PARAMETRY I FUNKCJE SERWONAPĘDÓW

Ważne parametry serwonapędów to: liczba kontrolowanych osi i moc (moc serwosilnika musi być dopasowana do mocy serwowzmacniacza). Cechą, która wpływa na organizację systemu sterowania, a także jego rozbudowę w przyszłości, jest możliwość współpracy serwowzmacniacza z dowolnymi serwosilnikami, w tym również liniowymi, lub ograniczenie w tym zakresie do wyłącznie określonych modeli.

Przydatną funkcją jest automatyczne rozpoznawanie modelu serwosilnika z serii kompatybilnej z danym serwowzmacniaczem i sprawdzanie poprawności jego podłączenia. Znacząco skraca to czas uruchamiania napędu.

Od rozdzielczości przetwornika obrotów, z którym współpracuje serwonapęd, zależy rozdzielczość pozycjonowania. Przydatna jest możliwość podłączenia dodatkowego zewnętrznego enkodera (albo nawet kilku). Dzięki temu można zrealizować więcej niż jedną pętlę sprzężenia zwrotnego.

Na przykład enkoder silnika może służyć do zamknięcia pętli prędkościowej, a dodatkowy przetwornik obrotu do zamknięcia pętli położeniowej, co ogranicza luzy oraz zwiększa precyzję pozycjonowania. Zewnętrzny enkoder można też wykorzystać do sprzężenia serwonapędu z innym urządzeniem albo elementem maszyny w taki sposób, aby śledził on jego ruch.

STEROWANIE SERWONAPĘDAMI

Ważną kwestią jest wybór metody sterowania. W zależności od możliwości serwonapędu i potrzeb aplikacji korzysta się w tym zakresie z prostszych albo bardziej zaawansowanych rozwiązań. Jeżeli chodzi o pierwsze, popularne jest sterowanie analogowe napięciowe ±10 V oraz impulsowe, na przykład krok/kierunek. Sygnał napięciowy, którego źródłem może być moduł pozycjonowania lub sterownik PLC, przeważnie służy do zadawania wartości momentu albo prędkości.

Za wyborem tej metody przemawia jej prostota. Z drugiej strony sygnał analogowy jest podatny na wpływ zaburzeń z zewnątrz, co w zastosowaniach wymagających dużej precyzji i niezawodności sterowania ruchem jest poważnym problemem. Sygnał impulsowy sprawdza się z kolei m.in. w sterowaniu silnikami krokowymi.

Można także korzystać z przykładowych danych zapisanych w pamięci modułów pozycjonowania, wbudowanych w serwowzmacniacz albo zewnętrznych, które mogą pracować w zamkniętej albo otwartej pętli sprzężenia zwrotnego. Umożliwiają one zadawanie pozycji i tworzenie sekwencji ruchów. Zaprogramowane wcześniej ścieżki są zazwyczaj modyfikowalne. Dostępne są poza tym różne tryby pracy, na przykład przeskoku z jednej ścieżki do innej, zmiany parametrów ruchu, trybu stałej prędkości.

CZYM JEST PRZEKŁADNIA ELEKTRONICZNA?

 

Rys. 4. Wybór silnika to proces wieloetapowy

W serwonapędach wieloosiowych ścieżki nie muszą być przypisane wyłącznie do jednej osi, o ile możliwa jest interpolacja kilku osi, na przykład liniowa, kołowa albo śrubowa. Implementowane są również bardziej zaawansowane funkcje motion control. Przykładami takich są: tryb master-slave, pozycjonowanie punkt-do-punktu, obsługa reakcji na przerwanie, krzywka elektroniczna, gantry, latająca piła i nóż obrotowy.

Hamowanie i przyspieszanie przeprowadza się zwykle według krzywej trapezowej albo krzywej S. Warto wspomnieć o ważnej funkcji serwowzmacniaczy, tzw. elektronicznej przekładni. Jest ona przydatna w przypadku, gdy częstotliwość impulsów generowanych przez moduł pozycjonowania stanowiących polecenie przemieszczenia (zadana prędkość jest proporcjonalna do częstotliwości impulsów, a odległość do długości ich ciągu) jest zbyt mała, aby silnik mógł się rozpędzić do swojej prędkości znamionowej.

Przekładnia elektroniczna rozwiązuje ten problem przez zwielokrotnienie częstotliwości impulsów wewnętrznie w serwowzmacniaczu. Większe możliwości zapewnia podłączenie serwonapędu do nadrzędnego systemu sterowania przez sieć przemysłową. W tym celu przeważnie wykorzystywane są protokoły: Modbus RTU, CANopen, Profibus DP oraz EtherCAT.

Na szczególną uwagę zasługuje ten ostatni, ze względu na szybkość komunikacji i fakt, że sprawdza się zarówno w sterowaniu jedno-, jak i wieloosiowymi systemami serwonapędowymi. Protokół EtherCAT umożliwia pracę w trybie full duplex, w systemie o konfiguracji master-slave, w dowolnej topologii.

Zapewnia wymianę informacji kontrolnych nawet 100 osi w czasie 100 μs. Dzięki wykorzystaniu specjalnej techniki distributed clock osie można zsynchronizować z jitterem mniejszym niż 1 μs. Opóźnienia transmisji są w tym wypadku minimalne również dzięki mechanizmowi przetwarzania ramki w locie kolejno przez wszystkie węzły. Przepustowość sieci sięga nawet 90%. EtherCAT zapewnia poza tym funkcjonalność hot plug and play.

FUNKCJE DODATKOWE

 

Rys. 5. Latająca piła

Standardem w serwonapędach są porty komunikacyjne RS-232/485 oraz interfejs USB, który pozwala na podłączenie serwowzmacniacza do komputera, na przykład w celu jego konfiguracji. Serwowzmacniacze wyposaża się również w wyświetlacze oraz przyciski zapewniające podgląd i umożliwiające edycję parametrów oraz wgląd w kody alarmów. Ułatwia to ich programowanie oraz rozwiązywanie problemów w razie wystąpienia sytuacji awaryjnych.

Mają zwykle wbudowane filtry EMC oraz układy hamowania dynamicznego. Dostępne są poza tym moduły magazynowania energii wytwarzanej podczas hamowania.

Na dokładność sterowania ruchem ma wpływ zdolność serwonapędu do tłumienia drgań, zarówno w zakresie niskich częstotliwości, co pozwala na skrócenie czasu pozycjonowania serwosilnika, jak i wysokich częstotliwości, co eliminuje rezonanse mechaniczne.

W serwowzmacniaczach implementowane są również funkcje autodiagnostyczne i diagnostyczne, w tym na przykład: wykrywanie błędów pamięci przy użyciu sumy kontrolnej, detekcja błędów przepełnienia licznika impulsów, zabezpieczenie na wypadek wystąpienia błędów przetwornika pomiarowego, zabezpieczenie przed zanikiem oraz wahaniami napięcia zasilania, przeciążeniem, zwarciem, przegrzaniem silnika.