Клієнти вимагають зменшення обсягу технічного обслуговування та розмірів обладнання, а також швидшої пропускної здатності та налаштування машин. Щоб задовольнити ці вимоги, виробники обладнання обирають сервокерований рух замість механічних компонентів.

Керування рухом визначає можливості та обмеження машини. Тому, щоб максимізувати її пропускну здатність та гнучкість, а також зменшити обсяг технічного обслуговування, часто необхідно вдосконалювати спосіб керування рухом у цій машині. Більшість причин переходу від традиційних конструкцій та пристроїв керування до сервокерування полягають у отриманні однієї або кількох із цих переваг:

• Збільшення пропускної здатності. Серводвигуни забезпечують високі коефіцієнти прискорення та швидкості.
• Підвищення точності. Сервоприводи можуть забезпечити високу точність, необхідну для обробки швидко рухомої деталі.
• Підвищена гнучкість. Сервоприводи пропонують електронні версії традиційно механічних компонентів. Наприклад, електронні профілі кулачків можна змінювати майже миттєво. Програмовані профілі руху можна підлаштовувати під різні розміри та конфігурацію виробу. Електронні «передавальні» числа можуть змінюватися для адаптації до різних швидкостей машини. Також завдяки електронному редуктору двигуни можна розміщувати будь-де, зручно для застосування, оскільки це усуває потребу в довгих валах, шестернях та ременях.

Крім того, один електричний «лінійний вал» може бути з'єднаний з майже необмеженою кількістю осей. Для машин з кількома конфігураціями це означає, що додаткові осі руху не потребують додаткових механічних зв'язків.

Сервоприводи також додають гнучкості завдяки збільшенню обсягу доступної інформації. Наприклад, багато сервоконтролерів зберігають історію несправностей та помилок, що допомагає у вирішенні проблем. Більшість сервосистем також можуть відображати діаграми у стилі осцилографа для аналізу продуктивності. • Зменшення обсягу технічного обслуговування. Сервоприводи допомагають зменшити кількість механічних деталей у машині. Електронні шестерні замінюють ремені. Електронні кулачки не піддаються зносу. Електронні кінцеві вимикачі не потребують періодичного налаштування або заміни.

Сервоприводи вимагають певного обсягу навчання та досвіду. Якщо ви новачок у сервокеруванні, будьте готові витратити деякий час на вибір та застосування своєї першої системи. (Примітка щодо термінології сервоприводів: слово «контролер» має кілька застосувань. Система аборухконтролер зазвичай запускає програму, яка керує рухом;двигунконтролер керує однимдвигунЩоб уникнути плутанини, ми називатимемо контролери двигунів приводами).

Визначення розміру та вибору програми

Вибір та визначення розмірів компонентів сервоприводів може здатися складним через кількість компонентів: двигунів, приводів, контролера та можливості використання промислового ПК або ПЛК. Якщо у вас є досвід роботи в галузі механіки, це може бути лякаючим. На щастя, компанії — постачальники компонентів та інтегратори систем керування — упаковують ці компоненти разом, а також пропонують допомогу в застосуванні. Незалежно від того, чи робите ви це самостійно, чи купуєте комплект, основний процес такий:

Спочатку виберіть двигунПочніть вибір двигуна з визначення його форми. Найпоширенішими є двигуни з великим співвідношенням сторін (довгі з малим діаметром). Вони можуть бути квадратними або круглими, і вони забезпечують відмінне співвідношення ціни та якості та продуктивності. Дискові двигуни (короткі з великим діаметром) підходять для важкодоступних місць і забезпечують високе прискорення завдяки своїм малоінерційним роторам. Обидва ці двигуни доступні в герметичному та негерметичному варіантах.

Безрамні або інтегральні двигуни розділяють ротор і статор для інтеграції в машину. Ці двигуни забезпечують компактну конструкцію та покращують роботу з прямим приводом, підвищуючи точність і зменшуючи вібрацію.

Лінійні двигуни, які замінюють стандартний роторний двигун та пов'язані з ним приводні механізми, безпосередньо створюють лінійний рух. Вони можуть одночасно збільшити пропускну здатність і точність у кілька разів.

Вибір розміру двигунаРозмір двигуна базується, головним чином, на крутному моменті: піковому та постійному. Вибір розміру двигунів може бути складним, і помилки можуть не виявлятися до кінця циклу розробки. Оскільки на цьому етапі розмір двигуна може бути важко збільшити, доцільно враховувати запас у своїх розрахунках. Якщо ви новачок у цьому процесі, вам, ймовірно, варто покладатися на інженерів-застосовувачів у компаніях-виробниках двигунів.

Виберіть відгукНайпоширенішими пристроями зворотного зв'язку є енкодери та резольвери. Енкодери – це оптичні пристрої, які генерують послідовність імпульсів. Кількість імпульсів пропорційна кутовому переміщенню. Вони забезпечують високу точність, особливо за високої роздільної здатності. Резольвери – це електромеханічні пристрої, які визначають абсолютне положення в межах одного оберту двигуна та відомі своєю міцністю. Виберіть той, який найкраще відповідає вашому застосуванню.

Після вибору типів датчиків зворотного зв'язку вам потрібно вибрати їх роздільну здатність. Зазвичай, енкодер на 1000 ліній або, що еквівалентно, 12-бітний резольвер забезпечать достатню роздільну здатність. Обидва видають близько 4000 різних положень за оберт, що еквівалентно роздільній здатності приблизно 0,1 градуса. Однак, якщо для вашої програми потрібна вища роздільна здатність, вам слід правильно вибрати датчик. Одне застереження: розрізняйте роздільну здатність і точність. Багато сервоприводів пропонують вибір роздільної здатності для зворотного зв'язку резольвера; однак точність (зазвичай від 10 до 40 кутових хвилин) може не змінюватися.

Виберіть дискПодумайте, чи потрібен вам модульний (окремий) блок живлення, чи інтегрований у привід. З трьома або більше приводами одного сімейства, розташованими поруч, модульні блоки живлення добре підходять. З однією віссю зазвичай краще підходять інтегровані блоки живлення. З двома осями обидва рішення приблизно однакові.

Якщо ви плануєте розмістити диск у корпусі, пам’ятайте, що розміри дисків значно різняться та можуть впливати на загальний розмір обладнання. Залежно від розміру корпусу, вам також може знадобитися дослідити різні варіанти охолодження.

Синусоїдальна комутація проти шестиступінчастої

Форма хвилі потужності від приводу до двигуна для безщіткових серводвигунів, як правило, надходить двома способами: шестиступінчастою та синусоїдальною. У синусоїді форма хвилі струму, що генерується приводом, створює струм, який наближається до синусоїди. Це забезпечує плавніший крутний момент і менше нагрівання. Шестиступінчастий метод створює шестисегментну прямокутну хвилю за допомогою простої електроніки. Хоча шестиступінчастий метод є нижчим за вартість, він має нерівну роботу на низьких швидкостях.

Гнучкість налаштуванняНалаштування, процес вибору коефіцієнтів підсилення в петлях зворотного зв'язку, необхідний для високої продуктивності та підтримки стабільної роботи. У минулому налаштування було радше мистецтвом, ніж наукою. Зараз сучасні сервоприводи надають безліч інструментів, що допомагають конструкторам машин. Автоматичне налаштування (або самоналаштування), процес, під час якого привід збуджує механічну систему та генерує набір коефіцієнтів підсилення в петлях, є майже стандартом. Більшість приводів налаштовуються з цифровими коефіцієнтами підсилення, тому вам не знадобиться паяльник або підстроювач (невелика викрутка). Вам можуть знадобитися більш складні методи лише зрідка, але їх наявність надає більше можливостей.

Аналогові приводи можуть бути дешевшими, але вам може знадобитися налаштувати контури, регулюючи потенціометри або змінюючи пасивні компоненти. Яким би не був ваш вибір, налаштування є частиною кривої навчання та вимагає певного вивчення та експериментів.

Комунікація з приводу керуванняБагато приводів використовують аналоговий сигнал для передачі команд швидкості та крутного моменту. Однак цифровий зв'язок набирає популярності, оскільки він зменшує кількість комунікаційних проводів та підвищує гнучкість системи. Багато приводів сумісні з такими мережами, як DeviceNet, Profibus та новою мережею, спеціально розробленою для керування рухом, під назвою Sercos.

НапругаМайте на увазі, що живлення 110 В змінного струму може бути важко знайти на заводському цеху. У Європі популярне живлення 460 В змінного струму; використання приводів на 230 В змінного струму за кордоном може вимагати трансформатора в машинах. На жаль, приводи на 460 В змінного струму можуть бути дорогими. Компромісом є універсальне джерело живлення, яке використовує силові напівпровідники для перетворення рівнів напруги. Для систем з модульними джерелами живлення одне універсальне джерело живлення може використовувати будь-яку напругу від 230 до 480 В змінного струму для живлення кількох осей на 230 В змінного струму.

Останній момент, який слід врахувати: використання лише невеликої кількості сімейств приводів на машині спрощує список запасних частин.

Виберіть контролер

Вибираючи контролер, оберіть одноосьовий або багатоосьовий. Одноосьові контролери поєднують контролер руху, привід і часто блок живлення, інтегровані в один корпус. В одно- або двоосьових системах ці контролери можуть зменшити вартість, розмір, кількість проводів і складність системи.

Багатоосьові контролери зазвичай краще підходять для складніших систем. По-перше, вони зазвичай знижують вартість, особливо зі збільшенням кількості осей. По-друге, вони зменшують складність системи, оскільки одна програма може керувати всім рухом. Ці контролери руху також забезпечують більшу гнучкість синхронізації, оскільки вони зазвичай дозволяють будь-якій осі зв'язуватися з будь-якою іншою віссю, і вони дозволяють змінювати це зв'язування під час виконання програми.

Після вибору контролера вам потрібно буде вибрати конфігурацію «блочна» або «плата». Блокова конфігурація — це корпусний контролер, здатний працювати автономно. Платові контролери підключаються до промислових комп’ютерів. Якщо у вас вже є промисловий комп’ютер на верстаті, сумісна плата може знизити вартість та покращити інтеграцію системи керування та верстату. Якщо ви не плануєте використовувати промисловий комп’ютер, блоковий контролер зазвичай легше додати.

Оцініть набір функцій

Нарешті, оцініть функції контролера. Розгляньте функції, розглянуті досі: зубчасте перемикання, кулачковий перемикач, високошвидкісна реєстрація та програмовані кінцеві вимикачі. Більшість контролерів пропонують ці функції в тій чи іншій формі, але специфіку необхідно порівнювати з потребами вашого застосування. Чи потрібно змінювати передавальні числа під час роботи? Чи потрібно змінювати профілі кулачків на льоту? Яка точність реєстрації вам потрібна? Чи потрібна зміна швидкості або цільового положення під час роботи? Чи підтримує контролер достатню кількість осей для цього застосування? Чи підійде він для майбутніх версій вашого верстата?

Робота з витратами

Вартість сервокомпонентів часто вища, ніж вартість механічних компонентів, які вони замінюють. Однак деякі важливі фактори пом'якшують цю вищу вартість. Наприклад, усунення складних механічних пристроїв може зменшити загальну вартість та розмір машини, що може збільшити цінність системи. Сервоконтролер часто замінює ПЛК; у цьому випадку вся вартість переходу на сервоприводи може бути компенсована. Додаткова гнучкість може зменшити кількість моделей машин або процесів, необхідних для виробництва лінійки машин, тим самим знижуючи виробничі витрати.

Загальні міркування

Окрім функцій руху, є й інші питання, які слід поставити. Чи здатна мова підтримувати ваші процеси? Чи вона настільки складна, що вам доведеться витрачати забагато часу на її вивчення? Чи підтримує продукт багатозадачність? Багатозадачність, техніка, яка дозволяє писати різні програми для різних процесів, спрощує програмування складних машин.

На всі ці питання може бути важко відповісти, особливо якщо ви новачок у сфері електронного керування рухом. Більшість компаній, що пропонують контролери, добре їх підтримують. Під час процесу вибору ставте багато запитань. Це не тільки допоможе вам оцінити продукт, але й оцінити підтримку. Нарешті, врахуйте майбутнє розвитку вашої компанії. Виберіть постачальників, які можуть надавати продукти та підтримку зараз і в найближчі роки.