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四个方法简化运动控制系统设计——降低伺服电机成本

来源:控制工程网2019.11.15阅读 517

  无论是改造项目还是新应用,选择和安装最佳伺服电机,都不是一项简单的任务。任何升级通常都需要调整驱动器、变速箱、编码器以及与电机接触的其它部件。为每个伺服驱动器单独编程和配置,也会增加调试时间和不必要的成本。
  新的伺服技术简化了这些过程,并释放了同步伺服运动控制提供的潜在优势。除了通过基于PC的控制软件支持配置外,新的伺服系统还提供其它关键功能,例如带直接集成驱动器的伺服电机、单电缆连接和板载安全功能。运动控制系统设计中所具有的更大的简化性和灵活性,降低了伺服电机的购置成本,这使其成为运动架构的强有力的竞争优势。
  设置与灵活性
  借助基于PC的自动化软件和EtherCAT工业以太网功能,可以通过简单的工程流程配置多个伺服电机。这种软件用于扫描和配置驱动器,无需从笔记本电脑连接电缆到每个驱动器进行配置。
  支持EtherCAT的网络可提供驱动器配置所需的高带宽和高性能。甚至可以通过EtherCAT现场总线使用通常用于特定供应商的专用软件。工程师必须手动输入的唯一信息是一个电机旋转的机械距离。

自动化软件中集成的运动尺寸调整工具,有助于在图形界面中选择和安装组件。本文图片来源:倍福

  例如,立式填充/形式/密封包装机具有多个运动轴,用于早餐食品袋子生产。过去,如果原始设备制造商(OEM)决定更换电机类型,或者如果最终用户发现现有电机已经接近使用寿命的末期,他们首先需要考虑电机机械方面的约束和其它需要更换的部件。
  传统上,所选择的电机需要单独的配置,以便于高速处理具有精确和可重复性的袋子。如果最终用户制造商需要更改位置配置文件以生成一系列更大的袋子控制工程网版权所有,则工程师必须点到点的为每个轴重新编程,然后如果需要更换产品时,还需要再次重新编程。
  使用具有EtherCAT和基于PC的软件解决方案,可以在几分钟内完成相同的配置或重新配置,该解决方案利用了伺服电机的可变速度和定位。如果需要二次反馈,自动化软件还可以像伺服电机一样轻松配置单独的编码器。
  EtherCAT为电机、驱动器和输入/输出(I/O)系统提供实时发送诊断的能力。某些软件平台的测量功能,可提供有关点位置、速度和扭矩的精确数据,以监控和最大化性能。
  此应用程序带来的最大好处是通过简化的运动工程环境减少了混淆。寻找可以执行运动系统配置的软件,以及在同一平台上运行可编程逻辑控制器(PLC)、人机界面(HMI)和所有其它机器控制功能是非常重要的。这消除了仅用于伺服系统的软件需要。一些供应商的软件产品还包括集成的运动大小调整工具,这有助于通过图形界面选择和安装组件。这些软件产品对于伺服电机和其他难以集成的组件(例如小齿轮齿条、传送带或曲柄臂)非常有用。
  伺服电机的新功能
  更高的灵活性,使工程师能够在不中断设备预算的情况下实施伺服电机。不仅缩短了编程时间,还可降低人工成本,使实施这些技术的总价格更接近步进电机。这是幸运的,因为之前尽管可以提供潜在的同步运动控制以及伺服技术最新的进展,但成本问题实际减缓了某些工厂对伺服电机接受的速度。
  同步电机通过闭环控制提供更高的精度。伺服电机发送反馈,允许驱动器在没有单独编码器的情况下跟踪其位置。它们比类似尺寸的步进电机使用更少的能量,同时以更高的速度提供扭矩。伺服系统还有内部绕组,可以更有效地散热。新功能,例如带集成驱动器的电机、安全技术和单电缆技术(OCT),可增强伺服电机带来的潜在收益。
  带集成驱动器的伺服电机,有助于创建有效的分布式伺服系统。将伺服驱动器和伺服电机组合在一个设备中,可节省控制柜中的空间,并可节省更多成本。集成的安全力矩关闭(STO)和SS1运动安全功能等控制工程网版权所有,通过减少对这些任务的单独I/O端子或其它硬件的需求,可以进一步节省成本。
  虽然伺服电机的灵活性增加了,但很多电机的尺寸却没有多大变化。通过将放大器集成在外壳的后部,电机可以保持相同的法兰规格和相似的尺寸,并且长度只是稍微增加。这减少了新设计机器的占地面积,并消除了因机械改变所改造的昂贵的费用。单电缆技术将电源和反馈结合在一根电缆中,可将布线工作量和潜在故障点减少50%,并支持所有电机尺寸和类型。

单电缆技术可以支持各种尺寸的伺服电机,从连接到I/O端子外形的紧凑型驱动器的低功率选项到需要大型驱动器的大型F7法兰电机。

  通过单电缆自动化解决方案,分布式伺服系统通过使用IP65级配电箱www.cechina.cn,进一步增强了无外壳运动控制架构。这支持需要在模块化机器设计中,运行多个运动轴的应用。单电缆连接其余的控制柜和配电箱,配电箱连接多个带集成驱动器的伺服电机以及附加配电箱(如果需要额外的轴)。多种连接器类型与基于PC的控制软件和EtherCAT的直观配置相结合,可创建即插即用的解决方案。
  带有集成驱动器的伺服电机有利于改造项目和新应用控制工程网版权所有,与EtherCAT和PC控制配合使用还可缩短调试时间。与传统控制系统相比控制工程网版权所有,这些优势会变得更具经济效益,也更易于实施。闭环控制的优势,同步电机技术的进步以及整体更简单的配置相结合,使伺服电机成为旋转运动要求的理想选择。(作者:MattPrellwitz) 
 

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