Diagnostyka serwonapędów

3_versamotion_motors

Zdjęcie: ASTOR

 

Serwonapędy stanowią nieodzowne elementy linii produkcyjnych, w których kluczowe miejsce zajmuje precyzja.

Serwonapędy to nic innego jak przetwornice częstotliwości, które stosuje się nie tylko do regulowania prędkości ale również do ustalania kąta serwosilników. Warto podkreślić, że serwonapędy znajdują zastosowanie wszędzie tam gdzie konieczna jest wysoka dynamika ruchu oraz szerokie możliwości regulacyjne. Stąd też serwonapędy są nieodzownymi elementami budowy linii produkcyjnych oraz obrabiarek CNC. Nowoczesne urządzenia tego typu bazują na technologii bezszczotkowej z magnesami trwałymi na wirniku przy zasilaniu napięciem przemiennym.

 

Zdjęcie 2

Zdjęcie: Mutliprojekt

Ten rodzaj przemienników częstotliwości cechuje wiele zalet. Przede wszystkim należy zwrócić uwagę na zastosowanie pojedynczej osi w wąskiej obudowie a więc zyskuje się oszczędność miejsca w zabudowie. Jest możliwe przy tym odseparowanie radiatora, zatem chłodzenie urządzenia uwzględnia się na zewnątrz szafy rozdzielczej. W sposób bezpośredni podłączane jest sprzężenie zwrotne w postaci resolwera lub enkodera. Kluczową rolę odgrywa zintegrowany regulator kątowy i zazwyczaj polowo zorientowane sterowanie wektorowe dla silników asynchronicznych i synchronicznych. Z pewnością przyda się modulacja wektora oraz cyfrowa synchronizacja za pośrednictwem wyjścia częstotliwościowego. Oprócz tego warto zwrócić uwagę na wartość zadaną pozbawioną błędu offsetu i wzmocnienia oraz synchronizację prędkości i pozycji wirnika. Interesujące rozwiązanie stanowi konfiguracja aplikacji dla funkcji sterowania i sygnałów wejściowych/wyjściowych z obszerną biblioteką bloków funkcyjnych. Kluczowe miejsce zajmuje wysoki poziom elastyczności w dopasowaniu wewnętrznej struktury regulacji do zadań napędu. Istotny jest zintegrowany interfejs automatyzacji z możliwością łatwego rozbudowania funkcji regulacyjnych.

 

Zdjęcie 1

Zdjęcie: Mutliprojekt

Nowoczesne serwonapędy podczas diagnostyki wymagają wielopłaszczyznowego podejścia. Konieczne jest bowiem sprawdzenie właściwości elektrycznych oraz prawidłowości wymiany danych nie tylko pomiędzy sterownikami i urządzeniami wykonawczymi serwonapędów ale również pomiędzy sterownikami a urządzeniami nadrzędnymi.

W typowym serwonapędzie wyróżnić można trzy elementy. Jest to urządzenie wykonawcze (np. serwosilnik) oraz regulator lub sterownik, który odpowiada za realizowanie określonego algorytmu. Nie bez znaczenia pozostaje także element sprzężenia zwrotnego, przeznaczony do odczytu aktualnej pozycji silnika. W tym celu najczęściej zastosowanie znajduje enkoder, resolwer lub tachometr.

 

versamotion_002

Zdjęcie: ASTOR

W zależności od modelu i przeznaczenia silnika, prostownik może być zasilany napięciem jedno- lub trójfazowym. Stopień pośredni to kondensator oraz ewentualnie dławik. Falownik odpowiada za wytwarzanie napięcia wyjściowego.

 

Serwosilniki

Nowoczesne serwosilniki zazwyczaj bazują na technologii bezszczotkowej. Na rynku dostępne są również silniki o podwyższonej inercji. Modele tego typu mogą pracować przy maksymalnych napięciach zasilających 400/480 VAC lub 565/680 VDC. Najczęściej w standardowym wykonaniu sprzężenie bazuje na resolverze. W niektórych aplikacjach zastosowanie znajdują serwodyski, które cechują się zdecydowanie wyższymi przyspieszeniami w stosunku do tradycyjnych serwosilników.

 

servo-red-grouping

Zdjęcie: ASTOR

W wielu maszynach przemysłowych zastosowanie znajdują serwosilniki liniowe, których prędkość osiąga od 5 m/s na sekundę przy rozdzielczości 0,078 μm. Cewki w niektórych modelach silników liniowych bazują na laminowanym rdzeniu ferromagnetycznym o uzwojonych korpusach cewek. Są one wkładane do gniazd, które znajdują się na laminowanych rdzeniach ferromagnetycznych. Cały moduł cewki po montażu jest trwale zatapiany w żywicy diatermicznej. Tym sposobem zyskuje się odpowiednią sztywność konstrukcyjną. Ścieżka magnetyczna niektórych silników liniowych wykonana jest z rzędu magnesów, rozmieszczonych na jednej stronie niklowanej stalowej płyty nośnej. Pokrywy magnetyczne zazwyczaj wytwarzane ze stali nierdzewnej mają za zadanie zapewnienie ochrony magnesów przed przypadkowymi uszkodzeniami. Konstrukcja silników zapewnia również ochronę przed zakleszczeniem.

 

RX3i_motion

Zdjęcie: ASTOR

Jak zatem sprawdzać poprawność działania serwosilników? Podczas prac tego bardzo często korzysta się z dedykowanych programów testowych. Tym sposobem można sprawdzić napęd w całym zakresie jego obrotów wraz z określonym pozycjonowaniem. Mierzy się przy tym poziom napięć, które przewidziano na wejściu silnika. Nie mniej ważny pozostaje właściwy pobór prądu. Warto również przeprowadzić pomiar silnika pod kątem ewentualnych przebić.

 

Wymiana danych

Podczas czynności diagnostycznych serwonapędów należy zwrócić uwagę na prawidłową wymianę danych zgodnie z określonym standardem. W oferowanych na rynku zespołach serwonapędowych zazwyczaj uwzględnia się standardy komunikacyjne takie jak RS-232, RS-485, CANopen, Modbus oraz Profibus. Oprócz tego istotną rolę odgrywają wejścia oraz wyjścia cyfrowe i analogowe. Za standard stosowany w serwonapędach można uznać port szeregowy RS-232, który umożliwia bezpośrednią kontrolę pracy sterownika poprzez oprogramowanie przeznaczone na komputery PC. Przykładowo sterowniki serwonapędów przy użyciu interfejsu RS-232 mogą pracować w trybach: krok/kierunek (analogicznie do silników krokowych), kontroli prędkości, momentu, pozycji oraz dojazdu do zadanej pozycji krańcowej. W systemach automatyki nie obejdzie się również bez wymiany danych z uwzględnieniem standardów analogowych.

 

Multiprojekt

Zdjęcie: Mutliprojekt

 

O ile sprawdzenie transmisji cyfrowej odbywa się poprzez testy wysyłania odpowiednich rozkazów i ich przełożenia na konkretne działania to kontrola sygnałów analogowych zazwyczaj bazuje na pomiarze prądu lub napięcia pod kątem proporcjonalności do wartości określonych zadanych.

 

Sterowniki

Sterowniki odpowiedzialne w serwonapędach za nadzorowanie pracy silników stanowią inteligentne urządzenia a pomimo niewielkich rozmiarów osiągają znaczne moce wyjściowe. Bardziej zaawansowane modele sterowników łączą w sobie funkcjonalność kontrolera, sterownika wysokoprądowego oraz sterownika PLC. Niektóre modele wyposażone są w interfejs CANopen.

 

Bild3_Seilzuggeber_z1455

Zdjęcie: Kubler

 

Konstrukcja niektórych urządzeń przewiduje wymienny moduł komunikacyjny, który zapewnia wymianę danych z przemysłowymi magistralami komunikacyjnymi. Koniecznie trzeba sprawdzić wejścia sterowników współpracujące z czujnikami takimi jak enkodery inkrementalne, cyfrowe, liniowe czy też Halla. Ważne jest sprawdzenie zabezpieczeń, z których najważniejsze z nich to nadprądowe, zwarciowe, nadnapięciowe, termiczne i podnapięciowe.

 

Błędy

Nowoczesne serwonapędy za pomocą specjalnych kodów informują użytkownika o błędach w pracy systemu. I tak też w przypadku zgłoszenia błędu enkodera należy sprawdzić sygnały ABZ enkodera, przewód enkoderowy oraz sygnały UVW. W przypadku błędu zliczania enkodera koniecznie trzeba sprawdzić czy sygnał z enkodera nie jest zakłócany.

 

produkty_OEM

Zdjęcie: ASTOR

Jeżeli serwonapęd informuje o przekroczeniu temperatury ważne jest sprawdzenie, czy temperatura sterownika nie przekracza 75ºC. Niejednokrotnie zdarza się przekroczenie napięcia części mocy. W takiej sytuacji trzeba sprawdzić czy napięcie magistrali DC przekracza dozwolony zakres. Koniecznie pomiarowi trzeba poddać napięcie zasilające część mocy. W przypadku gdy ma ono zbyt małą wartość ważne jest sprawdzenie napięcia zasilającego część mocy. Jeżeli urządzenie zgłasza przekroczenie wartości prądu to trzeba sprawdzić urządzenie pod kątem uszkodzenia części mocy w sterowniku lub zwarcia pomiędzy fazami silnika.

 

Betais_001

Zdjęcie: ASTOR

Zdarzyć się mogą również błędy rezystora hamującego. Oprócz tego niejednokrotnie użytkownik jest informowany o zbyt niskim napięciu logiki sterującej. Odpowiedni błąd zostanie również zgłoszony w przypadku przekroczenia dopuszczalnego obciążenia silnika. Z kolei błąd częstotliwości może wynikać z faktu, że częstotliwość impulsów wejściowych przy sterowaniu impulsowym może przekraczać maksymalną dopuszczalną wartość. Istotną rolę odgrywają błędy komutacji, których przyczyną bardzo często jest uszkodzenie enkodera. Z kolei błędy pamięci EPROM mogą być powodowane jej uszkodzeniami.

 

Strojenie

Istotną rolę odgrywa sprawdzenie poprawności parametrów dotyczących silnik. I tak też ważny jest jego typ, wartości znamionowe napięcia i prądu oraz obroty, a także ilość par biegunów. Nie mniej ważna jest rezystancja i indukcyjność uzwojeń. Kluczowe miejsce zajmuje kierunek liczenia enkodera i ilość impulsów na obrót enkodera licząc wszystkie zbocza.

 

5868_5888_CAN

Zdjęcie: Kubler

 

Ważne jest sprawdzenie działania sygnałów sterujących ruchem. W nowoczesnych serwonapędach istotną rolę odgrywa funkcja automatycznego ustawiania parametrów PID. Należy jednak pamiętać, że z racji różnorodności silników i układów mechanicznych autostrojenie może nie zadziałać poprawnie dla każdego przypadku i konieczne będzie ręczny dobór parametrów PID.

 

Co na rynku?

W serwonapędach Mitsubishi MR-J4 przewidziano kompaktowy wzmacniacz 1-osiowy oraz 2/3-osiowy ze wspólną szyną DC. Istotną rolę odgrywają silniki liniowe o podwyższonej sprawności przy zachowaniu kompaktowych rozmiarów. Przydatne rozwiązanie stanowią zaawansowane funkcje tłumienia wibracji oraz podstawowe funkcje bezpieczeństwa w standardzie i rozszerzone możliwości dostępne w połączeniu ze sterownikiem ruchu. Warto podkreślić automatyczne dopasowanie wzmocnień napędu oraz automatyczne dopasowanie filtrów tłumienia wibracji. Nie mniej ważna jest diagnostyka prewencyjna pozwalająca na detekcję zużycia komponentów mechanicznych maszyny. Można przy tym monitorować zużytą energię. W urządzeniu przewidziano szybką sieć optyczną SSCNET III/H z minimalnym cyklem sieci 0,22 ms.

 

estun Zdjecie Multiprojekt

Zdjęcie: Mutliprojekt

 

Z oferty firmy Astor wybrać można między innymi serwonapędy PACMotion przeznaczone do budowy skomplikowanych maszyn wieloosiowych. PACMotion pozwala na obsługę nawet 40 osi, przy czym mogą one pracować w sposób zsynchronizowany. Pojedynczy moduł do pozycjonowania osi umożliwia dołączenie czterech osi, a ponadto ma tzw. wirtualną piątą oś, do której można synchronizować inne osie, a nawet osie obsługiwane przez inne moduły. Sterowanie serwonapędu oparte jest na specjalizowanym module, instalowanym w kontrolerze PACSystems RX3i. Programowanie serwonapędu odbywa się z wykorzystaniem liczb zapisanych w 64-bitowym formacie zmiennoprzecinkowym, co daje niezwykłą dokładność przy określaniu pozycji, współczynnika sprzężenia osi, planowaniu trajektorii i innych parametrów. Funkcja redukcji szarpnięć to kolejny atut rozwiązania PACMotion, zapewniający brak poślizgów, a także niekontrolowanego naprężania materiału i powstawania zawirowań w produktach ciekłych, przy oszczędzaniu mechanizmu maszyn.

 

OLYMPUS DIGITAL CAMERA

Zdjęcie: ASTOR

 

Firma B&R wprowadziła na rynek serwonapęd Acopos P3, który cechuje czas próbkowania sygnału na poziomie 50 µs w całej kaskadzie sterowników. Urządzenie jest oferowane w wersji jedno-, dwu- i trzyosiowej, a także w przedziale mocy od 0,6 do 24 kW (1,2 do 48) amperów.

Serwonapęd AD Hitachi cechuje zakres mocy mieszczący się pomiędzy 100 W a 7 000 W przy zakresie momentu znamionowego 0,32–33,4 Nm. Ważna jest przy tym znamionowa prędkość obrotowa 2000–3000 obr./min. Maksymalny moment wynosi do 380% znamionowego. Istotną rolę odgrywa wbudowany moduł sterowania cyklicznego z pamięcią 6kB i 100 punktami pozycjonowania, a także sterowanie prędkością i sterowanie momentem. Przydatne rozwiązanie stanowi praca w sieciach DeviceNet, SERCOS, ModBus oraz autotuning.

 

Autor: Sławomir Pietrzko

 

Artykuł pochodzi z czasopisma Główny Mechanik 3/2015

GM3 okladka do maila

 

Authors

Related posts

Góra
English