Rozmowa z Andrzejem Siniarskim z firmy Bosch Rexroth

• Serwonapędy znajdują coraz więcej odbiorców wśród polskich producentów maszyn i innych użytkowników - jakie są zalety i jakie koszty ich wdrażania?

Polscy konstruktorzy coraz częściej interesują się zastosowaniem serwonapędów elektrycznych w przypadku aplikacji, gdzie dotychczas używali napędów falownikowych lub krokowych. Mimo, że taki układ napędowy jest droższy w zakupie, to ogólne koszty systemu, wliczając w to koszty instalacji, wykonania oprogramowania i czasu uruchomienia - są często porównywalne.

Ma to miejsce szczególnie wtedy, gdy napędy są wyposażone w narzędzia wspomagające uruchomienie aplikacji. Zastosowanie nowoczesnego protokołu komunikacyjnego Sercos3 pozwala na redukcję kosztów okablowania, zaś użycie nowych modułowych napędów z serii Cs lub Mi pozwala na efektywniejsze wykorzystanie energii - szczególnie w aplikacjach wieloosiowych, co redukuje koszty eksploatacji.

Dzięki gotowym funkcjom sterowania ruchem można szybciej napisać oprogramowanie kontrolujące pracę napędów i całych urządzeń. Niektóre serwonapędy mają tak rozbudowane oprogramowanie, że w ostatnim z przypadków nie trzeba stosować dodatkowych sterowników PLC.

Maszyny napędzane serwonapędami działają precyzyjniej, z większą dynamiką i prędkościami. Jednocześnie charakterystyki tego typu napędów bardzo często pozwalają na zastosowanie silników mniejszych niż w przypadku systemów z napędami falownikowymi i krokowymi.

• Jakie są cechy nowoczesnych serwonapędów? Z czego składają się tego typu systemy?

Serwonapęd bazuje na trzech elementach. Urządzeniem wykonawczym jest silnik, do tego stosowany jest regulator lub sterownik realizujący określony algorytm oraz elementy sprzężenia zwrotnego - enkoder, resolwer lub tachometr. Poszczególne modele silników w kontekście mocy i przeznaczenia bazują na zasilaniu napięciem jedno- lub trójfazowym. Istotną rolę odgrywa również kondensator lub dławik będący stopniem pośrednim zasilania. Za wytwarzanie napięcia wyjściowego odpowiada falownik.

Nowoczesne serwonapędy to jednostki inteligentne, które uwzględniają szereg czynników towarzyszących pracy silników. Na uwagę zasługują znaczne moce wyjściowe przy zachowaniu niewielkich rozmiarów urządzeń oraz możliwość synchronizowania pracy dużej liczby osi. To ostatnie pozwala na zmniejszenie ilości okablowania, dodatkowo zaletą takiego rozwiązania jest większa odporność na zaburzenia ze strony sieci zasilającej oraz zmniejszenie liczby błędów instalacyjnych. W zaawansowanych modelach sterowników połączono funkcjonalność kontrolera, sterownika wysokoprądowego i PLC. Przydatne rozwiązanie w niektórych modelach to wymienny moduł komunikacyjny, dzięki któremu dane mogą być wymieniane za pośrednictwem przemysłowych magistrali komunikacyjnych.

• Na co warto zwrócić uwagę podczas doboru urządzenia do własnej aplikacji?

Wybierając serwonapęd, należy pamiętać o odpowiednim do aplikacji sposobie montażu sterownika, bowiem obudowy można instalować bezpośrednio na napędzie lub szynie montażowej. Nie mniej ważne są wejścia sterowników pozwalające na współpracę z enkoderami inkrementalnymi, cyfrowymi, liniowymi oraz czujnikami Halla. Istotną rolę odgrywają również zabezpieczenia - najważniejsze z nich to: nadprądowe, zwarciowe, nadnapięciowe, termiczne i podnapięciowe.

• Co z kwestią zakłócania pracy serwonapędów przez inne urządzenia?

Jest to bardzo istotne, gdyż bezpośrednio wpływa na jakość pracy, a więc przede wszystkim dokładność i szybkość pozycjonowania osi. Praktycznie większość maszyn pracuje w środowisku mocno narażonym na przeróżne zaburzenia i konieczna jest ochrona serwonapędów przed ich wpływem. Ważniejsze sposoby ograniczania wpływu zaburzeń - oprócz stosowania filtrów - to:

• rozdzielenie jednostki sterującej, tj. głównych procesorów sygnałowych, od części silnoprądowej, czyli przetwornicy częstotliwości będącej źródłem sporych zakłóceń,
• stosowanie cyfrowego, a nie analogowego łącza komunikacyjnego pomiędzy jednostką sterującą a wykonawczą,
• wykorzystanie kabli światłowodowych zamiast miedzianych do realizacji łącza pomiędzy jednostką sterującą a przetwornicą częstotliwości, co daje jego 100% niewrażliwość na zaburzenia elektromagnetyczne, przy czym system sterowania serwonapędami można w ten sposób przy okazji rozproszyć na sporym obszarze.

Przydatną praktyczną cechą serwonapędów jest rozdzielenie części sterującej od przetwornicy częstotliwości. W przypadku wymiany sekcji mocy parametry jednostki sterującej pozostają niezmienione.

• Dziękuję za rozmowę.

Zbigniew Piątek