Jak wybrać model silnika?

Spis treści

Jak wybrać model silnika?

Kolejnym krokiem jest wybór konkretnego modelu silnika dopasowanego do wymagań aplikacji. Ważną kwestią jest dobór właściwego stosunku bezwładności obciążenia do bezwładności silnika. Ma to istotny wpływ na wydajność serwonapędu.

Jeśli inercja obciążenia jest znacząco większa niż bezwładność silnika, będzie on miał bowiem trudność z wprawieniem go w ruch. Odwrotnie, jeżeli bezwładność silnika jest znacznie większa niż inercja obciążenia, wówczas silnik prawdopodobnie jest przewymiarowany. To z kolei zwiększa koszty początkowe i eksploatacji. By uniknąć takich problemów, trzeba, korzystając z odpowiednich wzorów, obliczyć bezwładność obciążenia. Odnosząc wynik obliczeń do parametrów silników typowanych do danego zastosowania, trzeba pamiętać, że na całkowite obciążenie serwonapędu, poza samym ładunkiem, składają się również komponenty układu napędowego, bezpośrednio lub pośrednio połączone z silnikiem. Zatem, nawet jeśli na wymiary, kształt, masę ładunku nie mamy wpływu, dobierając takie elementy jak śruby, prowadnice albo sprzęgła możemy, odpowiednio do potrzeb, zwiększyć lub zmniejszyć wypadkową inercję obciążenia. Niedopasowanie bezwładności jest także bardziej odczuwalne na skutek braku sztywności w systemie. Dlatego na przykład warto zastąpić przekładnie pasowe śrubami albo przekładniami zębatymi.

Warto w tym miejscu zaznaczyć, że w nowoczesnych serwonapędach dopasowanie inercji silnika i obciążenia traci na znaczeniu. Ich zaawansowane opcje strojenia w połączeniu z wysokowydajnymi silnikami z czujnikami o dużej rozdzielczości w pętli sprzężenia zwrotnego pozwalają bowiem eliminować ewentualne problemy z niedopasowaniem bezwładności.

Serwonapęd 200
Serwosilnik i serwowzmacniacz. Moc: 200 W, enkoder: 23 bity, absolutny, komunikacja: EtherCAT, tryby pracy: standardowy (pozycja, moment, prędkość), synchroniczna praca cykliczna (pozycja, moment, prędkość), bazowanie, prędkość: od 0 do 6000 obr/ min., funkcja STO (SIL3), filtr pasmowozaporowy, tłumienie drgań przy niskich częstotliwościach, oprogramowanie InoServoShop.

Serwosilniki Elmatic
1 i 3-fazowe silniki, z wbudowanym enkoderem (rozdzielczość 23 bity), o mocy od 0,1 kW do 11 kW, maks. prędkość obrotowa 5000 obr./min, przeciążalność dla mocy < 2 kW – 3 krotna, > 2 kW – 2,5 krotna, stopień ochrony: IP65, izolacja w klasie F, klasa wibracyjna V15.

Zintegrowany serwosilnik iSV-B23090-01
Silnik bezszczotkowy. Moc: 90 W, napięcie znamionowe: 36 V, moment znamionowy: 0,3 Nm, prędkość znamionowa: 3000 obr./min, sterowanie: krok + kierunek.

Silnik serwo AC SMC130D-0100
Moc znamionowa: 1 kW, moment znamionowy: 4,8 Nm, znamionowa prędkość obrotowa: 2000 obr./min, klasa izolacji uzwojenia F, stopień ochrony: IP65 (obudowa silnika).

Serwowzmacniacz SRV-64
Moc znamionowa: 1 kW, prąd znamionowy: 6 A, wbudowany rezystor hamujący: 45 Ω 60 W, komunikacja: Modbus RTU, sterowanie: Modbus RTU, pozycja, prędkość, moment, pulse-Direct, wejścia analogowe: 1, wejścia cyfrowe: 8, wyjścia cyfrowe: 6, wyjścia analogowe: 1.

Mając do wyboru kilka modeli silników, sprawdzić trzeba też, czy zapewnią wystarczającą prędkość oraz odpowiedni moment obrotowy. W tym celu analizuje się charakterystykę silnika, która określa wzajemną zależność obydwu tych wielkości. Informacje odczytane z tego wykresu trzeba odnieść do wymogów aplikacji, które często, ponieważ serwonapędy wykorzystuje się w zastosowaniach wymagających kontrolowanych ruchów, są opisane krzywymi profilów ruchu. Te charakteryzują oraz pozwalają przedstawić graficznie wymagania stawiane silnikowi pod względem prędkości i momentu obrotowego. Typ profilu zależy od specyfiki zadania. Popularne są zwłaszcza trójkątny oraz trapezowy. Ich nazwy wynikają z kształtu wykresu prędkości w funkcji czasu.

Trójkątny profil ruchu składa się z dwóch (zwykle) równych odcinków czasu przyspieszania i hamowania i nie występuje w nim odcinek, w którym przemieszczenie następowałoby ze stałą prędkością. Obliczenia w tym przypadku są proste – wysokość trójkąta określa prędkość maksymalną, a przyspieszenie można wyznaczyć, dzieląc ją przez czas trwania etapu przyspieszania, czyli połowę całkowitego czasu ruchu. Profil jest wykorzystywany, jeżeli wymagane jest jak najszybsze przemieszczenie pomiędzy dwoma pozycjami, bez utrzymywania stałej prędkości, na przykład w zadaniach pick & place.

Arkadiusz Sulenta

Elmark Automatyka

Jakie są cechy charakterystyczne serwonapędów i rozwiązań Motion Control?

Rozwiązania Motion Control, w szczególności serwonapędy, stosowane są do aplikacji wymagających precyzyjnego pozycjonowania w połączeniu z wysoką dynamiką. Jednak w przeciwieństwie do popularnych silników krokowych wymagają specjalistycznej wiedzy – szczególnie w kwestii regulacji ruchu.

Wymieniony problem coraz bardziej niwelują: rozbudowane oprogramowania dołączane przez producentów, jak i rozwój samych algorytmów sterowania. Przykładem mogą być rozwiązania kontroli ruchu marki Unitronics, gdzie pracę z serwonapędem ułatwi możliwość odtworzenia strony mechanicznej układu (przekładnie, aktuatory itp.), prosta konfiguracja polegająca na wybraniu zakupionego modelu czy opcje diagnostyczne w czasie rzeczywistym.

Jakie są najczęstsze zastosowania serwonapędów przez Państwa klientów? Kim są ich odbiorcy?

Odbiorcami są głównie integratorzy i producenci maszyn. Zainteresowanie rozwiązaniami Motion Control dotyczy szczególnie producentów maszyn etykietujących, pakujących czy CNC. Wybór rozwiązania w obecnych czasach zależy głównie od dostępności urządzeń i z tego względu klienci chętniej decydują się na kompletne rozwiązania od jednego producenta. Oczywiście w specjalistycznych zastosowaniach znaczenie będzie miała wymagana dokładność, szybkość cyklu i rodzaj sterowania, stąd też zainteresowanie protokołami przemysłowymi takimi jak np. EtherCAT.

Jakie były ostatnie dwa lata na omawianym rynku w Polsce?

Problemy z komponentami wymusiły zmiany na producentach w kwestiach planowania produkcji i logistyki. W tym roku przewidujemy poprawę dostępności rozwiązań Motion Control w stosunku do poprzednich dwóch lat. Z drugiej strony sytuacja pomogła mniejszym graczom na rynku przebić się z swoimi rozwiązaniami ponieważ odbiorcy musieli stać się bardziej otwarci na dotąd mniej nieznanych dostawców aby zachować ciągłość produkcji.

W profilu trapezowym wyróżnić można trzy (zwykle) równe odcinki czasu – przyspieszania, stałej (maksymalnej) prędkości i hamowania. Jeżeli mają różne długości, często odcinek środkowy jest najdłuższy. Obliczenia w tym przypadku są nieco bardziej złożone. Dla ułatwienia wykres dzieli się na dwa trójkąty prostokątne (dla faz przyspieszania i zwalniania) i prostokąt (dla etapu stałej prędkości). Profil trapezowy jest bardzo popularny w sterowaniu ruchem, zwłaszcza w zadaniach wymagających okresu stałej prędkości, takich jak dozowanie, pomiary i obróbka.

W podstawowej wersji tego profilu występuje jednak pewien problem – w momencie zmiany przyspieszenia następuje gwałtowne szarpnięcie, które jest niekorzystne zwłaszcza w zadaniach wymagających płynnego ruchu i dokładnego pozycjonowania, gdyż powoduje wibracje. Aby ten efekt zmniejszyć, początki i końce faz przyspieszania i hamowania ruchu są wygładzane w kształt litery S.

Rafał Pilch

ASTOR

Gdzie stosowane są serwonapędy? Co jest ważne dla ich odbiorców?

Serwonapędy stają się coraz bardziej popularne nawet w małych instalacjach. Ma na to wpływ wiele czynników – z jednej strony nacisk na dokładność w produkcji, z drugiej zaś rozwój sieci przemysłowych i rozwiązań IIoT, a z trzeciej – coraz korzystniejsza cena. Małe zakłady kładą aktualnie nacisk na jakość i nowoczesność – to właśnie gwarantują im rozwiązania serwonapędowe.

Dla klientów przede wszystkim ogromnie ważne jest wsparcie. Wiedza na temat zastosowań i programowania serwonapędów jest na rynku wciąż niezbyt duża, dlatego klienci cenią wsparcie w każdym momencie i wszelkie materiały techniczne związane z podłączeniem, programowaniem i zastosowaniem serwonapędów.

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

Aktualnie w przypadku rozwiązań serwonapędowych inżynierowie coraz częściej decydują się na rozwiązania sieciowe, głównie EtherCAT. Modbus oraz Pulse-Direct są powoli i sukcesywnie wypychane, głównie z powodu tego, iż bariera cenowa powoli zanika, a rozwiązania sieciowe nie dość, że są bardziej precyzyjne, to w dodatku programuje się je znacznie prościej. Oczywiście proces ten zachodzi powoli, ale brnie do przodu. Najważniejsze w przekonywaniu klientów do rozwiązań sieciowych jest przede wszystkim uświadamianie o ich ewidentnych zaletach. Są zdecydowanie mniej awaryjne, łatwiej je diagnozować i prościej wymieniać podzespoły – nawet jeżeli zajdzie konieczność zdecydowania się na zupełnie innego dostawcę.

Jak wygląda omawiany rynek? Kim są odbiorcy serwonapędów?

W naszym przypadku serwonapędy są najczęściej wykorzystywane przez branżę OEM. Wszędzie tam, gdzie potrzebna jest synchronizacja lub precyzja w ruchu z feedbackiem. Czasem zdążają się klienci końcowi, którzy chcą podrasować swoje stare maszyny – frezarki, tokarki. Niemniej przeważają klienci OEM.

Obecnie rynek serwonapędowy opiera się na dostawcach azjatyckich – notują oni bardzo dobre dostępności, a jakość urządzeń jest na naprawdę wysokim poziomie. Firmy zachodnie raczej dominują w dużych zakładach, gdzie panują już wypracowane standardy.

Spis treści