Сервосистема Accurax G5 — в сердце движения

Стремительное развитие микроэлектроники и полупроводниковой техники в конце прошлого века привело к тому высокому уровню совершенствования электроприводов, которое мы наблюдаем сейчас. Электроприводная техника является одним из стремительно развивающихся направлений промышленной автоматизации. Использование электроприводов позволяет снижать потребление электроэнергии при улучшении условий работы двигателей и механизмов, увеличивая таким образом срок службы оборудования при снижении затрат в целом. Область применения электроприводов весьма обширна — машиностроение, энергетика, горнодобывающая отрасль, химическая и нефтяная промышленности.

Рис. 1. Сервопривод и серводвигатель серии Accurax G5

Компания OMRON (Япония) — эксперт в области разработки и производства высокотехнологичных средств промышленной автоматизации. За более чем 70 лет существования на рынке специалистами этой фирмы была создана обширнейшая база научных данных и накоплен уникальный опыт решения прикладных задач различных уровней сложности в таких отраслях рынка, как машиностроение, пищевая и перерабатывающая промышленность, энергетика, металлургия и др.

 

Создание новой серии сервоприводов представляет собой непростую задачу, поскольку на данный момент уже существует широкий ряд функциональных, надежных и быстродействующих сервоприводов различных производителей, многие из которых завоевали признание станочников, упаковщиков и производителей другого оборудования. Однако благодаря внесенным изменениям и улучшениям новое семейство Accurax G5 (рис. 1, 2) уверенно занимает свою позицию в этом ряду. Рассмотрим особенности данной серии.

Рис. 2. Сервопривод серии Accurax G5

Элементная база

Улучшение элементной базы сервоприводов включает в себя новые высокопроизводительные микропроцессоры и специализированные микросхемы цифровой обработки сигналов (MPU и ASIC). Благодаря этому удалось увеличить производительность контуров позиции, скорости и тока.

Полоса пропускания контура скорости составляет 2 кГц, что является лучшим показателем среди всех производимых в данное время сервоприводов. За счет этого время стабилизации сократилось до 0–2 мс, что позволяет использовать привод в динамичных применениях с очень коротким циклом. Кроме того, в контуре управления тока добавлена положительная обратная связь, то есть упреждающее воздействие по моменту.

Как правило, «узким» местом для сервоприводов являются конденсаторы и вентиляторы, поэтому надежности используемых в конструкции компонентов было уделено особое внимание. В Accurax G5 применяются конденсаторы с увеличенным сроком службы, а срок службы самих сервоприводов составляет 100 000 ч в тяжелых промышленных условиях. Однофазные сервоприводы до 1 кВт не имеют вентилятора, что делает их работу бесшумной.

Также были оптимизированы размеры сервопривода и добавлена возможность монтажа нескольких сервоприводов в одном шкафу «стенка к стенке», то есть без дополнительных воздушных зазоров. При этом не происходит снижение выходного тока, и место, занимаемое сервоприводами в шкафу управления, уменьшилось на 40%.

Функциональные возможности

Сервоприводы серии Accurax G5 могут работать в семи режимах управления:

• по положению;
• по скорости;
• по положению и по скорости;
• крутящим моментом;
• крутящим моментом и по положению;
• крутящим моментом и по скорости;
• полностью замкнутый контур.

Желаемый режим привода выбирается в соответствии с тем, как проектировщик видит работу системы в целом.

Сервоприводы выпускаются в исполнении с аналоговым/импульсным управлением и управлением по сети. В первом случае сервопривод получает задание в виде аналогового сигнала и/или импульсной последовательности. Состояние привода передается в систему управления с помощью сигналов аналогового мониторинга. Более современным способом управления является подключение сервоприводов и других исполнительных устройств по высокоскоростной сети. В этом случае лучше использовать сервоприводы G5 со встроенными портами сетей EtherCAT и ML-II.

Сервопривод имеет функции автонастройки в режиме реального времени, фильтра для подавления вибраций нагрузки, а также функции полосового заграждающего (режекторного) фильтра — автоматического и адаптивного. Это позволяет настроить сервопривод для разных типов систем точно и быстро.

Встроенный вход безопасности позволяет осуществить аварийный останов двигателя, как выбегом, так и контролируемым динамическим торможением. Эксплуатационная гибкость системы на базе Accurax G5 выше благодаря возможности независимой регистрации двух положений по одной оси, что актуально для оберточного узла упаковочных машин. Зная позицию ввода изделия и позицию метки на пленке, система может вносить в управление относительные поправки, что гарантирует высокую точность позиционирования и одновременно позволяет упростить конструкцию механизмов машины.

Accurax G5 имеет вход для подключения внешнего энкодерa, что позволяет реализовать управление с полностью замкнутым контуром в тех случаях, когда точность управления должна быть особенно высокой. Сигнал обратной связи от энкодера устранит ошибки, возникающие, например, из-за смещения материала или люфтов в механической системе.

Интуитивно понятное ПО для настройки сервосистемы

Параметрирование привода осуществляется с помощью программного обеспечения CX-Drive, а подключение — через USB-разъем, расположенный на лицевой панели привода. CX-Drive — это простой в использовании программный пакет от компании-производителя для конфигурирования, пуско-наладки и обслуживания сервоприводов и инверторов. Все его многочисленные функции, максимально упрощающие настройку и наладку сервоприводных систем, в полном объеме доступны и для Accurax G5. Отметим среди них следующие:

• мастер автонастройки;
• мониторинг и редактирование параметров;
• графики скорости и положения;
• функция быстрого преобразования Фурье;
• состояния входов/выходов и тревоги;
• протоколы данных в реальном времени.

Серводвигатели

Рис. 3. Серводвигатель Accurax G5

Серводвигатели Accurax G5 имеют степень защиты IP67 и вибропрочность 5G. Все подключения производятся с помощью разъемов. Это позволяет использовать Accurax G5 в самых суровых промышленных условиях.

В конструкции двигателей применены новые компактные энкодеры. Улучшенный процессор энкодера, снижающий нелинейные искажения, и использование 10-полюсной конструкции позволяют минимизировать пульсацию крутящего момента, что является очень важным при работе на низких частотах. Высокое разрешение (20 бит или 1 048 576 импульсов/оборот) обеспечивает высокую точность позиционирования.

Отдельно стоит упомянуть о запатентованной технологии PACK&CLAMP, примененной при создании серводвигателей данной серии (рис. 3). Пакет статора нового Accurax G5 состоит из модульных сегментов. Обычно главной проблемой при применении статора из цельных пластин является сложность плотной упаковки. В технологии PACK&CLAMP малые сегменты упаковываются (PACK) в один модуль, после чего зажимаются (CLAMP). Готовый модуль проходит технологическую операцию намотки и устанавливается в статор. Таким образом, данная технология позволяет существенно снизить потери в сердечнике двигателя.

Типоряд серводвигателей включает в себя модели с номинальной скоростью вращения 3000, 2000, 1500, 1000 об./мин. и номинальным моментом от 0,16 до 95,5 Нм.

Применение в станкостроении

Наличие входа для внешнего энкодера делает возможным управление в полностью замкнутом контуре. Сигнал от преобразователя линейных перемещений поступает на вход внешнего энкодера (рис. 4). Таким образом, сервопривод компенсирует люфты в шарико-винтовой передаче и редукторе.

Рис. 4. Применение сервосистемы Accurax G5 на приводе подачи

* * *

Сервосистемы Accurax G5 рассчитаны на 100 000 ч работы без технического обслуживания. Высокая надежность обеспечивает минимизацию расходов на ремонт и замену элементов сервосистемы. Обладая широкими функциональными возможностями, cервосистемы Accurax G5 находят широкое применение на многих промышленных предприятиях по всему миру — в упаковочных машинах, станках, полиграфическом оборудовании и т. д.

Технические характеристики сервосистемы Accurax G5

• частота пропускания 2 кГц;
• высокое разрешение, обеспеченное 20-битным энкодером;
• внешний вход энкодера для полной обратной связи;
• автонастройка в режиме реального времени;
• современные алгоритмы управления (функция подавления вибрации, упреждающее управление по моменту);
• пиковый момент — 300% номинального в течение 3 с и более, в зависимости от модели;
• степень защиты двигателей IP67 во всех моделях;
• сверхмалый вес и компактный размер двигателя;
• низкая погрешность скорости и момента благодаря низкой пульсации крутящего момента;
• программирование привода — встроенная функциональность позиционирования в аналоговых/импульсных моделях;
• соответствие безопасности ISO13849-1 PL-d.