Сервопривод - электропривод с обратной связью

Что такое сервопривод

Сервопривод - это система привода, которая в широком диапазоне регулирования скорости обеспечивает динамичные, высокоточные процессы и обеспечивает хорошую их повторяемость. Это система, предназначенная для отработки момента, скорости и позиции с заданной точностью и динамикой. Классический сервопривод состоит из двигателя, датчика позиции и системы управления, имеющей три контура регулирования (по позиции, скорости и току).

Слово «серво» произошло от латинского слова «servus», что переводится как слуга, раб, помощник. В машиностроительных отраслях они были преимущественно вспомогательными приводами (приводы подач в станках, приводы роботов и т.п.). Однако сегодня ситуация изменилась, теперь и главные приводы реализуются с использованием сервотехники.

В настоящее время, сервоприводы применяются там, где недостаточно точности регулирования обычных общепромышленных преобразователей частоты. Применение высококачественных сервоприводов необходимо в высокопроизводительном оборудовании, где главным критерием является производительность. Сервоприводами оснащаются прецизионные системы поддержания скорости и позиционирования промышленных роботов и высокоточных станков. Сервоприводы также устанавливаются на координатно-сверлильных станках, на различных технологических транспортных системах, на различных вспомогательных механизмах и др. В приводах подач современных станков с ЧПУ обеспечивающих перемещения рабочих органов станка, на сегодняшний день применяются в основном шаговые двигатели, либо сервоприводы.

Универсальный сервопривод

Универсальный сервопривод характеризуется богатым набором функций, возможностью управления серводвигателями различного типа (как синхронными, так и асинхронными), возможностью работы с различными датчиками обратной связи, а также наличием ряда опций и расширений. Рассмотрим универсальный Сервопривод на примере KEB F5-Multi (Германия) и Control Techniques Unidrive SP.(Англия)

Сервопривод на базе KEB F5-Multi

Контроллер элеткропривода с контуром обратной связи для синхронных и асинхронных двигателей. Специально разработан для для работы в замкнутом контуре, возможны ращличные варианты обратной связи с:

• резольвером

• энкодером

• Sin-Cos датчиком положения

• абсолютным датчиком положения

• EnDat, Hiperface или тахогенератором

Основные возможности и характеристики:

• широкий диапазон мощностей

• напряжение питания 220 или 380 В

• возможно питание постоянным током

• бессенсорное управление двигателем

• гальванически развязанные аналоговые и цифровые входы/выходы

• релейные и транзисторные программируемые выходы

Возможна реализация концепции децентрализованного управления системой приводов, благодаря наличию:

• регулирования скорости вращения и вращающего момента

• управления позиционированием

• режимов согласованного вращения

- кулачковых переключателей

- электронного кулачкового диска

- одноосевого позиционирования

- позиционирования поворотного стола

Все привода поддерживают последовательные интерфейсы Profibus, CAN, Sercos, InterBus, DeviceNet, Modbus, Ethernet, Ethercat, Powerlink, Profinet и KEB-HSP5 / DIN 66019-II.

Сервопривод на базе Control Techniques Unidrive SP

Существует множество областей применения cервоприводов, с различными требованиями по управлению и электропитанию. Благодаря постоянно расширяющейся линейке, Unidrive SP в полной мере удовлетворяет этим требованиям. Сервопривод Unidrive SP заслуженно считается эталоном с точки зрения универсальности и гибкости.

Характеристики cервоприводов Unidrive SP:

• различные режимы управления: управление полем ротора, векторное управление в замкнутом и разомкнутом контурах, серворежим, вольт-частотное управление с компенсацией скольжения и форсировкой по напряжению.

• высокая надежность, благодаря уникальной конструкции, когда особое внимание уделяется термостойкости и механической прочности

• режим активного выпрямления для рекуперации энергии в сеть

• исключение внешнего ПЛК за счет использования наращиваемого внутреннего контроллера и дополнительных модулей

• поддержка все распространенных сетевых протоколов

• широкий диапазон напряжений 200-240 В, 380-480 В, 500-575 В, 500-690 В

• встроенные тормозные транзисторы

• встраиваемые тормозные резисторы

• встроенный и внешние ЭМС фильтры

• функция защитного отключения

• программная настройка на соответствующий датчик обратной связи без аппаратных изменений

• работа от маломощных источников постоянного тока

• широкий набор аналоговых и цифровых модулей ввода/вывода

Все это делает Unidrive SP идеальным привод для решения задач по намотке, резке, синхронизации, разделению нагрузок, позиционированию, поддержанию момента и скорости.

Исполнительный и специальный Сервопривод

Исполнительный сервоприод работает под управлением контроллера движения, имеет ограниченный набор функций и настроек, прост в работе. В следствии этого исполнительный сервоприод является более экономичным. Рассмотрим исполнительные cервоприводы на примере синхронных cервоприводов Mecapion.

Исполнительный сервопривод Mecapion

Синхронные Сервоприводы Mecapion (ex. Metronix) – базовый продукт для системных решений в области промышленной автоматизации давно знакомый российским потребителям.

Основные особенности cервоприводов Metronix

• диапазон мощностей от 0,03 до 11 кВт

• встроенный комплект рекуператора, позволяющий возвращать энергию в сеть, и встроенный ключ сброса энергии при динамических торможениях

• тестовый режим работы преобразователей частоты

• функции устранения вибраций при вращении двигателя и его останове позволяют исключить работу преобразователя частоты в колебательном режиме как при наладке, так и в эксплуатации

• возможность использования как относительных, так и абсолютных инкрементальных датчиков положения

• выбор режима работы системы управления – управление по скорости или по моменту

• наличие расширенного пакета программного обеспечения позволяет легко и быстро менять функции преобразователя частоты и решать на его базе различные технические задачи (в т. ч. по реализации управления приводами подачи)

• наличие в линейке продукции Metronix двигателей с полым валом позволяет исключить из кинематической схемы промежуточное устройство – соединительную муфту

• программируемые выходы позволяют строить системы с высокой степенью защиты от различных нештатных ситуаций и с максимальной информативностью для оператора

Mecapion VS

Серия VS – стандартная общепромышленная, реализует управление по скорости, моменту (±10 В) и положению (step/dir).

Преобразователи частоты серии VS могут работать в следующих режимах:

• управление позицией при использовании внешнего контроллера, задающего последовательность импульсов.

• управление скоростью по аналоговому входу или дискретным входам.

• управление моментом по аналоговому входу в режиме ограничения максимального момента.

• управление скоростью/позицией.

• управление скоростью/моментом.

• управление позицией/моментом.

Mecapion VP

Специальная серия VP предназначена для выполнения специальных задач:

• линейно-координатное позиционирование с возможностью выбора до 64 позиций шестью дискретными входами (VP1), типичная сфера применения – обеспечение линейного перемещения в системах с трансмиссией на ШВП

• угловое позиционирование с возможностью выбора до 32 позиций пятью дискретными входами (VP2), типичная сфера применения – поворотные столы, роторные конвейерные линии, устройства автоматической смены инструмента и т. п.

• позиционирование с использованием подачи дотягивания (VP3), типичная сфера применения – упаковочные машины, всевозможные виды подающих устройств с позиционированием как по сигналу с энкодера на валу двигателя, так и по по метке внешнего дискретного датчика

• программируемое пошаговое позиционирование с возможностью выбора до 8 программ тремя дискретными входами (VP5), каждая программа может иметь до 100 шагов (позиций), сохраняемых в памяти преобразователя частоты

• для связи преобразователя частоты VS и персонального (промышленного) компьютера используется встроенный СОМ-порт, при необходимости через конвертор RS232/RS485 преобразователи частоты можно объединить в сеть

Интегрированный Сервопривод

Главной отличительной чертой, а так же подавляющим преимуществом, интегрированного cервопривода является заключение двигателя, контроллера, датчика обратной связи и преобразователя частоты в едином корпусе. Что сводит к минимуму монтажные операции, упрощает подключение и настройку, сокращает время на отладочные работы, значительно экономит место, а так же положительно сказывается на стоимости cервопривода.

На российском рынке уже успели себя отлично себя проявить и зарекомендовать отечественные интегрированные шаговые cервоприводы СПШ.

СПШ – это высокопроизводительный cервопривод на основе шагового двигателя с векторным управлением по скорости и моменту. Данный cервопривод представляет собой уникальную разработку специалистов компании «Сервотехника» и предназначен для максимально широкого применения в машиностроении и других отраслях.

СПШ превосходит большинство иностранных аналогов по техническим характеристикам и функциональным возможностям. При этом он выгодно отличается от них по цене. Российских аналогов cервопривод СПШ не имеет.

Конструктивно cервопривод СПШ можно разделить на следующие основные блоки:

• гибридный шаговый двигатель с габаритами NEMA 23 и 34

• преобразователь частоты на основе высокопроизводительного DSP процессора

• блок управления (сервоконтроллер и программируемый логический контроллер в одном корпусе)

• датчик позиции вала мотора

Преимущества cервопривода СПШ

• бесшаговое (векторное) управление на основе адаптированного для шаговых двигателей алгоритма

• высокие динамические показатели за счет использования замкнутых контуров регулирования токов в обмотках двигателя

• использование замкнутых контуров скорости

• низкая вибрация за счет динамически регулируемого усилия

• продуманная конструкция и простой монтаж

• компактные размеры и небольшая масса

Режимы работы cервопривода СПШ

Динамический – управляющий сигнал от контроллера верхнего уровня передается через цифровой интерфейс в режиме реального времени. Динамический режим используется в системах, требующих контурного управления (например, в манипуляторах со сложной кинематикой и координатных столах для точного позиционирования).

Аналоговый – управление по скорости сигналом ±10 В. Данный режим позволяет использовать привод для модернизации оборудования с аналоговыми системами управления или для управления вручную (например, с помощью штурвала).

Циклический – выполнение запрограммированных контроллером верхнего уровня и сохраненных в памяти привода циклических операций. В ряде случаев это позволяет исключить внешний контроллер верхнего уровня или СЧПУ. Циклический режим используется, например, на конвейерах и в несложных сборочных операциях.

Сетевой – данный режим позволяет пользователю строить распределённые сервосистемы на основе цифрового интерфейса CAN, реализовывать синхронное или последовательное перемещение нескольких осей. В этом случае также возможно использование режима «master-slave», в котором ведомый привод работает в режиме повторителя положения вала ведущего.

Сервопривод СПШ поддерживает и интерфейс Step/Dir, с помощью которого задается текущее положение вала двигателя.