Pozycjonowanie

Serwonapędy mogą również działać w trybie pozycjonowania, co pozwala silnikowi przemieścić ładunek do określonej lokalizacji, albo względem miejsca początkowego, albo w oparciu na jego położeniu bezwzględnym. Aby zrealizować tryb regulacji położenia w serwosystemach, zwykle wymagane jest skorzystanie z trzech pętli sterowania: momentem obrotowym, prędkością i położeniem. Wynika to stąd, że prędkość silnika powinna być monitorowana, żeby można było wyznaczyć jego położenie, zaś moment obrotowy powinien być monitorowany w celu określenia, ile prądu potrzebuje silnik, by osiągnąć zadaną pozycję, bez niedoregulowania lub przeregulowania. Pętla regulacji położenia działa zazwyczaj w oparciu na regulatorze PI albo PID.

W pętli pozycjonowania, na podstawie zadanej pozycji, która jest porównywana z informacją o aktualnym położeniu, pozyskiwaną dzięki sprzężeniu zwrotnemu, jest wyznaczany sygnał różnicy, będący z kolei wartością zadaną dla pętli regulacji prędkości. W niej natomiast ta wartość zestawiana jest z rzeczywistą wartością prędkości zmierzoną przez komponent sprzężenia zwrotnego. Wyznaczona w taki sposób różnica staje się wartością zadaną w pętli regulacji momentu. Pętle te są zatem w sobie zagnieżdżone.

Marek Bukieda

Yaskawa

Jakie są cechy charakterystyczne serwonapędów i rozwiązań Motion Control? Co zmienia się w technologiach tych urządzeń?

Serwonapędy pozwalają na wyjątkową precyzję sterowania z dokładnością znacznie przekraczającą możliwości mechaniki. Enkodery 20-bitowe dają ponad milion pulsów na obrót, a przecież pojawiają się już silniki z enkoderami 24- i 25-bitowymi. Typowe cechy układów serwonapędowych to właśnie dokładność sterowania, pozycjonowanie, dynamika oraz synchronizacja wielu osi z użyciem kontrolerów ruchu – Motion Controler. Główne zmiany to wypieranie enkoderów inkrementalnych przez absolutne bezbateryjne. Pozwala to na prostszą budowę maszyn i ich bezobsługowość. Ponadto protokoły cyfrowe wypierają dawny standard sterowania analog-puls. Wbudowane funkcje bezpieczeństwa to obecnie wymóg.

Jakie są najczęstsze zastosowania serwonapędów przez Państwa klientów?

Z uwagi na rosnący udział serwonapędów widzimy coraz częstsze użycie tych urządzeń w aplikacjach transportowych. Wcześniej używano silników indukcyjnych AC. Servonapędy dają się łatwo synchronizować. Wcześniej serwonapędy były używane głównie w maszynach CNC i obrabiarkach. Obecnie stosuje się je często w prasach, siłownikach liniowych, gdzie wypierają pneumatykę.

Jakie są powody tego wzrostu? Czy jest to spadek cen urządzeń?

Ceny serwonapędów raczej nie maleją. Powodem jest wysoki koszt produkcji z uwagi na magnesy neodymowe użyte w silniku. Główny powód rosnącej roli serwonapędów to precyzja i dynamika. Pozwala to na zwiększenie wydajności maszyn oraz jakości produkowanych wyrobów. Rozwiązania z użyciem motion controlerów to wszelkie aplikacje mechatroniczne, roboty delta czy układy pick & place. Funkcje motion są coraz częściej używane w standardowych sterownikach PLC. Jeżeli mówimy o synchronizacji wielu osi, to nadal przewagę mają kontrolery ruchu. Obecnie coraz częściej buduje się proste roboty i układy pick & place w oparciu właśnie na tych urządzeniach.

Czym przekonujecie klientów do wyboru konkretnych produktów?

Główny atut to zawsze kompleksowość oferty, sprawdzone rozwiązania i popularne standardy. Do sterowania serwowzmacniaczem używa się protokołów cyfrowych. W Europie widzimy rosnącą popularność sieci Profinet oraz EtherCAT – za ich pomocą można też budować układy bezpieczeństwa (Profisafe oraz Safety over Ethercat). Upraszcza to znacznie pisanie aplikacji i spełnia surowe wymogi rynku Unii Europejskiej w zakresie bezpieczeństwa maszyn. Niebagatelną rolę odgrywa też kompatybilność serwa ze sterownikiem. Coraz częstszy wymóg to automatyczne rozpoznanie silnika przez wzmacniacz oraz uproszczone strojenie. Pozwala to oszczędzić czas. Logistyka nie jest kluczowym elementem z uwagi na długi okres budowy maszyn, który często przekracza 3–4 miesiące.

Co zmieniało się w ostatnich latach w technologiach serwonapędów i na powiązanych rynkach?

Ostanie lata to wprowadzanie urządzeń mobilnych do konfiguracji i diagnostyki oraz ciągła ekspansja protokołów cyfrowych, które wypierają stary standard sterowania analog-puls. Przyszłość to włączenie układów serwonapędowych do systemów ERP i pełne wykorzystanie zalet czwartej rewolucji przemysłowej.

Na rynku omawiany okres przyniósł znaczące pogorszenie sytuacji w branży motoryzacyjnej, która zawsze była dużym odbiorcą mechatroniki i robotyki. Elektryfikacja aut nie wróży też dobrze niektórym jej obszarom – mam na myśli produkcję silników, skrzyń biegów czy układów wydechowych. Pandemia była też okresem, gdy zwrócono uwagę na konieczność higienicznego pakowania i bezdotykowej dystrybucji. Przyszłość wzrostu serwonapędów to bez wątpienia takie branże jak farmacja, elektronika, pakowanie, montaż oraz automatyzacja sprzedaży (automaty sprzedające). W przeszłości duże nadzieje związane były z drukiem 3D, ale pozostał on w fazie silników krokowych.