonapęd charakteryzuje się funkcjonalnością analogiczną do standardowych, większych tego typu urządzeń.

Moduł może pracować z napięciami do 50 V_DC oraz prądami do 4 A, co pozwala na współpracę z serwosilnikami o mocach do 200 W. Przeznaczony jest on do zastosowań z silnikami synchronicznymi - takimi jak te z serii AM8xxx firmy Beckhoff , przy czym zapewnia monitorowanie takich parametrów jak przekroczone wartości napięcia i prądu, obciążenie silnika czy temperatura modułu.

PEŁNA INTEGRACJA Z SYSTEMEM STERUJĄCYM

Istotną zaletą omawianych serwonapędów jest łatwość ich implementacji w większym systemie sterowania. Podobnie jak inne moduły I/O sieci EtherCAT, również EL7201 są po prostu montowane na szynie DIN i w ten sposób włączane do systemu.

Następnie wykrywane są one automatycznie przez TwinCAT System Manager, możliwe jest też ich ręczne dodanie do systemu z wykorzystaniem oprogramowania TwinCAT NC, a następnie parametryzacja. Ta ostatnia odbywa się analogicznie jak w przypadku popularnych serwonapędów AX5000 firmy Beckhoff - podstawowe wartości i funkcje ustawiane są z wykorzystaniem menadżera napędów w oprogramowaniu TwinCAT.

Możliwość pełnej integracji w układzie sterowania zapewnia nie tylko kompaktowość tworzonego rozwiązania, ale też łatwy montaż oraz parametryzacja modułów. Jednocześnie zintegrowana technologia sterowania zapewnia możliwość wykorzystania sterowania wektorowego, regulacji PI oraz wspiera dynamiczne zadania pozycjonowania.

SERWOSILNIKI AM81XX - IDEALNY PARTNER

Nowe serwosilniki synchroniczne to doskonały partner dla modułowych serwonapędów systemu EtherCAT Terminal. Rodzina AM81xx firmy Beckhoff obejmuje silniki synchroniczne z magnesami trwałymi, w których zastosowano technologię przesyłania zasilania i sygnałów sprzężenia zwrotnego z wykorzystaniem pojedynczego połączenia (One Cable Technology, OCT). Dostępne są one w kilku typach, które pokrywają zakres momentów obrotowych do 4 Nm i prędkości do 3000 obr./min. Serwosilniki charakteryzują się stopniem ochrony IP54 (IP65 od strony wału) i mogą być wyposażone opcjonalnie w hamulce oraz przekładnie obiegowe o małym luzie.

PRZYKŁADY APLIKACJI

Zastosowania omawianych urządzeń serwonapędowych dotyczą szerokiego zakresu aplikacji, gdzie konieczne jest wykonywanie dynamicznych i jednocześnie precyzyjnych ruchów. Ze względu na niewielkie moce serwonapędów i samych silników są to systemy w większości precyzyjne, czego przykładem są te związane z robotyką.

Wykorzystując serwonapędy EL7201, możliwe jest tworzenie niewielkich robotów pick & place, spawających i innych, a także maszyn pakujących oraz obrabiarkowych. Warto również pamiętać o możliwości łatwej synchronizacji wielu osi serwo, dzięki czemu możliwe staje się tworzenie wieloosiowych maszyn przy zachowaniu wysokiej dynamiki pracy i kompaktowych rozmiarów systemu.

Beckhoff Automation Sp. z o.o.
www.beckhoff.pl