Публикация пресс-релизов Поиск по компании
Решения, технологии, стандарты Рынок, отрасль, люди Основы
Отменить подписку Подписка
Производители Системные интеграторы Дистрибьюторы
Продукты месяца Поиск по категории Добавить продукт
Добавить мероприятие
Добавить вакансию Специалисты по АСУ ТП, КИП Специалисты по электротехнике, энергетике Главные инженеры, технологи, электрики Менеджеры по продажам, консультанты, другое
Технические требования Публикация статей Публикация пресс-релизов Media Kit 2014
 


 

Рынок, отрасль, люди - в интервью и репортажах Ua.Automation.com

Сервоприводы Festo. Мехатроника в действии

Сервоприводы Festo. Мехатроника в действии
Тенденции  современного информационного общества, стремительное развитие техники и сплетение различных областей знаний воедино дают мощный толчок для использования системного подхода в разработке средств автоматизации вообще и систем управления движением в частности. Таким системным подходом для FESTO является концепция Мехатроники, в рамках которой разработан оптимизированный набор компонентов (пневматических,  механических, электрических и электронных), программные средства для расчета и выбора элементов системы перемещения, а также для конфигурирования, настройки и программирования. Все механические, электрические и электронные интерфейсы стандартизованы, благодаря чему можно гибко подбирать состав системы перемещения под конкретную задачу. Базовые компоненты системы дополнены исчерпывающим набором опций и переходных элементов, что позволяет решать задачи построения мехатронных систем в комплексе.
 
Идеология линейки сервоприводов
 
При построении линейки сервоприводов, отвечающих за решение задач точного позиционирования, осуществления контурного перемещения мехатронной системы, Festo исходило из принципов построения целостной системы (концепция Мехатроники). В следствии этого формулировались и требования:
 
- быстрый, точный и оптимальный выбор элементов системы,
- идеальная стыковка сервоприводов с другими элементами системы (механикой и контроллерами управления),
- легкий и удобный ввод в эксплуатацию.
 
Для решения задачи выбора элементов был создан широкий ряд типоразмеров, обеспечивающих возможности механики (линейных и поворотных приводов), а также разработана простая и одновременно мощная программа расчета и подбора комплектов электромеханических приводов Positioning Drives.
 
Базовый комплект сервопривода составлен из электродвигателя, контроллера двигателя, силовых и энкодерных кабелей.  Электродвигатели дополнены планетарными редукторами и монтажными комплектами для соединения с механикой (линейными и поворотными приводами). Контроллеры двигателя разработаны по единому шаблону в части интерфейсов управления. Если система состоит из разного типа по природе и мощности двигателей, то для системы управления это не имеет значения, так как контроллеры двигателей управляются и настраиваются единообразно. 
 
Синхронные серводвигатели
 
Синхронные серводвигатели Festo серии EMMS-AS  с постоянными магнитами разработаны специально для решения высокоточных и высокодинамичных задач перемещения.
 
 
В настоящий момент линейка двигателей представлена в пяти размерах фланца: 40, 55, 70, 100 и 140 мм.  Диапазон номинальных крутящих моментов от 0,2 до 20 Нм, максимальный кратковременный – 48 Нм.
 
 
В качестве датчика обратной связи используется индуктивный абсолютный энкодер. В базовом оснащении – однооборотный с разрешением 16-бит. Может быть установлен и многооборотный абсолютный энкодер с разрешением по числу оборотов 12-бит, который позволяет отказаться от первоначального выхода привода в ноль. Энкодер имеет интерфейс EndDat для связи с контроллером двигателя. В качестве стандартной опции для каждого типоразмера двигателя предусмотрен стояночный тормоз на постоянных магнитах.
 
 
Для увеличения крутящего момента, а также для оптимизации режимов работы в ряде применений  серводвигатели оснащаются планетарными редукторами. Редукторы также представлены в пяти типоразмерах фланца от 40 до 160 мм (номинальный диаметр).
В случае использования серводвигателей в стандартной комбинации с механическим приводом Festo, предусмотрены монтажные комплекты, которые упрощают конструирование, монтаж и исключают возможные ошибки при стыковке разных элементов.
 
Степень защиты электродвигателей по разъемам – IP 67, по уплотнениям подшипников – IP 54. Выбору разъемов уделено особенное внимание. Для типоразмеров двигателей 40 и 55 выбрана специализированная компактная система коммутации, которая обеспечивает надежное электрическое соединение, а также степень защиты IP 67. Для типоразмеров с 70 по 140 используются металлические разъемы с резьбой для силового кабеля – М23, для энкодерного – М12. В силовом разъеме помимо трех контактов для обмоток двигателя и контакта заземления корпуса предусмотрены контакты питания стояночного тормоза и сигналов порогового датчика температуры.
 
Все серводвигатели комплектуются подготовленными к монтажу кабелями: силовым и энкодерным. Для исполнительных электродвигателей очень важны характеристики самого кабеля: радиус  и число  циклов изгиба, качество изоляции и экрана. Для серводвигателей Festo используются кабели высокого качества для робототехники, которые удовлетворяют всем указанным требованиям. Кабели могут быть выбраны стандартной  длины (5, 10 и 15 м) или произвольной под заказ.
 
Для серводвигателей могут быть использованы контроллеры двигателей: CMMS-AS, CMMD-AS и CMMP-AS.
 
Шаговые двигатели
 
Для решения задач точного и плавного позиционирования и перемещения в более простых применениях используются шаговые двигатели EMMS-ST. Шаговые двигатели Festo – это гибридные двигатели с двухфазной обмоткой. Данные двигатели имеют 200 физических шагов на оборот. EMMS-ST представлены в размерах фланца: 42, 57 и 87 мм. Имеют диапазон моментов удержания от 0,5 до 8,6 Нм.
 
 
В случае использования EMMS-ST  в более динамичных и ответственных применениях (постоянный режим старт/стоп, не допускающих пропуск шагов) предусмотрен специализированный режим управлениh (“ServoLite” – облегченный серво) и комплектация двигателя инкрементальным энкодером. Энкодер имеет 500 физических имп/об, а при учетверении (когда считаются все фронты и спады двух сигналов А и В) получаем 2000 дискрет на оборот.
 
При комплектации вертикальных механических приводов  без функции самоторможения (ШВП или зубчатый ремень) в качестве стандартной опции предусмотрен стояночный тормоз.
 
Степень защиты электродвигателей по разъемам – IP 67, по уплотнениям подшипников – IP 54. В качестве силовых используются разъемы типа D-SUB с дополнительными уплотнениями, а в качестве энкодерных – круглые разъемы с резьбой M8. Также как и для серводвигателей предусмотрены кабели для подключения к контроллерам двигателей, монтажные комплекты для механических приводов Festo и ряд планетарных редукторов.
 
Для шаговых двигателей используют контроллеры двигателей: CMMS-ST.
  
Контроллеры двигателей
 
Задачи, решаемые сервоприводами уже давно вышли за рамки простого позиционирования. Например,  высокодинамичные задачи многокоординатного перемещения и перекладки, задачи с непрерывным отслеживанием позиции или сложным профилем движения (электронный кулачок) все больше и больше востребованы. Новые контроллеры серводвигателей CMMS-AS со стандартным набором функций, CMMD-AS сдвоенный стандартный контроллер и CMMP-AS с расширенной функциональностью подходят для решения таких задач как нельзя лучше с их значительным набором функций.
 
 
        CMMS-ST                         CMMS-AS                       CMMD-AS                       CMMP-AS
 
C другой стороны, довольно большой объем более простых применений требует сокращения совокупной стоимости системы перемещения. Для такого рода задач идеальное решение новый контроллер шагового двигателя CMMS-ST.Совместно с двигателями EMMS-ST с датчиком обратной связи контроллер CMMS-ST образует систему “ServoLite” (облегченный серво) – это означает полный контроль над движением (ток, скорость и положение).
 
Интерфейсы и функциональность стандартных контроллеров двигателей
 
К стандартным контроллерам двигателей относятся контроллеры серводвигателей CMMS-AS и CMMD-AS, а также CMMS-ST. Эти контроллеры имеют идентичный интерфейс управления и функциональность. Информационные, коммуникационные и управляющие разъемы расположены в тех же местах и имеют одинаковую распайку. Каждый из этих контроллеров выполнен в одном  типоразмере для покрытия широкой линейки двигателей. Стандартный CMMS-AS и сдвоенный CMMD-AS контроллеры имеют идентичную схемотехнику выходных каскадов и номинальный ток. Для данных типов контроллеров подходят двигатели от EMMS-AS-40-S до EMMS-AS-100-S. Контроллер шаговых двигателей CMMS-ST покрывает всю линейку шаговых двигателей.
 
Рассмотрим на примере CMMS-ST общие для этих контроллеров интерфейс управления и функциональность.
 
Информационные и управляющие разъемы (синхронизации, дискретного управления, параметризации, CANopen, слот SD-карты, слот карт расширения) полностью идентичны по своему конструктивному исполнению и расположению контактов для всех трех контроллеров. Отличие только в подключение двигателя и силового питания, причем меняется только форма и состав разъемов, а расположение остается прежним.
 
 
Стандартные контроллеры двигателей имеют следующие возможности по управлению перемещением:
1) Дискретное управление:
- Позиционирование в точку из таблицы позиций (Position table), доступно 63 произвольно задаваемые позиции + нулевая точка
- Ручное перемещение (Jogging)
- Исполнение последовательностей перемещений по точкам, составленным из таблицы позиций
- Синхронизация (Электронный редуктор, STEP/DIR)
- Аналоговое управление скоростью или моментом
2) Сетевое управление:
- Управлление позиционированием по интерфейсам CANopen (встроенный), DeviceNet (требует установки доп.карты), Profibus-DP (требует установки доп.карты) с помощью FHPP (Festo Handling Positioning Protocol – универсальные программные блоки для контроллеров верхнего уровня).
- Быстродействующее контурное управление по протоколу CANopen стандарт DS402.
 
Особенности контроллеров шаговых двигателей CMMS-ST
 
Сервопривод на базе контроллера двигателей CMMS-ST и шагового двигателя с энкодером имеют ряд отличительных особенностей (помимо возможностей по управлению перемещением) по сравнению с обычными шаговыми приводами: при работе с кратковременной перегрузкой и возникновении существенного рассогласования между заданной позицией и текущей не происходит потеря шага, а задание отрабатывается. Таким образом, удается полностью использовать физические возможности  шаговых двигателей и существенно улучшить характеристики по скорости и моменту.
 
Кроме того, при использовании режима без обратной связи удается избежать явления резонанса благодаря управлению с дроблением шага с фиксированной частотой (50 кГц) широтно-ипульсной модуляции.
 
Настройка и ввод в эксплуатацию CMMS-ST осуществляется с помощью программного обеспечения FCT (Festo Configuration Tool).
 
Особенности стандартных контроллеров серводвигателей CMMS-AS и CMMD-AS.
 
Основной особенностью стандартных контроллеров серводвигателей CMMS-AS и CMMD-AS является способность обрабатывать абсолютный энкодер с протоколом EndDat и наличие внутренних алгоритмов для управления синхронными двигателями. По управлению эти контроллеры не отличаются от контроллера шаговых двигателей CMMS-ST. Если говорить о характеристиках, то комплектный сервопривод на базе синхронных двигателей гораздо динамичнее приводов на базе шаговых. Это обусловлено особенностями конструкции двигателей, высокой номинальной скоростью и возможностью к многократным перегрузкам по моменту (для кратковременного режима работы).
 
Сдвоенный контроллер серводвигателей CMMD-AS позволяет осуществлять управление двумя синхронными серводвигателями. Силовые цепи данного контроллера двигателей организованы следующим образом: один выпрямитель и общее звено постоянного тока, далее два независимых трехфазных инвертора со своим управлением. Такая организация позволяет решать сразу несколько задач:
 
- экономия места в шкафу управления,
- энергоэффективность – при работе двух двигателей в противоположных режимах (например, один разгоняется, другой тормозит, или один движется вниз, другой вверх – энергия, возвращаемая одним двигателем, не гасится на тормозном сопротивлении, а может быть использована для питания второго двигателя)
- уменьшение стоимости (за счет сокращения количества элементов и заключения двух устройств в один корпус). 
 
Премиум контроллеры серводвигателей CMMP-AS
 
Для решения задач, требующих расширенной функциональности контроллеров двигателей, создана линейка контроллеров двигателей CMMP-AS. В данную линейку входит 4 типоразмера с номинальным током от 2,5 до 10 А.
 
В данном типе контроллеров предусмотрена система компенсации входного напряжения – корректор коэффициента мощности. Обладая такой системой, CMMP-AS имеет фиксированное значение напряжения на звене постоянного тока вне зависимости от напряжения сети.
 
По функциональности контроллеры двигателей CMMP-AS имеют ряд существенных дополнений и расширений. Помимо расширения возможности работы по позициям (количество точек до 255, свободные профили движения для каждой, последовательности позиций с ветвлением), доступны функции «Летающая пила» и «Электронный кулачок», также существует возможность ввода таблицы корректировки для компенсаций погрешностей механики и осуществления прецизионных перемещений.
 
Универсальные программные блоки FHPP
 
Различные программные блоки для управления по сети усложняет процесс ввода в эксплуатацию – они сложны в использовании и не взаимозаменяемы. Решение Festo: создание универсального программного модуля для всех контроллеров позиционирования, называемого FHPP (Festo Handling and positioning profile – Festo профиль перемещения и позиционирования). Все управляющие и статусные посылки имеют один и тот же формат для любого из доступных сетевых интерфейсов (CANopen, Profibus, DeviceNet). Также управление любым контроллером двигателя (шаговым, серво; различной мощности) имеет одинаковый формат.
 
Расчет и ввод в эксплуатацию
 
Для сокращения времени расчета и ввода в эксплуатацию, для оптимального выбора и максимального удобства в работе разработаны специализированные программные продукты для расчета и подбора элементов систем перемещения и программные средства для конфигурирования и ввода в эксплуатацию. Подробные характеристики двигателей и контроллеров двигателей введены в базу программного обеспечения.
 
 
Подбор и расчет
 
PositioningDrives простая и одновременно мощная программа для расчета и подбора систем электропривода позволяет исключить ошибки, сократить время и оптимизировать решение.
 
Исходные данные: ход, масса, повторяемость, направление перемещения необходимо ввести в программу. Предусмотрено ограничение требуемого времени перемещения, а также предварительный выбор типа привода и вариантов комплектации.
Для удобства выбора, подобранные варианты можно отсортировать по типам двигателя и привода, функции компонентов, продолжительности цикла или стоимости.
 
Программа также выдает подробные результаты, такие как: графики движения, результаты расчета динамики, параметры системы, характеристики и список компонентов.
 
Ввод в эксплуатацию
 
Программа конфигурирования FCT FESTO для ввода в эксплуатацию. Управление и сохранение всех параметров приводной системы можно осуществлять в одном общем проекте. Управление проектом и данными для всех типов поддерживаемых устройств. Простота в использовании благодаря графически поддерживаемому вводу параметров. Универсальный режим работы для всех приводов. Работа в автономном режиме, сидя за компьютером, или в оперативном режиме находясь непосредственно рядом со станком.
 
 
Программные продукты Posidioning Drives и FCT доступны для свободного скачивания на сайте www.festo.com
 
 
Широкий диапазон шаговых и серводвигателей в комплекте с соответствующими контроллерами двигателей позволяет решать задачи позиционирования объектов, задачи контурного движения инструментов. В сочетании с механическими приводами на базе зубчатого ремня или ШВП, а также с пневматическими или сервопневматическими системами перемещения разработчик мехатронной системы может выбирать как простые и недорогие решения, так и производительные интеллектуальные решения для сложных многокоординатных задач.
 
 
ДП «Фесто»
 
orders_ua@festo.com – для заявок
tsupport_ua@festo.com – для технических запросов
 
Виталий Мысечко,
менеджер направления
Электромеханический привод и мехатроника