Reklama: Chcesz umieścić tutaj reklamę? Zapraszamy do kontaktu »
Powrót do listy artykułów Aktualizowany: 2015-09-18
ELEKTRYCZNE SYSTEMY NAPĘDÓW LINIOWYCH

Serwonapędowe systemy posuwów liniowych

ELEKTRYCZNE SYSTEMY POSUWÓW LINIOWYCH SERWO

W ostatnich latach w Polsce można zaobserwować tendencje do ograniczania łańcucha poddostawców przy budowie maszyn przemysłowych. Pochodną tego trendu jest wzrost zainteresowania gotowym systemem przemieszczań liniowych. Wychodząc naprzeciw rosnącemu zainteresowaniu napędami liniowymi, firma Demero-Automation Systems oferuje kompletny system liniowych prowadnic firmy Bahr Modultechnik sterowanych serwonapędami Stöber Antriebstechnik lub Kollmorgen. Systemy te, to przede wszystkim oferta dla producentów maszyn, w których podstawowymi parametrami są niezawodność, wysoka precyzja i powtarzalność pozycjonowania. Wymiernym wkładem w budowę precyzyjnych maszyn naszych klientów jest doświadczenie i doradztwo techniczne inżynierów firmy Demero. Dobór odpowiedniego rozwiązania łączącego serwotechnikę i elektryczne napędy liniowe jest możliwy jedynie, gdy potraktujemy taki układ, jako całość, uwzględniając korelację jednostki napędowej – serwonapędu oraz jednostki napędzanej – prowadnicy liniowej.
Zasadniczą linią podziału napędów liniowych jest mechanizm przeniesienia ruchu obrotowego silnika serwo na ruch liniowy wózka po prowadnicy liniowej. W aplikacjach o małej i średniej dynamice najczęściej stosuję się śrubę z nakrętką kulową lub trapezową (np. jednostki EGK/EGT ). Natomiast w aplikacjach o dużej dynamice doskonale sprawdzają się prowadnice z paskiem zębatym (np. jednostki ELZ ).
Dzięki dynamicznym silnikom serwo i motoreduktorom serwo firmy Stöber Antriebstechnik uzyskiwana jest powtarzalność pozycjonowania 0,1 mm przy prędkościach do 10 m/s dla układów z paskami zębatymi. Wysoka dynamika ruchu w takich rozwiązaniach sprawia, że kluczowym kryterium doboru odpowiedniej jednostki napędzającej jest stosunek bezwładności własnej do bezwładności elementu napędzanego, w tym wypadku najczęściej wózka z zamontowanym obciążeniem. Stosunek ten determinuje możliwości korekcji uchybu przez typowy dla silników serwo regulator PI. Demero wprowadza obecnie do sprzedaży nową generację silników serwo z rodziny EZ – są to ultrakrótkie, wielopolowe silniki wyznaczające nowe standardy w serwotechnice. Synchroniczne silniki serwo typu EZ uzyskują te same parametry napędowe, m.in. moment obrotowy i prędkość wyjściową, jak dotychczasowe silniki serwo przy jednoczesnej redukcji całkowitej długości silnika o połowę. Stosując silniki serwo EZ w połączeniu z napędami liniowymi, uzyskujemy możliwość wyboru spośród dwóch wariantów bezwładności własnej silnika. Dzięki temu nie ma konieczność przewymiarowania serwonapędu dla poprawy stosunku bezwładności. Efektem jest dobór optymalnego rozwiązania, wysoce wydajnego i energooszczędnego. W osiach pionowych stosowanie są często napędy paskowe w systemie omega (serwonapęd znajduje się na wózku). Rozwiązanie to pozwala na ograniczenie wpływu grawitacji, a w przypadku pracy dynamicznej poprawia stosunek bezwładności napędu.
W aplikacjach, gdzie wysoka dynamika ruchu nie jest wymagana, a głównym zadaniem stojącym przed napędem liniowym jest pozycjonowanie z bardzo dużą dokładnością, stosuje się prowadnice liniowe śrubowe. W takich rozwiązaniach uzyskuje się powtarzalność pozycjonowania do ±0, 025 mm dla śruby z nakrętką kulową. Możliwe jest również przenoszenie znacznych mas bez konieczności stosowania dodatkowych przekładni redukcyjnych, a dobór napędu ogranicza się do samego silnika serwo. Sprawność napędów śrubowych z nakrętkami kulowymi dochodzi do 90%. Napędy liniowe śrubowe z nakrętką trapezową, z uwagi na mniejszą sprawność (ok. 50%). Taki napęd liniowy spełnia najczęściej funkcję ustalającą zadaną pozycję, niezmienną w czasie trwania procesu produkcyjnego.
Napędy liniowe Bahr Modultechnik, w zależności od warunków środowiskowych mogą być wykonane ze stali szlachetnej (nierdzewnej), chroniącej najbardziej wrażliwe elementy przed korozją. Prowadnice liniowe z paskami zębatymi przystosowane są do pracy w strefach objętych normami ATEX. Rozwiązaniem ograniczającym wpływy zapylonego lub zanieczyszczonego środowiska pracy są napędy z wózkiem obustronnym, umożliwiające prowadzenie paska na spodniej stronie prowadnicy, gdzie nie osadza się bezpośrednio kurz lub inne zanieczyszczenia stałe. Znacząco podwyższa to żywotność układu liniowego. Ofertę napędów liniowych Bahr Modultechnik wyróżnia duża liczba grup wielkości prowadnic, dzięki czemu poszerza się krąg aplikacji w których takie napędy mogą być zastosowane. Odpowiednio dobrany zestaw optymalnie wykorzystuje możliwości prowadnicy liniowej i układu napędowego.
Połączenie z układem napędowym - serwo realizowane jest poprzez sprzęgło typu ROTEX, adapter z kołnierzem kwadratowym i rantem centrującym. Rozwiązanie to zapewnia sztywne, współosiowe i bezluzowe połączenie silnika z prowadnicą.
Rolę sterownika pozycji pełni serwofalownik 5-tej generacji POSIDRIVE MDS5000 oraz jej najnowsza wersja rozwojowa POSIDYN SDS5000. Ważnym etapem tworzenia aplikacji z napędem liniowym jest przyjęcie na początku właściwego skalowania. Skalowanie realizowanie jest poprzez przeliczenie jednostki ruchu obrotowego silnika (enkodera) na posuw liniowy. W przypadku serwoprzetwornic 5-tej generacji Stöber'a, operacja skalowania dokonywana jest w prosty i czytelny sposób, bez błędu zaokrąglenia niecałkowitego przełożenia przekładni( np. w przypadku zastosowania przekładni walcowych). Serwoprzetwornica MDS/SDS korzysta z iloczynu przełożenia ułamkowego przekładni oraz stałej posuwu – wartości definiowanej dla każdego napędu liniowego. Odczyt pozycji realizowany jest najczęściej poprzez absolutny wieloobrotowy enkoder silnikowy EnDAT. Dzięki takiej konfiguracji punkt bazowy określany jest tylko raz, za pomocą czujnika indukcyjnego umieszonego przy profilu liniowym. Podczas wstępnego ruchu referencyjnego napęd porusza się w specjalnym trybie do miejsca zerowego dla określania pozycji absolutnych. Ruch ten wykonywany jest do momentu rozpoznania na wejściu cyfrowym serwoprzetwornicy aktywnego stanu z czujnika punktu referencyjnego (zerowego). Elektryczny napęd liniowy Bahr Modultechnik wyposażony jest również w styczniki krańcowe, które w przypadku ruchu referencyjnego pełnią rolę zderzaków. Dodatkowo możliwe jest wprowadzenie programowych punktów krańcowych, ustawianych tuż przed stycznikami krańcowymi. Rozwiązanie takie pełni rolę drugiego zabezpieczenia, jak również umożliwia zablokowanie ruchów poza obszar dozwolony. Przydatną funkcją, zwłaszcza podczas pierwszego uruchamiania układu pozycjonowania liniowego jest „Teach in". Tryb jazdy z tą funkcją pozwala na „nauczenie" napędu pozycji, która podczas późniejszej pracy może być pozycją roboczą. Specjalny rejestr umożliwia zapamiętanie do 256 pozycji w tym trybie. Serwoprzetwornice umożliwiają zapamiętanie do 4 niezależnych sparametryzowanych osi, co w przypadku wieloosiowych portali liniowych upraszcza sterowanie. Wykorzystywany jest wtedy przełącznik sygnałów enkoderowych POSISwitch, sterowany z poziomu serwoprzetwornicy MDS/SDS. Umożliwia to pracę do 4 serwo osi w trybie sekwencyjnym, a więc jeden układ sterowania pozycją zamiast 4 oddzielnych. Bogate możliwości programowania i kontroli ruchu niejednokrotnie eliminują lub znacząco odciążają sterownik nadrzędny PLC, z którym serwoprzetwornica może komunikować się, wykorzystując popularne protokoły komunikacji przemysłowej, jak ProfiBus, ProfiNET, CanOpen, EtherCat lub USS. W przypadku współpracy z PLC np. poprzez sieć Profibus, dostępne są wszystkie parametry procesowe, a wykorzystywany w tej komunikacji tryb sterowania komendowego upraszcza parametryzację serwoprzetwornicy. W praktyce często wykorzystywana jest również funkcja punktów przełączających i elektrycznych krzywek, za pomocą których generowane są sygnały wyjściowe do nadrzędnego PLC lub innych napędów, sprzęgając tym samym logikę ruchu w kilku osiach.
Oprócz pojedynczych osi liniowych serwo, Stoeber Polska oferuje układy pracujące w 2 lub 3 płaszczyznach, portale wieloosiowe przygotowane do przenoszenia dużych obciążeń lub realizacji szybkich ruchów z zachowaniem dużej sztywności. Najczęściej w takich układach oferta Stoeber Polska jest bezkonkurencyjna. Dobór całego wieloosiowego układu liniowego z logiką sterującą poddany jest rygorom szeregu wyliczeń mechanicznych, niemożliwych do przeprowadzenia bez uwzględnienia zarówno parametrów samych silników serwo, jak i zastosowanych przekładni redukujących oraz innych elementów przeniesienia napędu.
Zespół doradców technicznych firmy Demero Polska specjalizuje się w doborze aplikacji zarówno od strony obliczeń mechaniki ruchu, konstrukcji jak również integracji w systemie automatyki.

Autor:
Demero - Automation Systems
Źródło:
Demero Sp.j.
Dodał:
DEMERO - Automation Systems

Czytaj także