На відміну від того, що ми зазвичай думаємо, сервопривід – це не щось одне, а комплекс пристроїв, які складають систему керування рухом. До складу сервоприводу входять:
- ПЛК – відповідає за надсилання керуючих сигналів,
- Сервоконтролер – відповідає за безпосередній зв’язок з приводом і його живлення,
- Серводвигун – виконавчий механізм, що перетворює отримані сигнали у відповідний рух.
Отже, сервопривод – це система, яка використовується в першу чергу для управління положенням і швидкістю, але також можливе управління крутним моментом. ПЛК тут є головним контролером, який забезпечує відповідне керування серводвигуном. Проміжним пристроєм між ПЛК і серводвигуном є сервоконтролер, який на основі керуючих сигналів розраховує відповідні параметри живлення серводвигуна (частота, фаза, полярність, значення струму) так, щоб профіль руху відповідав запрограмованому. Зв’язок з ПЛК відбувається через ModBus, CANopen або набагато швидший протокол EtherCAT. У зв’язку з промисловим середовищем експлуатації сервоприводів, відображення приводів піддається багатьом помилкам, викликаним зовнішніми факторами. Щоб зменшити їх, сервопривід працює зі зворотним зв’язком.
ПЛК
Функцію блоку управління виконує ПЛК. З контролерами Unitronics програмування руху було значно покращено. Різниця з іншими виробниками полягає, головним чином, у простоті програмування, оскільки підготовлено ряд функціональних блоків, які вимагають лише призначення відповідних параметрів для запуску руху з бажаним профілем. Конфігурація осей приводу, а також програмування управління виконується в єдиному середовищі UniLogic, а зв’язок з сервоконтролером може здійснюватися за допомогою ModBus, CANopen і швидкого галузевого протоколу EtherCAT. Керування сервоприводом може здійснюватися на вбудованому в ПЛК HMI (або віртуальному HMI) або віддалено за допомогою програмного забезпечення UniLogic.
Серводвигун
Найпоширеніші серводвигуни, що використовуються в промисловості, – це серводвигуни на основі безщіткового двигуна. Один компонент – це ротор, укладений в сильні постійні магніти, а інший компонент, статор, складається з ряду котушок, які приводять ротор в рух, подаючи живлення на котушки в правильному порядку. Рух ротора залежить від частоти, фази, полярності та величини струму, що подається на обмотки статора у відповідний момент часу.
Загалом, серводвигуни є альтернативою кроковим двигунам там, де важлива висока якість багатоосьового руху. Різниця полягає в способі керування переміщенням. У крокових двигунах використовується розімкнутий контур, що може призвести до втрати кроків (особливо при великому навантаженні) під час швидких прискорень або високих швидкостей. З цієї причини крокові двигуни мають нижчу ціну (простіший алгоритм керування). Однак високі промислові вимоги означають, що вони частіше використовуються в системах з низькими вимогами до точності та повторюваності переміщень, тоді як сервоприводи, незважаючи на їхню вищу вартість, ідеально підходять для цього завдання. Висока якість керування призводить до низьких виробничих втрат, а якість збірки означає меншу потребу в технічному обслуговуванні, що означає, що такі системи швидко амортизуються.
Сервоконтролер
Сервоконтролер виконує інструкції, отримані від головного контролера (в нашому випадку ПЛК), і контролює такі параметри сервоприводу, як крутний момент, швидкість або положення. Контроль вищезгаданих параметрів здійснюється на основі вхідних сигналів, що надходять на сервоконтролер, замкнутого контуру зворотного зв’язку, реалізованого енкодером і самим двигуном. На основі цього сервоконтролер подає відповідну кількість енергії на двигун протягом відповідного часового діапазону. Основне завдання пристрою схоже на завдання інвертора, але тут відбувається перетворення мережевого змінного струму (змінного струму з частотою 50 Гц) в змінний струм із заданою частотою. В цілому, функції сервоконтролера можна розділити на:
- Зв’язок з ПЛК,
- Зчитування зворотного зв’язку з енкодера для реалізації контуру зворотного зв’язку в реальному часі,
- Керування сигналами входу-виходу для систем безпеки.
Замкнутий контур зворотного зв’язку
Система управління, вбудована в сервоконтролер, контролює роботу двигуна на основі замкнутого контуру зворотного зв’язку. Поточне положення, швидкість або крутний момент серводвигуна є сигналом зворотного зв’язку, який порівнюється з сигналом керування, і обчислюється відхилення, що виникло. Це дозволяє точно позиціонувати і коригувати профіль обертального або лінійного руху, щоб зменшити відхилення, викликані, наприклад, інерцією механічних систем або об’єктів в системі руху. Зворотний зв’язок забезпечується енкодером, який виявляє зміни в кутовому положенні вала і передає інформацію сервоконтролеру. У режимі реального часу сервоконтролер виконує зміну параметрів так, щоб система відповідала бажаним вимогам.
Муфта контролює положення, швидкість і крутний момент незалежно. Промислове застосування не завжди вимагає використання всіх трьох контурів зворотного зв’язку. Деякі системи потребують лише контролю крутного моменту, для чого використовується тільки контур струму. В інших для контролю швидкості потрібні тільки контури струму і швидкості, але навіть в цьому випадку в більшості промислових застосувань сервоприводи використовуються для точного контролю швидкості, де повинні бути задіяні всі три контури зворотного зв’язку.
Енкодери
Найважливішою відмінністю конструкції серводвигуна від інших приводних пристроїв є вбудований енкодер. Він дозволяє реалізувати високошвидкісну і високоточну роботу, генеруючи сигнали зворотного зв’язку. У деяких випадках енкодер є окремим пристроєм (не вбудованим в серводвигун). В цьому випадку енкодер використовується як додатковий компонент, який дозволяє зчитувати важливі для системи зовнішні параметри. Енкодери можна розділити на два типи: інкрементні (20-розрядні) та абсолютні (23-розрядні). Основна відмінність полягає в тому, що абсолютний енкодер вимірює абсолютне положення серводвигуна, так що навіть при втраті живлення позиція запам’ятовується. Інкрементні енкодери визначають відносне положення на основі підрахунку імпульсів під час руху. Роздільна здатність енкодера (20/23 біт) визначає, скільки різних положень можна розрізнити. У випадку абсолютного енкодера це цілих 8 388 608 позицій, які можна розрізнити.
Системи керування
Додаткові системи керування вбудовані в сервоконтролер, щоб якомога точніше відтворювати рух, необхідний користувачеві. Першою з них є функція Autotuning, яка відповідає за регулювання коефіцієнта підсилення серводвигуна в режимі реального часу, щоб нейтралізувати будь-які перешкоди, що виникають, наприклад, через моменти інерції об’єктів, які переміщуються. Іншу роль виконує система гасіння вібрації. Через використання серводвигунів у різних механічних системах кількість з’єднань між серводвигуном і кінцевим виконавчим механізмом може бути настільки великою, що знижується жорсткість всієї системи. У таких ситуаціях сервоконтролер, аналізуючи вібрації, що виникають в системі, здатний змінити робочі параметри сервоприводу таким чином, щоб не вплинути на характеристики руху, але значно зменшити вібрації, що виникають.
Крім автоматичних систем управління, користувач має можливість здійснювати ручне регулювання безпосередньо за допомогою контролера, а також віддалено за допомогою програмного забезпечення UniLogic. Інструменти діагностики дозволяють в режимі реального часу контролювати форму сигналу руху, а маніпуляції з коефіцієнтом посилення і жорсткістю дозволять нейтралізувати виникаючі збурення або перерегулювання по осі приводу, які негативно впливають на роботу двигуна і можуть призвести до зниження точності позиціонування. Також дізнайтесь про приймач XF Nano 50
Сервоприводи є ідеальним інструментом керування рухом у складних промислових умовах, що дозволяє точно контролювати положення, швидкість і крутний момент. Unitronics розробила інструменти для швидкої та легкої інтеграції сервоприводів в механічні системи, щоб за допомогою програмного забезпечення UniLogic ми могли конфігурувати привідні осі, діагностувати та налаштовувати їх роботу відповідно до наших вимог та програмувати різні профілі руху.
