Интернет-магазин ЗЕТЕК
г. Москва, Варшавское шоссе, д. 1, стр. 6
Часы работы: с 9-00 до 18-00

Сервопривод – это  исполнительное устройство в станках и других подобных механизмах. Его назначение - осуществлять прецизионные, быстродействующие перемещения исполнительного органа, а также  точное регулирование в широком диапазоне скорости или  момента. Электрический сервопривод – комплектное  устройство, состоящее из серводвигателя (синхронного или  шагового) и сервоусилителя (при использовании шагового двигателя, устройство, формируемое  силовое напряжение на этом двигателя,  называют драйвером шагового привода).

Сервоприводы обладают некоторыми характеристиками, значение и смысл которых представлены ниже.

Напряжение электропитания. Номинальное напряжение питания сервоусилителя должно совпадать с напряжением питающей силовой сети. Допустимое отклонения напряжения от номинального значения составляет ±10%. Снижение напряжения до  -15% не должно приводить к аварийной ситуации, однако  производитель не всегда гарантирует в этих условиях соответствие характеристик сервопривода заявленным значениям. Как правило, указывается количество фаз питающего напряжения – 1 или/и  3 фазы. Шаговый привод часто использует напряжение питания постоянного тока. Диапазон допустимых напряжений всегда указывается в характеристиках, задаваемых производителем оборудования.

Мощность. Это номинальная мощность на валу серводвигателя. К выходу сервоусилителя, как правило, можно подключать двигатели с мощностью от 30% до 100% от номинальной мощности этого сервоусилителя. В случае питания серводвигателя от сервоусилителя большей мощности требуется настройка в последнем уровня срабатывания защит  (по току и по скорости). Кроме того, номинальное напряжение двигателя должно соответствовать напряжению на выходе сервоусилителя.

Номинальный момент. Момент, который может развивать серводвигатель при номинальной скорости в длительном режиме работы. В шаговых приводах такая характеристика, как номинальный момент, как правило, отсутствует. Вместо неё шаговый двигатель характеризуется удерживающим моментом (синхронизирующий момент, holding torque).  Удерживающий момент – предельный момент в остановившемся состоянии, при котором шаговый двигатель перестает работать. Рабочий момент двигателя должен быть, по крайней мере, в 2 – 3 раза меньше значения удерживающего момента.

Номинальная скорость серводвигателя. Это скорость вращения ротора серводвигателя в об/мин при нагрузке, соответствующей номинальному вращающему моменту, на которой серводвигатель может работать неограниченно долго. Произведение номинального момента в [Н*м] и номинальной скорости, выраженное в [рад/сек], равно номинальной мощности привода в [Вт].

Максимальная скорость серводвигателя. Это максимально допустимая скорость серводвигателя. Допустимый момент нагрузки серводвигателя при этой скорости, меньше номинального, и, как правило, равен нулю.

Разрешение датчика обратной связи, тип датчика обратной связи. Серводвигатели снабжены энкодером, который передает информацию в сервоусилитель о скорости и положении вала двигателя. В зависимости от типа энкодера форма сигнала, поступающая в сервоусилитель по энкодерному кабелю, может иметь импульсный вид, либо передаваться в виде цифровых сообщений –  фреймов (фрагмент определённого формата для передачи по каналу последовательной связи). Энкодеры, имеющие разрешающую способность 17 bit на оборот и более, абсолютные или инкрементальные, используют последовательную передачу информации с помощью фреймов.
Энкодеры с разрешением 2500 имп/об (13 bit)  или 5000имп/об  -  инкрементальные, с импульсной формой передачи информации. После «учетверения» импульсов (подсчет не количества импульсов, а количества фронтов двух последовательностей выходных энкодерных сигналов), разрешающая способность инкрементальных энкодеров будет равна 10000 дискрет на оборот и 20000 дискрет на оборот соответственно.
Отдельно следует сказать об резольверах, которые формируют выходные сигналы в аналоговом «синусно-косинусном» виде. Сигналы обрабатываются сервоусилителем. Разрешающая способность  таких систем 16383 дискреты на оборот и более.
Обычный шаговый привод не имеет в своем составе датчика обратной связи – энкодера. В этом случае, когда  говорят о разрешающей способности шагового привода, имеют в виду дискрету перемещения вала двигателя, соответствующую подаче одного управляющего импульса на вход драйвера шагового привода. Эта дискрета зависит не только от типа двигателя, но и от коэффициента дробления шага драйвером шагового привода (так называемый режим микрошага).

Режим работы. Различают режимы:

• управления положением;
• регулирования скорости;
• регулирования вращающего момента;
• внутреннего управления положением;
• автономный режим работы (Stand-Alone) по управляющей программе, записанной пользователем в памяти сервоусилителя.

Режим управления положением. Управление положением производится с помощью управляющих командных импульсов, подаваемых на специальные входы сервоусилителя. Если управляющие сигналы дифференциальные (прямой и инверсные импульсные сигналы, формируемые специальной микросхемой контроллера верхнего уровня), то частота импульсов может быть значительно более высокой, по сравнению частотой передачи импульсов по несимметричным линиям. Формат импульсных командных сигналов может быть различный. Обычно используют форматы P/D (puls/dir, puls/sign) или A&B, реже  CW/CCW.

Электронный редуктор. В сервоусилителе можно установить «весовой» коэффициент управляющих командных  импульсов. Этот «весовой» коэффициент называется передаточным числом электронного редуктора. С помощью электронного редуктора возможно организовать синхронное по положению вращение двух сервоприводов («электронный вал»), где один из приводов будет выполнять функцию ведущего (master), а другой  - функцию ведомого (slave) привода. Пользователем отдельно устанавливаются числитель и знаменатель дроби передаточного числа электронного редуктора.

Режим регулирования скорости. Скорость задают двумя способами: с помощью аналогового сигнала (–10В…0…+10В), подаваемого на специальный вход сервоусилителя, или с помощью дискретных сигналов выбирают предустановленные скорости, величина которых предварительно записывается пользователем в памяти сервоусилителя. При аналоговом задании скорости знак напряжения аналогового сигнала определяет направление вращения вала серводвигателя, а модуль – величину скорости. В этом режиме допустимо изменять токоограничение, тем самым изменять значение максимального момента, который может развивать серводвигатель.

Режим регулирования момента. Момент задают с помощью аналогового сигнала (0…+10В), подаваемого на специальный вход сервоусилителя. В этом режиме допустимо изменять ограничение по максимальной скорости, которую может развивать серводвигатель. Назначение данного режима – создание вращающего момента на валу двигателя, который независимо от скорости вращения обеспечит, например, постоянное натяжение в системах намотки, или постоянное усилие прижатия в системах выборки люфта.

Режим внутреннего управления положением. В этом режиме привод может двигаться от точки к точке, используя информацию о положении этих точек, которая записана в памяти сервоусилителя. Предварительно заданных точек - до 16. Переход от одной точки к другой может быть либо автоматический с временной паузой, либо по изменению комбинации дискретных сигналов, либо по стробирующему импульсу. Режим внутреннего управления положением подразумевает в своём составе вспомогательный режим «выхода в ноль» (Homing) для задания начала координат в системе привода, например, при включении питания.

Автономный режим работы (Stand-Alone mode). Управление движением привода в этом режиме обеспечивает программа, составленная пользователем и зашитая в память сервоусилителя. Программа представляет собой текстовый файл, написанный на том или ином языке, как правило, высокого уровня. С помощью настроечного софта управляющая программа компилируется и записывается в память привода. Автономный режим работы поддерживается сервоприводами HIWIN.

Диапазон регулирования скорости – определяет верхний и нижний уровень задания частоты вращения вала двигателя в режиме регулирования скорости. Причем во всем диапазоне скоростей серводвигатель должен продолжать равномерно вращаться при изменении нагрузки на его вале. Для сервоприводов диапазон регулирования скорости величина безразмерная и обычно составляет от 1:1000 до 1:10000. Последнее значение соответствует более точным приводам.

Полоса пропускания – определяет быстродействие привода. Числено равна той частоте, при которой отклик на синусоидальное задающее воздействие по скорости уменьшается на 3 децибелы или фаза отклика   отстанет от фазы задания на величину 90°. Полоса пропускания современных сервоприводов составляет сотни герц.

Эмуляция энкодера. На специальных выходах сервоусилителя формируются сигналы имитирующие сигналы с выхода энкодера серводвигателя. Даже, если энкодер серводвигателя передает фреймы информации о положении вала, на выходах эмуляции формируется две последовательности, импульсов сдвинутых друг относительно друга. Коэффициент деления определяет «вес» импульса эмулятора энкодера. Коэффициент деления должен быть таким, чтобы частота импульсов не превышала бы некоторую предельно допустимую величину, определяемую аппаратной частью сервоусилителя. Выходные сигналы эмулятора могут передаваться в устройство ЧПУ или использоваться в качестве задающих в системе «электронный вал» для управления ведомым приводом.

Дискретные входы. Эти входы воспринимают 2-х уровневый электрический сигнал. Сигналы позволяют управлять сервоусилителем. По умолчанию дискретные входы воспринимают отсутствие сигнала, как неактивный уровень сигнала. Изменить это положение можно посредством программирования параметров сервоусилителя. С помощью этих входов можно: разрешить работу привода, остановить привод при наезде на выключатели ограничения перемещения, сбросить аварийное состояние привода, изменять коэффициенты обратной связи контуров положения и скорости, остановить привод, запустить режим «поиска нуля», определить точку срабатывания датчика нуля,  определить требуемое заданное положение или заданную скорость  из вариантов возможных, блокировать действие поступающих командных импульсов, обнулить ошибку позиционирования сервопривода, изменить режим работы привода и др.

Дискретные выходы. Это выходы, на которых возникают информационные сигналы о работе сервопривода.  Выходы формируют  2-х уровневый электрический сигнал. Первый уровень от 0 до 1,5В – это сигнал низкого уровня (LOW –сигнал). Второй уровень – сигнал высокого  импеданса. Сигналы  формируются транзисторами с открытым коллектором. Логику работы выходов можно изменить посредством программирования параметров сервоусилителя. С помощью этих выходов можно получить следующие сигналы: готовность привода к работе (отсутствие ошибок &подача питания), наличие аварии, достижение заданного положения, достижение заданной скорости, управление удерживающим тормозом серводвигателя, дублирование ноль-метки энкодера, недопустимо большая ошибка позиционирования, завершение режима «выхода в ноль» и др.

Температура окружающей среды. Это температура воздуха около сервоусилителя и серводвигателя. Если аппаратура установлена в шкаф, то это температура внутри шкафа.

Внутренние источники  питания. Это вспомогательные источники, позволяющие  обеспечить питанием внешние потенциометры, дискретные датчики (например, концевые выключатели).

Аналоговые выходы. Это  сигнальные выходы по напряжению. По этим сигналам можно судить о процессах, происходящих в приводе. Сигналы могут быть пропорциональны  скорости вращения и величине крутящего момента.

S-образная кривая разгона.  Возможность включения супер-плавного разгона двигателя до целевого значения скорости. Если линейный закон разгона-торможения позволяет обеспечить постоянное ускорение, то S-образная кривая предусматривает плавное нарастание величины ускорения до заданного уровня интенсивности разгона-торможения. То есть, сила разгоняющая нагрузку появляется не сразу, а нарастает постепенно.

Порт  RS485, протоколы цифровой связи. Позволяют объединить большое количество сервоусилителей  в систему приводов, управляющихся по двум проводам из единого центра – контроллера верхнего уровня. Через цифровую сеть можно оперативно менять заданные значения положения, скорости, момента. Управление по цифровой сети целесообразно также   при большом расстоянии междуустройством управления и самим приводом, когда не целесообразно тянуть жгут сигнальных проводов на это расстояние.

Степень защиты корпуса. Определяет защиту корпуса от проникновения внутрь твердых предметов, пыли, а также воды. Защита обозначается двумя цифрами после латинских букв IP.  Чем больше цифры, тем сильнее защита. Степень – IP20 говорит о том, что для защиты преобразователей требуется установка их в шкаф, оболочка последнего обеспечивает защиту приборов от пыли и  влаги.

Внешний и внутренний тормозной резистор. Серводвигатели, подключенные к силовому выходу сервоусилителя, не всегда потребляют электроэнергию. Возможны режимы, когда поток энергии идет от двигателя. Например, при торможении  инерционной нагрузки, при опускании груза и т.п.  В этом случае, поступающую в сервоусилитель энергию  надо куда-то  деть.  Встроенный тормозной транзисторный ключ, в нужный момент подключает к силовым внутренним цепям тормозной резистор (встроенный внутренний или внешний), он нагревается и «лишняя» энергия рассеивается в виде тепла.

Выбор сервопривода по номинальному моменту на вале двигателя.

В обычных применениях статический тормозной момент нагрузки не должен превышать  номинальный момент на вале серводвигателя. При учете динамических нагрузок следует помнить, что перегрузочная способность сервоусилителя  по току, а, следовательно, по моменту,   при таком применении составляет,  как правило, 300%. Кроме того, для стабильной работы привода с учетом непредвиденных обстоятельств желательно выбрать полутора- ,  двух кратный  коэффициент запаса по моменту. Для шагового привода необходимо учитывать соображения.

Выбор сервопривода по предельно возможной скорости движения нагрузки.

Скорость движения нагрузки (независимо от того, является ли это вращательным движением или поступательным) должна быть приведена к валу двигателя. Если требуемая скорость меньше, чем в два раза, чем номинальная скорость двигателя, то целесообразно рассмотреть вопрос об использовании дополнительного редуктора. При этом следует учитывать, что момент соответствующий номинальной загрузке двигателя увеличится на выходном вале редуктора пропорционально передаточному числу редуктора (примерно). Применение редуктора, как правило, приводит к снижению номинальной мощности привода и компенсации денежных потерь, затраченных на редуктор. Однако, редуктор это элемент, вносящий в кинематическую цепь механизма люфт и упругость. Последние  приводят к снижению точности и уменьшению быстродействия системы в целом. 

Выбор сервопривода по напряжению сети.

Напряжение на входе сервоусилителя – очень важная характеристика. Её нельзя изменить и использовать аппаратуру с номинальным  напряжением отличным от номинального напряжения сети. Более того, если сервоусилитель с номинальным напряжением 220В подключить к сети 380В, он неминуемо выйдет из строя и случай выхода из строя нельзя будет признать гарантийным. Количество фаз входного напряжения должно строго соответствовать данным паспортной табличке сервоусилителя. Как правило, сервоусилители до мощности 1…1.5 кВт предназначены для питания от однофазной сети 220В, большая мощность соответствует трехфазному  напряжению питания 380В. При подборе серводвигателей следует также обращать внимание на то напряжение, для которого предназначены эти двигатели. Несоответствие номинального напряжения двигателя номинальному напряжению сети  приведет либо к риску электрического пробоя обмоток, либо к невозможности достижения этим двигателем своей номинальной скорости.

Выбор сервопривода по условию возможности его работы в режиме внутреннего управления положением или в автономном режиме.

Встречаются применения сервоприводов, когда наличие режима внутреннего управления положением или режима, когда привод работает по внутренней управляющей программе, является обязательным условием его использования. Наличие такого режима в приводе разгружает работу контроллера верхнего уровня, делает такой приводной узел интеллектуальным, локальным и защищенным от помех  устройством. Связь с таким устройством обеспечивается только дискретными сигналами и/или периодически по цифровой сети для записи тех или иных  констант в память привода. Например, при изменении дистанции движения заготовки в пробивном прессе, отрезной машине и пр.

Сравнительные характеристики сервоприводов

 

Характеристики

Тип сервоусилителей

SERVOLINE

HIWIN

SPS

D1(D1N)

D2

 

Применения

Для приводов подач станков токарно-, фрезерно-расточной группы

шпиндели станков (ось «С»), лазерные станки, станки плазменной разки, подача в пробивных прессах, измерительные машины

Для линейных и моментных двигателей в прецизионных узлах и механизмах металлообрабатывающих станков, поворотных столах, лазерных станках, измерительных машинах, роботах-манипуляторах.

Для использования с роторными серводвигателями, в линейных координатных столах, для  лазерных станков, станков плазменной разки, подача в пробивных прессах, измерительные машины

Мощность, кВт

0.05 – 1.5

1.0 22.0

0.2 – 2.0

5,0

0.05– 1.0

2.0 – 4.0

Напряжениепитания

220В 1фаза

380В 3фазы

220В 1фаза

380В 3фазы (только для D1N)

220В 1фаза

220В 3фазы

24В постоянного тока,1.5А – питание цепей управления

Номинальный (максимальный) выходной ток  сервоусилителя, А (эфф. значение)

1.7(5.1) …   8(24)

3.2(9.6)  …   37(113)

2.1 (6.4)… 8.5 (25.5)

21 (63,6)

0.9(2.7)  … 5.1(15.3)

11(33)   … 22(66)

Номинальный момент, Н*м

0.16 – 140

 

 

0.16 – 19.1

Режим работы

1.Управления положением.

2.Регулирования скорости.

3.Регулирования вращающего момента.

4.Внутреннего управления положением.

1. Управления положением.

2. Регулирования скорости.

3. Регулирования вращающего момента.

4. Автономный режим работы (Stand-Alone)

 

Диапазон регулирования скорости

1:5000

Нет данных

Разрешение энкодера, тип энкодера

1. Инкрементальный энкодер, 5000 имп/об

2. 17-bit абсолютный энкодер.

3. 20-bit энкодер

4. Резольвер

1. Инкрементальный, частота импульсов до 5МГц

2. Аналоговый 1Vp-p (Sin/Cos). Частота циклов до 1МГц, интерполяция 65528 дискрет в цикле

3. Имеются входы для датчиков Холла, 120° коммутация

Для D1N (опционально):

1. Резольвер

2. BiSS-C

D2:  13-bit инкрементальный энкодер, 2500 имп/об)

 

D2T:  

 17-bit инкрементальный последовательный  энкодер;

 17-bit абсолютный энкодер.

Тип управления силовым контуром

ШИМ,  IGBT модули

Наличие тестового режима управления (без компьютера)

Да (режим JOG)

Нет

Режим управления положением

Мах.частота командных импульсов

Формат: P/D; CW/CCW ; A&B  

Форматы

P/D  CW/CCW

  Формат

      A&B  

 

D1:Мах.частота командных импульсов 2МГц (при A&B 8мега дискрет в сек)

D1N: Мах.частота командных импульсов 4МГц (при A&B 16мега дискрет в сек)

Мах.частота командных импульсов 4МГц (при A&B 16мега дискрет в сек)

4 МГц

1 МГц

Передаточное число электронного редуктора

Числитель: 1…3276765535  Знаменатель: 1…3276765535

Числитель: 1…32767  Знаменатель: 1… 32767

Числитель: 1…2147483647  Знаменатель: 1…2147483647

Режим регулирования скорости

Аналоговое задание:

 ±10 В, 10 kΩ

Аналоговое задание: ±10 В, 10 kΩ, 12 bit

8 предустановленных скоростей

Задание с помощью ШИМ-сигнала

Формат: S/D, CW/CCW, Частота:   Min. 36.5кГц, max. 100 кГц

Режим

регулирования крутящего момента

Аналоговое задание:

 ±10 В, 10 kΩ

Внутреннее задание момента

Аналоговое задание: ±10 В, 10 kΩ, 12 bit

Задание с помощью ШИМ-сигнала

Формат: S/D, CW/CCW Частота:   Min. 36.5кГц, max. 100 кГц

Режим внутреннего управления положением

16 предустановленных положений (дистанций).

Относительное и абсолютное движение.

Автоматический переход с паузой по времени, переход по синхроимпульсу, переход при изменении комбинации на дискретных входах.

Режим выхода в ноль.

Нет

Автономный режим работы по управляющей программе

Нет

Приводы обеспечивают управляемое движение по пользовательской программе, записанной в память сервоусилителя. Язык программирования – PDL.

Любое движение с учетом входных сигналов.

Интерфейсы

RS485 для связи с ПК

RS485,  Modbus (31 адрес)

CANOpen (127 адресов)

D1: 

RS232 (для связи с ПК)

D1N:

USB (для связи с ПК)

Опция: EtherCAT

USB (для связи с ПК)

Опции:

EtherCAT, Modbus, плата доп.вх./вых

Дополнительные возможности управления

Компенсация сухого трения

Коррекция переходных процессов помощью фильтра

Карта компенсации погрешностей позиционирования, интерполяция между точками коррекции.

16000 точек

5000 точек

Компенсация люфта.

Устранение вибраций –  коррекция ЛАЧХ с помощью фильтров

Компенсация сухого трения.

Температура окруж. среды

0°С…55°С

0°С…55°С (40°С…55°С - принудительное охлаждение)

Дискретныевходы

Программируемые, 8 (NPN)

D1:

12 входов (NPN, PNP), программируемые.

D1N:

10 (NPN, PNP) программируемые

2 входа системы безопасности

9 (NPN) (10 только для D2T)

программируемые

         Аналоговыевходы

2 (±10В) для задания скорости и  момента

1 вход(±10В)

1 вход(±10В) 

Внутренний источникпитания внешней нагрузки

 

5В, 24В

D1 - 5В

D1N - нет

нет

Транзисторныевыходы

4 (NPN, 30В, 50мА)

 

D1: 3 (NPN), 40В, 300мА программируемые.

1(40В, 0.3 А) для тормоза

D1N:

3 (ОК, ОЭ), 24В программируемые.

1 (ОК, ОЭ), 24В сигнал системы безопасности

1(40В, 1 А) для тормоза

4 (ОК, ОЭ), 24В, (5 только для D2T)

Эмулятор энкодера

3 выхода с линейным драйвером, 

не более 1 МГц (4 мега дискрет в сек)

D1: 3 выхода с линейным драйвером, RS422

18 мега дискрет в сек

D1N: 3 выхода с линейным драйвером, RS422,

1 спец.выход (ОК, 40В, 0.6А) для дублирования ноль-метки

18 мега дискрет в сек

3 выхода с линейным драйвером, RS422,

1 спец.выход (ОК, 40В, 0.6А) для дублирования ноль-метки

18 мега дискрет в сек

(9 мега дискрет в сек только для 2 кВт и более)

       Релейныйвыход

нет

       Аналоговыевыходы

         1 выход (0 – 10В)

нет

нет

S-образная кривая разгона

есть

есть

есть

Степень защиты корпуса

IP20

IP20

IP20

Тормознойрезистор

Встроенный до  7.5 кВт, свыше 11 кВт только внешний

Внешний

Внутренний (только для D1N 220В

Внешний

Панель управления

Встроенная, с дисплеем и кнопками

Инструкция

На русском

Инструкция по настройке привода на русском (кроме D1N)

Тех.поддержка

На русском

 

ООО "ЗЕТЕК" 2017. Все права защищены.

Сайт компании www.zetek.ru