A szervomotor-rendszer kiválasztása a gép tervezéséhez a szervomotort vagy szervohajtási rendszert alkotó alkatrészek megértésével kezdődik. A szervorendszerek zárt hurkú rendszerek, amelyek bizonyos kívánt mozgások vezérlésére szolgálnak. Tartalmaznak egy visszacsatoló eszközt, amely állandó információt szolgáltat a motor és a vezető között a meghajtott mechanizmus helyzetének, sebességének és nyomatékának pontos szabályozásához.
QXR Nagy teljesítményű DDR motor szervo meghajtó
A szervo-konstrukciók általában rendkívül dinamikus rendszerek, amelyek terhelés meghajtásával járnak a gyors gyorsítás és a gyors lassítás érdekében. Négy kvadránsban működnek, ami azt jelenti, hogy a nyomatékot és a fordulatszámot pozitívan és negatívan egyaránt szabályozhatják.
A szervovezérelt kiválasztás szisztematikus megoldást igényel. Más szóval, holisztikus megközelítés, amely figyelembe veszi az általános mechanikai, elektromos és programozási paramétereket. A rendszer magában foglalja a mechanikai terhelések, a mozgási görbék (beleértve a pozicionálási követelményeket), a szervomotor jellemzőinek, valamint a motor és más alkatrészek elhelyezkedésének környezetének meghatározását; Különösen, ha a motor közel állandó fordulatszámon működik, hatással van a késztermékekre, anyagokra és/vagy magára a folyamatra.
Mechanikai terhelés és mozgásgörbe paraméterei
Kezdjük azzal, hogy megértsük, mit jelentenek a mechanikai terhelés és a mozgási követelmények. Az alapvető newtoni fizika azt állítja, hogy az erő (vagy a forgásirány szerinti nyomaték) arányos a tömeggel (forgási tehetetlenséggel) szorozva a gyorsulással, függetlenül attól, hogy a gyorsulás pozitív vagy negatív. A mozgástervezés keretében a gépgyártásnak megvan a maga minősége és az általa hordozott teher minősége.
Ezért fontos a mechanikai részek meghatározása - különösen a mozgás minősége és a kívánt mozgási görbe. A forgó mozgás lineáris mozgássá alakításának módszerei széles körben változnak, és olyan tényezők befolyásolják őket, mint a pontosság, terhelés, mozgásdinamika és környezet.
Az alkalmazott mechanizmus megértése után fontos a mozgásdinamika megértése a legjobb szervomotoros megoldás meghatározásához. A mozgásgörbe nemcsak az egyik pontból a másikba való mozgást tartalmazza, hanem az adott mozgás során felhasználható funkciókat is, például az alkatrészek megmunkálásához kapcsolódó tolóerőt. A gyorsulás, az egyenletesség és a lassulás, valamint a tartózkodási és szünetidõk mind benne vannak a rendszer általános mozgási görbéjében. Az indexelés lehet egyszerű háromszögmozgás, változó trapéz vagy 1/3-1/3-1/3 (az RMS nyomatékhoz kapcsolódó leghatékonyabb mozgás).
Szervórendszer kiválasztási és kiválasztási eszköz
Számos gyártó kínál kiválasztási és kiválasztási eszközöket, amelyek segítségével a felhasználók mozgásprofilokat hozhatnak létre alkalmazásaik mozgási követelményei alapján. A legtöbb szoftvereszköz, mint például a Kollmorgen Motioneering platformja, különféle mozgásleírásokat kínál a gyorsulás, a mozgási idő, a távolság, a sebesség és a tartózkodási idő kiszámításához. Az 1. ábra az alap 1/3-1/3-1/3 görbét mutatja, a gyorsulás simítására bevezetett 50 százalékos gyorsítással. Ebben a példában úgy döntöttünk, hogy 1 másodperc alatt 8 hüvelyket mozgunk, és 50 százalékos gyorsulást és 2 másodperces várakozási időt használunk. A rendszer a mozgást 1/3 gyorsulási idő, 1/3 állandó sebesség és 1/3 lassulás alapján számítja ki. A szerszám által számított maximális sebesség 720 hüvelyk/perc. Láthatja az "S" görbe körvonalát (50 százalékos gyorsulás alapján). Ezen túlmenően ennél a mozgásnál látható, hogy a mozgás keresztirányú részére tolóerő (piros vonal) hat -- ez a mozgásgörbe valószínűleg megmunkálás alatt áll. A várakozási idő 3 másodpercnek is tekinthető. A várakozási rész azért fontos, mert az ehhez a görbéhez tartozó összes paramétert felhasználjuk az RMS nyomaték kiszámításához, amely egy olyan mérőszám, amelyet a megfelelő motor kiválasztásához használunk. A mozgásgörbék mellett fontos megérteni a terhelések tényleges pozicionálási követelményeit is a felbontás, a pontosság és az ismételhetőség tekintetében. Ezt közvetlenül befolyásolja a visszacsatoló eszközök kiválasztása és (jobban) a mechanikus szerelvények üres lendülete a hézag és a rugalmasság formájában.
Hacsak a tervezés nem alkalmazhat közvetlen hajtású motoros megoldást, akkor bizonyos típusú mechanikus erőátvitelt tartalmaz. A forgó lineáris erőátvitel (a forgó motor teljesítményének tengelyúttá alakítása) végrehajtható szíjtárcsa-hajtással, vagy csavar alapú mechanizmusokkal, például golyóscsavarokkal. A forgó hajtás egy sebességváltót vagy szíjhajtást tartalmaz, így különböző méretű tárcsák használhatók retarderként. Egyes alkalmazásokban a mozgatott részek jelentősen hozzájárulnak a teljes mozgási tömeghez. Egy speciális eset egy géptengely tömege, amelyet el kell mozgatni a változáshoz --, például egy robotrendszer elosztása vagy feldolgozása során. A teljes terhelés változása szerepet játszhat a szervohajtás beállításában.
A mozgásban lévő alkatrészeknek összegezniük kell tehetetlenségüket, és vissza kell tükrözniük a motor tengelyére. A tehetetlenségen kívül a külső erőket, a súrlódást és a hatástalanságot is figyelembe kell venni.
Környezetvédelmi megfontolások a szervo tervezésben
Még nincs vége. A szervó kialakításának meghatározásakor csak bizonyos rendelkezésre álló mechanizmusok tudják gazdaságosan és hatékonyan biztosítani a szükséges mozgást, teherbírást és pontosságot. Az egyik gyakran figyelmen kívül hagyott szempont az a környezet, amelyben a szervorendszer működik. A legtöbb szervomotor 40 C-on működik – ez egy nagyon meleg környezet, de jellemző számos gyári és ipari beállításra.
A meghajtó elektronika hőállósága nem túl magas, és mivel 40 C-ra is besorolták, a működési hely környezeti hőmérsékletének kezelése kihívást jelent. Általában kényszerhűtés szükséges a kapcsolószekrényben a megfelelő környezeti feltételek (hőmérséklet és páratartalom) fenntartásához. Ezért figyelembe kell venni a motor és a meghajtó elhelyezkedését. Természetesen a motor közvetlenül a készülékbe szerelhető vagy integrálható a teherhordó szerkezet meghajtására. Ezzel szemben a központosított megoldásban a hajtás egy kapcsolószekrényben található, -- általában hűteni kell.
A gyártók a motor részleges teljesítményét a környezeti feltételek szerint határozzák meg, amelyek között a motor működik. Amint fentebb megjegyeztük, sok tervező azt feltételezi, hogy a motor 40 °C-os környezeti hőmérsékletre van méretezve, de esetenként 25 °C-os motorspecifikációt is megadnak. Ezért a specifikációk áttekintése során figyelmet kell fordítani a közzétett referenciaértékekre. Ha a gép környezeti hőmérséklete meghaladja a névleges környezeti hőmérsékletet, a motor nem éri el a névleges teljesítményt.
Más környezeti feltételek hatással lehetnek a motorfestékekre, tömítésekre és egyéb mechanikai részegységekre. A por, a szennyeződés, a nedvesség, a permetezéses öblítés, a higiéniai követelmények, a robbanásveszélyes környezet, a vákuum környezet és a sugárzás mind speciális szervomotort igényelnek, amelyek fizikai jellemzői a jelenlegi zord környezethez igazodnak.
Kiválasztási folyamat
A szükséges motor/hajtásrendszer összetétel meghatározásakor a korai kiválasztási erőfeszítések nagy része mechanikai és környezeti jellegű. Most, amikor a felhasználó kiválasztja a végterméket, figyelembe kell vennie a rendszerben lévő többi rendszerelemet. A mechanikai és környezeti tényezők továbbra is befolyásolják a visszacsatoló elemeket, a vezetékeket és a vezérlési architektúra végső megválasztását.
A visszacsatolási szempontok és a szervomotor jellemzői
Értelemszerűen a szervorendszerek visszacsatoló eszközökkel rendelkeznek, amelyek működés közben mérik a sebességet, pozíciót és egyéb rendszerparamétereket. A gyártóknak korlátozottak lehetnek a választási lehetőségei, de fontos gondosan mérlegelni a konkrét alkalmazási paramétereket, beleértve az ütési terhelést és a pozicionálási pontosságot, valamint az ismételhetőséget. A forgótranszformátorok gyakran kiváló teljesítményt nyújtanak zord környezetben, különösen nagyobb ütési terhelések esetén. A forgó transzformátor egy forgó transzformátor, amely egy tekercsből áll, a mag körül állórész és forgórész részekkel. Ez a konstrukció magasabb hőmérsékletű működést és nagyobb ütési terhelésekkel szembeni nagyobb toleranciát tesz lehetővé, mint az esetlegesen üveglemez-elemeket tartalmazó jeladók.
A szinuszos kódolók nagy felbontást biztosítanak, akár 24 bites vagy annál nagyobb felbontást az optimális pozicionálási pontosság érdekében. Egyes hibrid jeladók jobb felbontással biztosítják a forgó transzformátor robusztusságát. Ezek az intelligens kódolók forgó transzformátorokon alapulnak olyan elektronikus komponensekkel, amelyek szinusz- és koszinuszjeleket értelmeznek, és nagy felbontású digitális jellé alakítják át, amelyet egy szervo-meghajtóhoz továbbítanak sebesség- és helyzetvisszacsatolás céljából.
Jelenleg a legújabb kódolók számos kommunikációs protokollt (EnDAT, BiSS és DSL) kínálnak, és nagy felbontású és alacsony zajszintű képességekkel segítik az optimális visszacsatolási jeleket a szervo meghajtók és vezérlők felé.
Egy másik visszajelzési lehetőség, amely az alkalmazás követelményeitől függ, hogy abszolút vagy növekményes visszajelzést szeretne-e. Forgó rendszerben 0-tól számolhat, miután a berendezés egyetlen fordulatával végrehajtott egy 360 fokos elforgatást. A többfordulatú abszolútérték-jeladó nem csak a motor helyzetét 360 fokos forgásban, hanem az egyes irányokban megtett fordulatok számát is tudatja a rendszerrel. Tehát pontosan tudja, hol van. Fontos tudni ezt, illetve azt, hogy a szerszámok és egyéb tengelyek hol helyezkednek el. Az egyszerű inkrementális kódolók viszont egyetlen fordulattal meg tudják határozni a pozíciót, de csak akkor, ha a bekapcsolási ciklusban nullát találtak. Ennek eredményeként a felhasználó nem fogja tudni, hány ciklust teljesített, vagy még az abszolút pozíciót sem
bekapcsoláskor 360 fokos elfordulásban.
A szervomotoron és magán a szervomeghajtón kívül a kettő tényleges kapcsolata is fontos. A kábel rugalmassága (amelyet a megengedett hajlítási sugár határoz meg) fő szempont, különösen akkor, ha a kábel együtt mozog a tengellyel.
A kábel hosszát korlátozhatja a szóban forgó kódoló típusa. A kábel paraméterei, mint például az impedancia és a feszültségesés, valamint a kódoló jelerőssége a kulcsfontosságú tényezők a hosszúság szempontjából. A piacon kínált újabb eszközök némelyike nagyon magas átviteli sebességgel továbbítja a soros információkat a meghajtóknak (például DSL, EnDat és BiSS), amit a hossz, különösen az impedancia és a jel-zaj arány befolyásol. Még a csatlakozó is szerepet játszik a "visszacsatolás" hurokban, hiszen a csatlakozónak kell feldolgoznia az ezekről az eszközökről generált különféle jeleket. A motorteljesítményhez kapcsolódó másik kábelhossz-tényező a mai PWM-meghajtók magas kapcsolási frekvenciáihoz kapcsolódik. Zaj van a motor tápkábelében. Amikor a kábel meghosszabbodik, és megközelíti a kábelen lévő frekvencia hullámhosszának felét, antenna jön létre. Az antenna olyan információkat küld vagy fogad (ebben az esetben zajt generál), aminek nem szabadna jelen lennie egy nagy teljesítményű rendszerben.
Utolsó paraméter: mozgásvezérlés és hálózati -- centralizált kontra decentralizált
Az utolsó szempont, amely a teljes tervezési folyamat megkettőzését okozhatja (és megváltoztathatja a tervezés más meghatározott összetevőit), a rendszer architektúrája. A mérnöknek meg kell kérdeznie: Központi vezérlőrendszerre kell-e koncentrálnom, központi szekrénybe csomagolt meghajtókkal, vezérlőkkel és támogató elektronikával, vagy jövedelmezőbb és költséghatékonyabb az illesztőprogramok elosztása a gépen (elosztott rendszer megközelítés)? Egy több tengellyel rendelkező gép, amely szétszórva lehet a gépen, ideális jelölt lenne egy elosztott megoldáshoz. Ezzel a módszerrel jelentősen csökkenthető a kábeligény, és megtakaríthatók a hosszú kábelek bekötésével, valamint az ezekhez a kábelekhez tartozó kábelnyílásokkal és támasztékokkal kapcsolatos költségek. Ezen túlmenően, ha a vezetőt kimozdítjuk a gépből, akkor csökken a vezérlő- és támogató elektronikai alkatrészek elhelyezéséhez szükséges szekrény mérete, ami szintén csökkenti a költségeket és a szekrényen belüli hűtési igényeket. Másrészt a kompakt és kevesebb tengelyű gépek nem profitálnak a hagyományosból
centralizált megközelítés.
következtetés
Sok dolgot figyelembe kell venni, amikor egy alkalmazáshoz szervorendszert választunk, amelyek közül sokat ebben a cikkben ismertetünk. Egy másik választás, amely az összetevők kiválasztását befolyásolja, vezérli a rendszert. A vezérlés típusát általában a géptervezési megbeszélések korai szakaszában határozzák meg, és számos tényezőtől függ, míg a vezérlés megválasztása általában a terepibusz-kommunikációs szabványok megválasztását jelenti.