Wyjaśnienie komponentów serwonapędu: Jak napęd, silnik i pętla sprzężenia zwrotnego współpracują ze sobą

System serwo to nie tylko silnik podłączony do napędu. Jest to system ruchu w-zamkniętej pętli, w którym sterownik, serwonapęd, silnik i urządzenie sprzężenia zwrotnego w sposób ciągły wymieniają polecenia, moc elektryczną i informacje o położeniu.

To rozróżnienie ma znaczenie przy wyborze nowej osi, wymianie starszego napędu lub próbie zrozumienia, dlaczego maszyna nie pozycjonuje się już prawidłowo. Znajomość poszczególnych elementów serwonapędu jest przydatna, ale wiedza o tym, jak ze sobą współdziałają, pomaga inżynierowi lub kupującemu w podjęciu lepszej decyzji.

W tym przewodniku przedstawiono ścieżkę sygnału ze sterownika PLC lub sterownika ruchu do serwomotoru i z powrotem przez enkoder. Następnie zagląda do wnętrza napędu i silnika, wyjaśnia główne pętle sterowania i pokazuje, w jaki sposób problemy z komponentami mogą pojawić się na poziomie maszyny.

Serwonapęd, serwosilnik i system serwo: najpierw poznaj różnicę

Serwonapęd i serwomotor nie są terminami wymiennymi.

Theserwonapęd, czasami nazywany serwowzmacniaczem, odbiera polecenie ruchu i informacje zwrotne. Oblicza wymagany prąd silnika i kontroluje stopień mocy.

Thesilnik serwoprzetwarza kontrolowaną energię elektryczną na moment obrotowy i ruch wału.

Thekoder lub rezolwermierzy, co faktycznie zrobił silnik, i wysyła informacje o położeniu lub prędkości z powrotem do przemiennika.

Theukład serwoto kompletny układ. Może obejmować sterownik PLC lub sterownik ruchu, serwonapęd, serwomotor, urządzenie sprzężenia zwrotnego, kable, przekładnię mechaniczną, urządzenia zabezpieczające i obciążenie maszyny.

To oddzielenie ma znaczenie, ponieważ problem z ruchem może rozpocząć się w dowolnym miejscu łańcucha. Silnik, który się nie porusza, nie oznacza automatycznie awarii silnika, a błąd położenia nie oznacza automatycznie, że napęd jest uszkodzony.

Jak działa system serwo: Postępuj zgodnie z poleceniem do obciążenia

Najłatwiejszym sposobem zrozumienia działania serwonapędu jest wykonanie jednego polecenia ruchu w systemie.

1. Kontroler wysyła polecenie ruchu

PLC, CNC lub dedykowany kontroler ruchu określa, co musi zrobić oś. Żądanie może definiować pozycję, prędkość, moment obrotowy lub skoordynowany profil ruchu.

Na przykład maszyna pakująca może wydać osi indeksującej polecenie przesunięcia stołu do następnej stacji i zatrzymania go w dokładnej pozycji.

2. Serwonapęd porównuje polecenia i sprzężenie zwrotne

Napęd porównuje żądaną wartość z rzeczywistą wartością podaną przez urządzenie sprzężenia zwrotnego. Różnica staje się błędem, który system sterowania musi zredukować.

Dokładny algorytm różni się w zależności od platformy, ale zasada jest niezmienna: napęd nie może skorygować ruchu, jeśli nie zna zarówno żądanego wyniku, jak i rzeczywistego wyniku.

3. Stopień mocy reguluje prąd silnika

Elektronika sterująca steruje stopniem mocy napędu. Falownik wykorzystuje-szybkie przełączanie półprzewodników, zwykle oparte na tranzystorach IGBT lub innych urządzeniach zasilających, w zależności od konstrukcji, do regulacji prądu dostarczanego do faz silnika.

4. Silnik wytwarza moment obrotowy

Regulowany prąd fazowy wytwarza w silniku pola magnetyczne. Ich interakcja wytwarza moment obrotowy na wirniku i obraca wał. Ruch mechaniczny przechodzi następnie przez sprzęgło, przekładnię, pasek, śrubę kulową lub inną przekładnię na ładunek.

5. Enkoder mierzy, co się stało

Enkoder lub rezolwer mierzy ruch wału i przekazuje informację zwrotną do przemiennika. Jeśli wartości zadane i rzeczywiste różnią się, przemiennik wie, że wymagana jest korekta.

6. Napęd koryguje błąd

Ta korekta trwa przez cały ruch. W przypadku zmiany obciążenia lub wzrostu tarcia przetwornica częstotliwości dostosowuje prąd silnika, aby rzeczywisty ruch był zbliżony do zadanego.

Ten ciągły cykl poleceń, informacji zwrotnych i korekcji jest powodem, dla którego serwomechanizm może wykonywać precyzyjne pozycjonowanie i dynamiczny ruch.

Polecana ilustracja:

PLC / sterownik ruchu → Sterowanie serwonapędem → Stopień mocy → Silnik serwo → Obciążenie maszyny

Ścieżka informacji zwrotnej:

Enkoder / Rezolwer → Sterowanie serwonapędem

Wewnątrz serwonapędu: komponenty sterujące i napędzające oś

Konstrukcja różni się w zależności od serii i mocy znamionowej, ale większość serwonapędów można rozumieć jako kilka bloków funkcjonalnych.

Moc wejściowa i prostownik

Stopień wejściowy otrzymuje zasilanie i zapewnia pierwszy stopień konwersji mocy i ochrony. W wielu serwonapędach prądu przemiennego prostownik przekształca przychodzący prąd przemienny na prąd stały dla magistrali wewnętrznej. Topologia wejścia jest różna, dlatego należy sprawdzić napięcie, fazę i projekt systemu z dokumentacją producenta.

Obwód DC i kondensatory

Obwód DC zapewnia stabilne źródło energii dla falownika. Kondensatory wygładzają szynę prądu stałego i magazynują energię w przypadku krótkich zmian obciążenia.

Szyna DC jest również ważna podczas zwalniania, kiedy silnik może zwrócić energię do przemiennika. W zależności od systemu energia ta może być przesyłana poprzez rezystor hamowania, moduł regeneracyjny lub współdzieloną szynę DC.

Falownik i stopień mocy

Falownik przekształca energię szyny DC na kontrolowany prąd fazowy silnika. Reaguje na elektronikę sterującą i reguluje prąd, gdy oś przyspiesza, zwalnia lub utrzymuje pozycję.

Jest to jeden z powodów, dla których sama moc znamionowa nie jest wystarczająca do dokonania wyboru. Prąd szczytowy, prąd ciągły, cykl pracy i regeneracja mogą mieć znaczenie tak samo, jak nominalne kilowaty.

Płyta sterująca i procesor

Elektronika sterująca otrzymuje wartości zadane, sprzężenie zwrotne z procesu, realizuje funkcje sterujące i steruje stopniem mocy.

Przydatnym sposobem przeglądania tablicy sterującej jest przepływ danych: odbiera ona żądany ruch i aktualne informacje zwrotne, oblicza korektę, generuje zapotrzebowanie na prąd i monitoruje, czy oś mieści się w dozwolonych granicach.

Interfejsy informacji zwrotnej i komunikacji

Interfejs sprzężenia zwrotnego łączy napęd z enkoderem lub rezolwerem. Musi otrzymać i zinterpretować informację zwrotną we właściwym formacie.

Interfejsy komunikacyjne łączą napęd ze sterownikiem, a czasami z innymi osiami. W zależności od platformy sieci mogą obejmować EtherNet/IP, PROFINET lub EtherCAT. Kompatybilność sieciowa musi zostać sprawdzona jako część kompletnej architektury ruchu.

Chłodzenie, ochrona i bezpieczeństwo

Elektronika mocy wytwarza ciepło, dlatego w dyskach zastosowano radiatory, czujniki temperatury, przepływ powietrza i, w niektórych konstrukcjach, wentylatory chłodzące.

Ochrona elektroniczna może monitorować przetężenie, przepięcie i nadmierną temperaturę. Funkcjonalne funkcje bezpieczeństwa, takie jak Safe Torque Off, służą innemu celowi i nie powinny być traktowane jako zwykła ochrona przed awarią.

Tabela jest punktem wyjścia, a nie diagnozą. Podobne objawy mogą wynikać z okablowania, strojenia lub obciążenia mechanicznego.

Wewnątrz serwomotoru: co zamienia prąd w ruch

Silnik uzupełnia fizyczną część pętli sterującej.

Thestojan i uzwojeniawytwarzają pole magnetyczne po przyłożeniu prądu. Thewirnikreaguje na to pole i powoduje rotację. Thewałprzenosi moment obrotowy na obciążenie.

Namiarpodeprzeć zespół obrotowy. Zużycie może objawiać się hałasem, wysoką temperaturą, wibracjami lub nierównymi obrotami, chociaż problemy z ustawieniem, sprzęganiem lub obciążeniem mogą powodować podobne objawy.

Wiele serwomotorów zawiera równieżkoder lub rezolweri może obejmowaćtrzymania hamulca. Hamulec ma za zadanie utrzymać oś, gdy jest to wymagane, zwłaszcza przy obciążeniach pionowych. Nie należy go mylić z hamowaniem dynamicznym lub regeneracyjnym podczas zwalniania.

Dlaczego informacja zwrotna od kodera jest tak ważna

System serwo zależy od dokładnej wiedzy o rzeczywistym ruchu.

Sygnał zwrotny dotyczący położenia informuje napęd, gdzie znajduje się wał. Informacje o prędkości wspomagają regulację prędkości. W wielu systemach sprzężenie zwrotne jest również ważne dla komutacji silnika i inicjalizacji osi.

Enkodery absolutne i inkrementalne spełniają różne wymagania. Urządzenie absolutne może zachować lub zgłosić unikalne odniesienie do pozycji zgodnie ze swoją konstrukcją, podczas gdy system przyrostowy zazwyczaj opiera się na zliczaniu impulsów i może wymagać strategii odniesienia lub bazowania.

W przypadku prac zastępczych ważną kwestią jest kompatybilność. Napęd, silnik, urządzenie sprzężenia zwrotnego, złącze, kabel i architektura sterownika muszą się wzajemnie wspierać.

Problem związany z enkoderem-może objawiać się alarmem sprzężenia zwrotnego, niestabilną pozycją, awarią bazowania lub przerywanym ruchem. Przyczyną może być również kabel lub złącze, a nie sam koder.

Aby zapoznać się z pierwszą procedurą dotyczącą-kodu-błędu, zobacz nasz artykułRozwiązywanie problemów z serwonapędem i silnikiem: od kodu usterki do decyzji o wymianieprzewodnik. W artykule tym szczegółowo opisano historię usterek, bezpieczną izolację, kontrolę sprzężenia zwrotnego i diagnostykę-po stronie napędu i silnika-.

Jak pętle położenia, prędkości i momentu obrotowego współpracują ze sobą

Sterowanie serwomechanizmem jest powszechnie wyjaśniane jako zagnieżdżone pętle sterowania.

Thepętla prądowa lub momentowareguluje prąd silnika, dzięki czemu moment obrotowy może szybko reagować.

Thepętla prędkościporównuje żądaną i rzeczywistą prędkość, a następnie pyta pętlę wewnętrzną o moment obrotowy wymagany do zmniejszenia błędu prędkości.

Thepętla pozycjiporównuje pozycję docelową z rzeczywistą i generuje korektę niezbędną do zmniejszenia błędu pozycji.

Ta hierarchia pomaga wyjaśnić objawy polowe. Złe dostrojenie może powodować przeregulowanie, oscylacje, długi czas ustalania lub piski o-wysokiej częstotliwości. Słaby ruch nie oznacza automatycznie awarii komponentu. Bezwładność obciążenia, tarcie, luz mechaniczny, zwolnienie hamulca i jakość sprzężenia zwrotnego mogą powodować podobne objawy.C

Co się dzieje, gdy komponent serwa ulegnie awarii?

Użyj symptomów, aby zlokalizować obszar, który zasługuje na kontrolę, zamiast próbować diagnozować część na podstawie jednego alarmu.

Jeśli maszyna jest już w stanie awaryjnym, użyj dedykowanegoRozwiązywanie problemów z serwonapędem i silnikiemartykuł dotyczący procedury diagnostycznej. Te dwa zasoby powinny służyć różnym celom wyszukiwania: w tym artykule wyjaśniono relacje architektury i komponentów; artykuł poświęcony rozwiązywaniu problemów wyjaśnia, jak bezpiecznie zidentyfikować prawdziwą usterkę.

Naprawić czy wymienić? Zacznij od warstwy, która się nie powiodła

Po potwierdzeniu uszkodzonego obszaru następną decyzją jest naprawa, wymiana lub dalsze badanie systemu.

Naprawa może mieć sens, jeśli problem nadaje się do naprawy, dostępny jest wykwalifikowany kanał naprawczy, maszyna korzysta z zachowania istniejącej konfiguracji, a czas realizacji mieści się w przedziale przestojów.

Wymiana staje się bardziej atrakcyjna, gdy awarie się powtarzają, model jest przestarzały, wsparcie w zakresie napraw jest ograniczone, potwierdzone zostaje poważne-uszkodzenie stopnia mocy lub maszyna przechodzi w kierunku nowszej architektury sterowania.

Przed zakupem zamiennika zapisz:

• Producent i numer katalogowy pełnego napędu
• Napięcie wejściowe i klasa elektryczna
• Prąd i moc znamionowa
• Dokładny model serwosilnika
• Typ kodera lub modułu rozpoznawania nazw
• PLC lub sterownik ruchu
• Sieć komunikacyjna
• Konfiguracja hamulca, bezpieczeństwa i linek

Dlaczego samo dopasowanie mocy znamionowej nie wystarczy

Niekoniecznie można stosować zamiennie dwa serwonapędy o tej samej mocy znamionowej.

Zamiennik należy sprawdzić jako część układu ruchu. Należy uwzględnić rodzinę silników i aktualne wymagania. Napięcie zasilania musi być prawidłowe. Należy rozpoznać system sprzężenia zwrotnego. Architektura sterownika i komunikacji musi obsługiwać przemiennik. Okablowanie hamulców, funkcje bezpieczeństwa, kable i wymagania dotyczące regeneracji również mogą zmienić odpowiedź.

Projekty Allena-Bradleya znajdziesz w naszychSerwonapędy Allen-Bradley: przewodnik dotyczący wyboru, zgodności i wymiany Kinetix.Na tej stronie omówiono wybór rodziny Kinetix, kompatybilność sterowników, kontrolę silnika i sprzężenia zwrotnego, architekturę zasilania i planowanie wymiany, podczas gdy ten artykuł skupia się na komponentach serwonapędów i działaniu systemu.

Serwonapęd vs VFD: podobny sprzęt, inny cel sterowania

Zarówno serwonapęd, jak i napęd VFD mogą zawierać prostownik, szynę DC i falownik, ale rozwiązują różne problemy ze sterowaniem.

System serwo opiera się na precyzyjnym ruchu-w pętli zamkniętej, obejmującym zwykle regulację położenia, prędkości i momentu obrotowego za pomocą sprzężenia zwrotnego silnika. Przetwornicę częstotliwości wybiera się zwykle, gdy głównym wymaganiem jest kontrolowana prędkość silnika lub regulacja procesu, chociaż zaawansowane przetwornice częstotliwości mogą również wykorzystywać sprzężenie zwrotne enkodera i sterowanie wektorowe.

Aby zapoznać się z głębszą decyzją dotyczącą zastosowania, zobaczKinetix kontra PowerFlex: jak wybrać odpowiedni dysk Allen-Bradleyzamiast rozszerzać porównanie tutaj.

Praktyczny wniosek: myśl systemowo, a nie o poszczególnych komponentach

Serwonapęd będzie łatwiejszy do zrozumienia, jeśli przestanie się go traktować jak jedno pudełko.

Kontroler definiuje ruch. Przemiennik oblicza korektę i steruje prądem silnika. Silnik wytwarza moment obrotowy. Koder raportuje, co się właściwie wydarzyło. Okablowanie, bezpieczeństwo, komunikacja i obciążenie mechaniczne wpływają na to, czy oś działa zgodnie z przeznaczeniem.

Do wymiany użyj tego samego widoku systemowego. Zidentyfikuj dokładny napęd i silnik, sprawdź sprzężenie zwrotne, wymagania dotyczące sterownika, komunikacji i bezpieczeństwa, a następnie potwierdź zgodność przed złożeniem zamówienia.

CHENTUO obsługuje produkty automatyki przemysłowej, w tym serwonapędy, serwomotory, sterowniki PLC, VFD i sprzęt ruchu. Jeśli potrzebujesz pomocy w identyfikacji urządzenia, wyślij pełny numer modelu i wyczyść zdjęcia tabliczki znamionowej napędu i silnika. W przypadku niepewnego lub przestarzałego modelu podaj także sterownik, napięcie, zastosowanie i miejsce docelowe, aby można było sprawdzić ścieżkę wymiany przed wyceną.

Często zadawane pytania

 

 

Jakie są główne elementy serwonapędu?

Typowe sekcje obejmują prostownik, obwód prądu stałego, falownik lub stopień mocy, elektronikę sterującą, interfejs sprzężenia zwrotnego, interfejs komunikacyjny, układ chłodzenia oraz funkcje zabezpieczające lub zabezpieczające. Dokładna architektura różni się w zależności od rodziny dysków.

Jaka jest różnica między serwonapędem a serwomotorem?

Przemiennik steruje mocą elektryczną w oparciu o polecenia i informacje zwrotne. Silnik przekształca kontrolowany prąd w moment obrotowy i ruch. Działają jako dopasowany system ruchu.

Co robi enkoder w systemie serwo?

Enkoder mierzy rzeczywisty ruch i przekazuje informację zwrotną do systemu sterowania. Napęd wykorzystuje te informacje do porównania rzeczywistego ruchu z żądaną pozycją lub prędkością i wprowadzenia poprawek.

Czy serwosilnik może działać bez serwonapędu?

Serwomotor zwykle wymaga kompatybilnego napędu lub wzmacniacza i systemu sterowania, aby działać zgodnie z przeznaczeniem. Dokładne wymagania zależą od silnika i architektury systemu.

Co zwykle zawodzi w serwonapędzie?

Możliwe obszary obejmują komponenty chłodzące, kondensatory szyny DC, elektronikę mocy, złącza, elektronikę sterującą i interfejsy sprzężenia zwrotnego. Sam objaw nie potwierdza uszkodzonego komponentu.

Czy mogę wymienić serwonapęd na inny model o tej samej mocy?

Nie tylko na podstawie mocy znamionowej. Przed potwierdzeniem wymiany sprawdź wymagania dotyczące napięcia, prądu, silnika, sprzężenia zwrotnego, sterownika, sieci, bezpieczeństwa, hamulca, okablowania i regeneracji.

Bezpłatne konsultacje