Ключевые характеристики промышленного сервопривода

Сервопривод является исполнительным устройством в станках и различных механизмах. Он осуществляет прецизионные, быстродействующие перемещения исполнительных органов на определённой скорости и интенсивности. Сервопривод состоит из синхронного двигателя, датчика скорости и положения, а также управляющего контроллера.

В этой статье мы рассмотрим основные параметры и характеристики исполнительного устройства.

Напряжение электропитания

Номинальное напряжение питания сервоусилителя должно совпадать с напряжением питающей сети. Допустимое отклонения напряжения не должно быть больше или меньше 10%. Однако снижение номинального значения напряжения до 15% также не должно создавать аварийную ситуацию. В характеристиках устройства должно указываться количество фаз питающего напряжения – 1 или/и  3 фазы.

Номинальная мощность на валу серводвигателя

К сервоусилителю, как правило, можно подключать двигатели с мощностью от 30% до 100% от номинальной мощности этого сервоусилителя. Номинальное напряжение двигателя должно соответствовать напряжению на выходе сервоусилителя.

Номинальный момент 

Номинальный момент – характеристика серводвигателя при длительном режиме эксплуатации и определенной скорости.

Номинальная скорость серводвигателя

Это скорость вращения ротора серводвигателя, измеряемая оборотами в минуту при нагрузке, соответствующей номинальному вращающему моменту, на которой серводвигатель может работать неограниченно долго.

Максимальная скорость серводвигателя 

Допустимый момент нагрузки серводвигателя при максимально допустимой скорости, значительно меньше номинального, и, как правило, равен нулю.

Разрешение датчика обратной связи, тип датчика обратной связи

Большинство серводвигателей имеют в своём устройстве энкодеры – устройства, передающие информацию в сервоусилитель о состоянии вала двигателя, его положении и скорости. В зависимости от типа энкодера форма сигнала может быть импульсной, фреймовой (цифровые сообщения определённого формата для передачи по каналу последовательной связи). Например, энкодеры с разрешением 17 bit на оборот и более, абсолютные или инкрементальные, предают данные с помощью фреймов. Датчики обратной связи с разрешением 13 bit – инкрементальные, с импульсной формой передачи информации.

Режим управления положением 

Управление положением осуществляется за счёт управляющих командных импульсов, подаваемых на входы сервоусилителя. Дифференциальные управляющие сигналы задают высокую частоту импульсов в отличие от передачи по несимметричным линиям. Самыми популярными форматами импульсных командных сигналов являются P/D (puls/dir, puls/sign) или A&B, реже  CW/CCW.

Электронный редуктор

В сервоусилителе можно установить «весовой» коэффициент управляющих командных импульсов или передаточное число электронного редуктора. Электронный редуктор обеспечивает синхронное положение вращения ведущего и ведомого сервоприводов. В электронном редукторе можно установить числитель и знаменатель дроби передаточного числа.

Режим регулирования скорости 

Скорость можно задать аналоговым (–10В…0…+10В) или дискретным сигналом. 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 задаётся аналоговым сигналом (0…+10В), подаваемым на вход сервоусилителя. При регулировании момента допустимо изменять ограничение по максимальной скорости серводвигателя. Режим регулирования момента нужен для создания вращающего момента на валу двигателя, обеспечивающего постоянное натяжение намотки, или постоянное усилие прижатия в системах выборки люфта.

Внутреннее управление положением

В данном режиме привод двигается от точки к точке, используя информацию о положении этих точек из памяти сервоусилителя. Переход от точки к точке может быть автоматическим с временной паузой, измененной комбинацией дискретных сигналов, или стробирующем импульсом. Во внутреннем управлении положением есть вспомогательный режим «выхода в ноль» для задания начала координат в системе привода.

Автономный режим работы (Stand-Alone mode)

В этом режиме за управление привода отвечает программа, составленная пользователем и зашитая в память сервоусилителя. С помощью настроечного софта управляющая программа компилируется и записывается в память привода. Автономный режим работы поддерживается сервоприводами HIWIN.

Диапазон регулирования скорости

Режим определяет частоту вращения вала двигателя в режиме регулирования скорости. В широком диапазоне скоростей серводвигатель должен осуществлять равномерные вращения при изменении нагрузки на его вале. Диапазон регулирования скорости составляет от 1:1000 до 1:10000.

Полоса пропускания

Характеристика быстродействия привода. Полоса пропускания современных сервоприводов может быть равна сотням герц.

Дискретные входы 

Воспринимают 2-х уровневый электрический сигнал, позволяющий управлять сервоусилителем. По умолчанию дискретные входы воспринимают отсутствие сигнала, как неактивный уровень сигнала. Это положение можно изменить с помощью программирования параметров сервоусилителя. Дискретные входы разрешают работу привода, останавливают его при наезде на выключатели ограничения перемещения, сбрасывают аварийное состояние устройства, изменяют коэффициенты обратной связи контуров положения и скорости, запускают режим «поиска нуля», определяют точку срабатывания датчика нуля, определяют заданное положение или заданную скорость и др.

Дискретные выходы 

Собирают сигналы о работе сервопривода. С помощью транзисторов с открытыми коллекторами формируется 2-х уровневый электрический сигнал. Первый уровень от 0 до 1,5В – это сигнал низкого уровня (LOW –сигнал). Второй уровень – сигнал высокого импеданса. Логика работы выходов меняется программированием параметров сервоусилителя. Дискретные выходы получают сигналы о готовности привода к работе, наличии аварии, достижении заданного положения, достижении заданной скорости, управлении удерживающим тормозом серводвигателя, дублировании ноль-метки энкодера и др.

Аналоговые выходы

Сигнальные выходы по напряжению, по которым можно анализировать процессы, происходящие в приводе. Сигналы могут быть пропорциональны скорости вращения и величине крутящего момента.

S-образная кривая разгона

Даёт возможность включения супер-плавного разгона двигателя до пикового значения скорости. В отличие от линейного закона разгона-торможения, отвечающего за постоянное ускорение, S-образная кривая даёт плавное нарастание ускорения до опредленного уровня интенсивности разгона-торможения. Иными словами, сила, разгоняющая нагрузку, нарастает постепенно.

Порт RS485, протоколы цифровой связи

Объединяют множество сервоусилителей  в систему приводов, управляющихся по двум проводам из верхнеуровневого контроллера. Цифровая сеть меняет заданные значения положения, скорости и момента.

Класс защиты корпуса

Формирует защиту корпуса устройства от проникновения внутрь твердых предметов, пыли, а также воды. Защита обозначается латинскими буквами IP и цифрами.  Чем больше цифра, тем сильнее защита корпуса.

Внешний и внутренний тормозной резистор

Серводвигатели, подключенные к силовому выходу сервоусилителя, могут не потреблять электроэнергию напрямую. Например, при торможении инерционной нагрузки, при опускании груза и т.п.  Лишнюю энергию, поступающую в сервоусилитель необходимо куда-то вывести.  Встроенный тормозной транзисторный ключ, в нужный момент подключает к силовым внутренним цепям тормозной резистор, который нагревается и рассеивает излишки энергии.