Napędy do precyzyjnego pozycjonowania

Wspomniane napędy to bezszczotkowe silniki synchroniczne prądu przemiennego z magnesami trwałymi zamontowanymi na wirniku. Napędy te charakteryzują się wysoką sprawnością, która pozostaje stała w dużym zakresie obciążenia, mogą też osiągać duże przyspieszenie kątowe wirnika. Cechują się także dobrymi właściwościami dynamicznymi i regulacyjnymi, gdyż dla silników z magnesami trwałymi właściwa jest szybka reakcja na polecenia układu sterowania wynikająca ze stosunkowo małego momentu bezwładności.

SILNIKI Z ENKODEREM ABSOLUTNYM

Fot. 1. Kontroler serwo, seria FD

WObit proponuje silniki serwo o rozmiarach kołnierza od 40 do 180 mm. Zakres znamionowego momentu obrotowego wynosi od 0,64 aż do 48 Nm. Standardowo wszystkie silniki serwo mają wbudowany enkoder inkrementalny o rozdzielczości 2500 imp./obr. Nowością jest seria silników wyposażona w enkoder absolutny jednoobrotowy lub wieloobrotowy (zapewnia pamięć zarówno kąta obrotu, jak i liczby obrotów). Jest ona stosowana wszędzie tam, gdzie wyłączenie zasilania byłoby szkodliwe dla układu.

Enkoder absolutny pamięta pozycję, w przypadku wyłączenia zasilania, a serwonapęd może kontynuować pracę bez konieczności bazowania, co sprawdza się we wszelkich układach z więcej niż jedną osią. Dostępna moc silnika, w zależności od serii, wynosi od 200 W do 7,5 kW z enkoderem inkrementalnym lub do 3 kW z enkoderem absolutnym. Co istotne szczególnie w osiach pionowych, serwosilniki Kinco mogą być wyposażone w elektromagnetyczny hamulec bezpieczeństwa.

RÓŻNE INTERFEJSY KOMUNIKACYJNE DO WYBORU

Fot. 2. Robot Tower TR1000

Prócz silnika, nieodłączną i bardzo istotną częścią składową serwonapędu jest sterownik serwo, który umożliwia uzyskanie pożądanego rezultatu np. odpowiedniej pozycji, liczby obrotów czy prędkości. Kinco oferuje trzy serie sterowników o szerokich możliwościach i w atrakcyjnej cenie.

Podstawowa seria CD, o ograniczonej funkcjonalności, pozwala na kontrolę trójfazowych silników serwo zasilanych prądem przemiennym. Sterowniki komunikują się poprzez interfejs RS232 i mogą pracować w kilku trybach: krok/kierunek (analogicznie do silników krokowych), kontroli prędkości, momentu, pozycji, dojazdu do zadanej pozycji krańcowej. Czas rozpędzania silnika serwo od 0 do 3000 rpm, bez obciążenia wynosi ~10 ms. Pozwala to uzyskać bardzo stromą rampę pracy napędu.

Najpopularniejsza seria FD wyposażona jest dodatkowo w interfejs RS485 (Modbus RTU) oraz CANopen, dzięki czemu może współpracować ze sterownikiem PLC czy z panelem operatorskim. Nowością jest wersja kontrolera przygotowana do współpracy z silnikami wyposażonymi w enkoder absolutny oraz możliwość wyboru sterownika z interfejsem EtherCAT.

Fot. 3. Silniki serwo Kinco seria SMH

Protokół ten bazuje na warstwie fizycznej sieci Ethernet, która dzięki wysokiej prędkości przesyłu danych, dużemu zasięgowi, umożliwiającym budowę oddalonych i rozproszonych węzłów, jest jednym z popularniejszych standardów komunikacyjnych w przemyśle. Większa liczba interfejsów komunikacyjnych do wyboru, a także możliwość współpracy z silnikiem wyposażonym w enkoder absolutny znacznie zwiększa ilość zastosowań dla napędów z tym kontrolerem.

W aplikacjach wieloosiowych, gdzie trzeba zsynchronizować pracę wielu osi, a także mieć pełną kontrolę w pętli zamkniętej, dobrze sprawdzi się seria JD. Sterowniki te mogą się komunikować poprzez interfejsy RS232, RS485 oraz CANopen. Wyposażone są także w funkcję STO (Safe Torque Off), która zapewnia większe bezpieczeństwo pracy poprzez wprowadzenie stanu blokady momentu silnika (bezpieczne wyłączenie momentu) w celu zatrzymania napędu.

Urządzenia te są odporne na zakłócenia zewnętrzne oraz mają izolację interfejsów komunikacyjnych. Dla wszystkich serii sterowników serwo Kinco dostępny jest program na PC zawierający funkcję oscyloskopu, który umożliwia kontrolę takich parametrów jak prędkość, pozycja oraz prąd, i prezentację ich na komputerze PC.

ZASTOSOWANIA

Fot. 4. Kontroler serwo seria FD422S z interfejsem EtherCAT

Serwonapędy wykorzystywane są w wielu procesach, w których istotne jest zapewnienie właściwych pozycji przyjmowanych przez mechanizmy, takie jak sterowanie stołem obrotowym, aplikacje przenoszenia i układania produktów czy utrzymywanie stałego naprężenia rozwijanego lub zwijanego materiału. Stosując napędy serwo, możliwe jest precyzyjne sterowanie pracą osi poprzez kontrolę pozycji, prędkości oraz momentu.

Przykładem zastosowania serwonapędów z enkoderem absolutnym są roboty przemysłowe. Firma WObit wykorzystuje takie napędy m.in. w robocie Tower TR1000 własnej produkcji, przeznaczonym do aplikacji pick & place. Wspomniany robot może przenosić ładunki o łącznej masie do 25 kg, przy maksymalnym zasięgu 1000 mm. Standardowo ma 3 stopnie swobody, jednak może być posadowiony na układzie jezdnym, dzięki czemu zyskuje dodatkową oś ruchu.

TR1000 ma strukturę kinematyczną OPP, w której istotną dla zachowania precyzji rolę odgrywa oś obrotowa, znajdująca się w podstawie konstrukcji. Ruch poszczególnych osi uzyskiwany jest właśnie napędami serwo, przekazujących energię kinetyczną członom ruchowym za pomocą przekładni, w tym wypadku precyzyjnej przekładni cykloidalnej firmy Nabtesco. W tym układzie serwonapęd stanowi zatem istotne źródło energii, zapewniające dynamiczny ruch robota.

Przykład ten pokazuje, że zastosowanie serwonapędów jest bardzo szerokie. Ze względu na precyzyjne pozycjonowanie, duże możliwości regulacyjne oraz pracę zarówno z dużymi jak i małymi prędkościami są elementem składowym obrabiarek CNC czy robotów przemysłowych. Służą również do sterowania stołami obrotowymi, wykorzystywane są w procesach pakowania, przenoszenia detali czy zwijania bądź rozwijania materiałów. Więcej o serwonapędach Kinco mogą Państwo znaleźć na stronie www.wobit.com.pl.

P.P.H. WObit E. K. J. Ober s.c.
www.wobit.com.pl