Serwonapędy - efektywne sterowanie ruchem

| Prezentacje firmowe

Od napędów pracujących w układach wykonawczych oczekuje się dużej szybkości, precyzji, a także dużej mocy przy zachowaniu kompaktowych wymiarów. Te wymogi doskonale spełniają serwonapędy, dlatego cieszą się rosnącą popularnością w automatyce przemysłowej i robotyce.

Serwonapędy - efektywne sterowanie ruchem

CZYM DOKŁADNIE JEST SERWOMOTOR?

 
Fot.1. Programowalny kontroler MIC488

Termin "servo" pochodzi od łacińskiego słowa "Servus" oznaczającego niewolnika. "Motor" zaś pochodzi od łacińskiego "moto", "ruszam się". Nawet jeśli pochodzenie terminu "servo" jest nieatrakcyjne, wydaje się, że idealnie pasuje do sumiennego służącego, który bezwarunkowo wypełnia swoje zadania.

Zdefiniowany serwomotor jest specyficznym rodzajem silników elektrycznych, który pozwala na regulację położenia kątowego wału silnika, prędkości obrotowej oraz przyspieszenia. Składa się z silnika, który jest dodatkowo wyposażony w enkoder do pozycjonowania. Określona pozycja obrotowa wału silnika, która jest wyznaczana przez czujnik, jest przesyłana w sposób ciągły do sterownika, który zwykle jest montowany na zewnątrz silnika. Kontroler serwo steruje ruchem silnika według jednego lub więcej regulowanych punktów docelowych - np. docelowa pozycja kątowa wału lub ustawiona prędkość obrotowa - w pętli sterującej.

SERWONAPĘDY KINCO

 
Fot. 2. Kontroler serwo seria FD

W ofercie WObit dostępny jest szeroki wybór serwonapędów firmy Kinco. Są 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.

WObit proponuje silniki serwo o rozmiarach kołnierza od 40 do 180 mm. Zakres znamionowego momentu obrotowego wynosi od 0,16 Nm aż do 48 Nm. Standardowo wszystkie silniki serwo mają wbudowany enkoder inkrementalny o rozdzielczości 2500 imp./obr. Dużą popularnością cieszy się seria silników wyposażona w enkoder absolutny jednoobrotowy lub wieloobrotowy (zapewniający pamięć zarówno kąta obrotu, jak i liczby obrotów).

 
Fot. 3. Kontroler serwo seria JD

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 50 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.

Nieodłączną i bardzo istotną częścią składową serwonapędu prócz silnika jest sterownik serwo. Umożliwia on uzyskanie pożądanego rezultatu np. odpowiedniej pozycji, liczby obrotów czy prędkości. Kinco oferuje trzy serie sterowników o szerokich możliwościach i atrakcyjnej cenie.

Podstawowa seria CD 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.

 
Fot. 4. Kontroler serwo seria CD

Najpopularniejsza seria FD wyposażona jest dodatkowo w interfejs RS-485 (Modbus RTU) oraz CANopen, dzięki czemu może współpracować ze sterownikiem PLC czy z panelem operatorskim. Sterowniki pozwalają również na komunikację analogową i impulsowe sterowanie pracą napędów. Nowością jest wersja kontrolera przygotowana do współpracy z silnikami wyposażonymi w enkoder absolutny oraz możliwość wyboru sterownika z interfejsem EtherCAT.

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 liczbę zastosowań dla napędów z tym kontrolerem.

Najbardziej zaawansowana seria JD pozwala na synchronizację pracę wielu osi, a także na pełną kontrolę w pętli zamkniętej. Sterowniki te mogą się komunikować poprzez interfejsy RS-232, RS-485 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.

 
Fot. 5. Silnik serwo SMH60S z hamulcem

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.

Do sterowania wieloosiowych WObit proponuje programowalny kontroler MIC488 własnej produkcji. Umożliwia on sterowanie do 4 napędów krokowych lub serwonapędów w trybie krok/kierunek. Kontroler pozwala także na podłączenie enkoderów inkrementalnych do nadrzędnej kontroli pozycji.

Oprócz uniwersalnych wejść/wyjść oraz dwóch wejść 0-10 V dostępne są także porty komunikacyjne (RS-232, RS-485) pracujące w protokole Modbus (slave), pozwalające na komunikację np. z panelami HMI. Darmowe oprogramowanie pozwala w prosty sposób skonfigurować trajektorię ruchu napędów oraz tworzyć programy sterujące napędami, wyjściami oraz reagować na stany wejść lub wartości zmiennych komunikacyjnych. Tworzenie programów ruchu odbywa się w intuicyjnym środowisku poprzez komendy tekstowe.

MIC488 może zastąpić tradycyjny sterownik programowalny (PLC) wszędzie tam, gdzie konieczna jest precyzyjna kontrola kilku napędów.

ZASTOSOWANIA

 
Fot. 6. Silniki serwo z serii SMH

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.

Ze względu na precyzyjne pozycjonowanie, duże możliwości regulacyjne oraz pracę zarówno z dużymi, jak i małymi prędkościami są elementem składowym obrabiarek CNC oraz robotów przemysłowych. Służą również do sterowania stołami obrotowymi, wykorzystywane są w procesach pakowania, przenoszenia detali czy też 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.