HANDBOK Kapitel 2 DRIVTEKNIK MED SERVOMOTORER Intelligenta servosystem från LUST Moderna digitala positioner- och servodrivningar med flexibel modulär design, enkla att använda och lätta att installera. Nov-00 http://www.sigbi.se med länkar till LUST, SULZER, SIGMATEK och MTE Wärdshusvägen 20 263 93 HÖGANÄS Tel: 042-65 400 * Fax: 042-65 470 E-mail: info@sigbi.se
Innehåll 2. SERVOSYSTEM... 2-2-2 MasterControl MC7000... 2-3 2.2. Krav på servodrifter... 2-4 2.2.2 Kommunikation... 2-4 2.2.2 MC7000 TEKNISK SPECIFIKATION... 2-5 2.2.2 Urval av drivpaket... 2-6 2.3 DRIFTSÄTT MED SERVOSYSTEM... 2-7 Driftsätt: Varvtalsreglering med extern lägereglering... 2-8 Driftsätt: Varvtalsreglering via impulsingång... 2-8 Driftsätt: Varvtalsreglering med ±0V-börvärdeinmatning... 2-8 Driftsätt:Varvtalsreglering med fasta varvtal... 2-8 Driftsätt:Vridmomentreglering... 2-8 Driftsätt:Elektronisk växel... 2-9 Driftsätt:Stegmotordrift... 2-9 Driftsätt:Punkt-till-Punkt-Positionering... 2-0 2.4 Positionering och sekvensstyrning... 2-2 2.4. Teknik... 2-2 2.4.2 Programmering... 2-3 2.4.3 Användningsexempel... 2-4 2.4.4 Operatörspanel CP00 för PosMod... 2-5 2.5 TILLBEHÖR TILL MasterDrive... 2-6 2.5.Översikt: Tillbehör för extern montering... 2-6 2.5.2 Nätreaktorer... 2-6 2.5.3 Nätfilter... 2-6 2.6 REGLERTEKNISKA BEGREPP OCH FUNKTIONER... 2-7 REGLERKRETSAR... 2-7 VRIDMOMENT... 2-7 Översikt... 2-7 Grundprincip för momentreglering... 2-8 Varvtalsregleringens grundprincip... 2-8 Grundprincipen för positionering... 2-9 Reglerstruktur hos MC7000... 2-20 Elektrisk axel... 2-22 Fininterpolation... 2-22 2.7 SERVOMOTORER... 2-23 2.7. Definition av moment och varvtalskarakteristik... 2-23 2.7.2 Beskrivning av servomotorer... 2-24 Olika typer av växelströmsmotorer... 2-24 2.7.3 Accelerationstid för typiska servomotorer... 2-25 2.7.4 Beräkning av motorers termiska gräns... 2-25 2.7.5 Dimensionering och val av bromschopper... 2-26 2.8 MOTORDATA... 2-27 2.8. Utförande av servomoterer... 2-27 2.8.2 Dataöversikt... 2-28 2.8.3 TEKNISK A DATA FÖR PSx-xx SYNKRON SERVOMOTORER. 2-29 2.8.4 TEKNISKA DATA FÖR ASYNKRON-SERVOMOTORER ASx-xx 2-30 2.9 VÄXLAR... 2-3 2.0 VINKELGIVARE... 2-32 2. ELANSLUTNINGAR... 2-34 2.. KRAFTANSLUTNINGAR MC7000... 2-34 2..2 Styranslutningar MC7000... 2-35 2.2 EMC-RIKTIG INSTALLATION... 2-37 2.3 INSTÄLLNINGAR... 2-38 Översikt... 2-38 2.3. Mjukvarustruktur... 2-38 2.3.2 Betjäning med KeyPad... 2-38 2.3.3 PC dataprogram för servoförstärkare och frekvensomriktare... 2-39 2.3.4 Parametrering av servoförstärkaren... 2-40 2.3.5 Börvärdeinmatningens struktur... 2-4 2.3.6 Speciella funktioner hos MC7000... 2-42 2.4 INSTALLATION OCH IDRIFTTAGNING... 2-43
2. SERVOSYSTEM Servosystem - MASTERDRIVE Systemet för automatisering av högdynamiska rörelseförlopp BASIC och MOTION versionerna av MASTERCONTROL servoförstärkare har utvecklats som resultat av erfarenheter som samlats från många olika tillämpningar. Deras olika driftsätt beskrivs nedan. n t APPLIKATIONSPAKET: BASIC BASIC Driftsätt: Hastighetsreglering med extern lägereglering Hastighetsreglering med ± 0 V referenssignal Hastighetsreglering med fasta varvtal Hastighetsreglering via pulsingång Vridmomentreglering APPLIKATIONSPAKET: MOTION A MOTION B Alla BASIC driftsätt plus följande driftsätt: Stegmotordrift Elektronisk växel Punkt-till-punkt positionering för snabb och enkel styrning av rörelseprofiler Positioneringssystem: POSMOD A MOTION B Enaxligt positioneringssystem och operatörspanel Självständigt fritt programmerbart system Enkelt att programmera och använda Det kompletta servosystemet koordinerat och optimerat för att Du snabbare skall komma igång med Din drift. Instllationsanvisning på svenska! Det modulära servosystemet MASTERDRIVE består av synkron- eller asynkronservomotor med motsvarande encoder och konfektionerad kabel, den universella MASTERCONTROL servoförstärkaren med olika driftsätt, och den användarvänliga DRIVEMANAGER mjukvaran som är perfekt för enkel betjäning och anpassning till olika typer av tillämpningar. Det är med nöje som vi åtar oss att programmera enligt dina specifikationer för positionering och sekvensstyrning, så att allt du behöver göra är att koppla in och a. 2 -
VAL Hz VAL Hz Genomtänkta funktioner och rätt dimensionering ger nya möjligheter att öka Din konkurrenskraft Drivsystemets funktion blir bättre och totalkostnaden lägre om man känner till och kan använda de funktioner som redan finns inbyggda i frekvensomriktaren. Funktionerna finns redan i SMARTDRIVE frekvensomriktare, SIGBI har de kunskaper och erfarenheter Du kan behöva när det gäller dimensionering samt problemlösningar. SMART CARD DRIVEMANAGER KEYPAD Egenskaper Fler funktioner genom användning av Vecon-Chip Små dimensioner för 2 A, 4 A och 8 A regulatorer Parametereditor Parametereditor BASIC driftssätt: Sidan Varvtalsreglering med 5 extern positionering Varvtalsreglering med 5 ±0 V börvärde Varvtalsreglering med 5 fasta varvtal n BASIC t för tillämpningspaket BASIC Parametereditor Byggform M Inbyggnadsmått 55 mm Synkronmotorer PSM... Sid 3 och 6 M N = 0,32... 0,9 Nm Varvtalsreglering via 5 impulsingång Vridmomentreglering 5 N 70 mm M N = 0,55... 2,0 Nm MOTION driftssätt: Stegmotordrift 6 Elektronisk växel 6 Punkt-till-Punkt- 7 positionering PosMod Självständigt enaxligt 9 positioneringssystem A MOTION B M N =,3... 6,5 Nm M N = 3,5... 6,5 Nm 0 92 mm 0 mm 2 40 mm M N = 0,8... 4, Nm M N = 3,2... 8,6 Nm M N = 7... 25 Nm SMART C ARD SMARTCARD MC7000 med motorspecifika parametrar för tillämpningspaket BASIC MOTION M N = 3... 47 Nm 3 90 mm tillämpningsstyrt PC-program M N = 40... 43 Nm 4 260 mm Valbara driftsätt: Varvtalsreglering med extern positionering Varvtalsreglering med ±0V-börvärdeinmatning Varvtalsreglering med fasta varvtal Varvtalsreglering via pulsingång Vridmomentreglering Stegmotordrift Elektronisk växel Punkt-till-Punkt-positionering Asynkronmotorer ASM... Sid 3 och 7 SIGBI delar gärna med sig av sina kunskaper och erfarenheter när det gäller problemlösningar, dimensionering mm. 2-2
2.2 MASTERCONTROL MC7000 De viktigaste egenskaperna hos denna servoförstärkare är: Exceptionella rotationsegenskaper En enhet för drift av asynkroneller synkron- servomotorer Drift av asynkronmotorer i fältförsvagningsområde :4 Integrerade, valbara driftsätt CAN-bus och Profibus nätverk Automatisering med PROFIBUS-DP Skräddarsytt för Dina drivtekniklösningar Gateway CP-DP från LUST gör det möjligt att ansluta 0 st elektroniska drivenheter (frekvensomriktare eller servo). Varje drive kommer att uppföra sig som en direktansluten PROFIBUS nätveksanvändare. Med flexibiliteten hos MC7000 gör applikationspaketen det möjligt att komma till en lösning på standard rörelseuppgifter och efter hand omsätta dem i praktiska driftssätt. Varje applikationspaket är utrustat med utvald hårdoch mjukvara, som är optimerad för alldeles bestämda driftssätt. PC användarmjukvaran DRIVEMANAGER är en förutsättning för att kunna utnyttja applikationspaketet för servoförstärkaren. Nu är allting riktigt enkelt med PC användarmjukvaran DRIVEMANAGER. Koppla in servoförstärkaren efter det givna schemat för det driftsätt du har i din tillämpning 2. Lägg in DriveManager i din PC, välj motortyp och driftssätt ur DriveManagers bibliotek. 3. Starta. Detta är bara några av dess speciella egenskaper: Användarinterface under Windows TM Idrifttagning med grafiksk support Driftsättoriade inställningar Styrning av servoregleringen Omfattande diagnostik Bekvämt digitalt scope, bland annat med registrering av stegsvar för snabb optimering av regleringen Överföring och lagring av datasatser Drivenheter i nätverk Bibliotek för motordata Bild.: Driftsätten aktiveras med DRIVEMANAGER genom att välja select operation från meny Active device. 2-3
2.2. Krav på servodrifter hög dynamik jämnt gång vid låga varvtal hög positioneringsnoggrannhet stort varvtalområde, 4-kvadrantdrift bra regleregenskaper (med varierande last) liten volym och vikt hög verkningsgrad hög tillförlitlighet, lång livslängd hög kapslingsklass = Kriterier för val av servoutrustning Vilka fördelar har man med Servosystem MAS- TERDRIVER? En servoförstärkare som både används för asynkronmotorer och synkronservomotorer. Detta innebär att inlärningen går snabbare inlärning och dokumentationen blir mindre omfattande. Härmed sänks också reservdelskostnaderna. KEYPAD, samma betjäningsenhet för servoförstärkare och frekvensomriktare. Härmed sänker man uppbådet av inarbetning och dokumentation. SMARTCARD med motor- data och komplett reglerdi- mensionering. Härmed får man högre säkerhet vid idrifttagning. SMART CARD Härmed sänker man kostnaderna för idrifttagning. SMART C A R D Servoförstärkare med integrerad positioner- och körprofilstyrning. Härigenom minskar platsbehovet i apparatskåpet. Härmed minskar kostnaderna för ledningsdragning. Härmed reduceras eftersläpningsfelet och man avlastar det centrala styrsystemet. Systemlösning med asynkron- och synkron-motorer. Asynkron servomotor Synkron servomotor Driftsmässigt optimal lösning Mindre byggvolym Större varvtalsområde med Optimal dynamik med konstant maxeffekt Underhållsvänlig Mycket god momentreglering Du har möjlighet att realisera en lösning som tekniskt och driftsmässigt är optimal. CE-märkta. Härigenom kan man CE-märkta sin maskin eller anläggning utan att bekymra sig för drivutrustningen. Se Kapitel 8 angående kommunikation via CAN, PROFIBUS etc. SMART CARD Speciella egenskaper med MASTERDRIVE fullständig digital reglering utmärkta regleregenskaper i alla driftsfall synkron- och asynkronmotorer resolver och optiska givare flexibelt, modulärt koncept automatiserad reglerdimensionering med SMARTCARDVilka fördelar har man med Servosystem MASTERCONTROL? En servoförstärkare som både används för asynkronmotorer och synkronservomotorer. Detta innebär att inlärningen går snabbare inlärning och dokumentationen blir mindre omfattande. Härmed sänks också reservdelskostnaderna. Systemlösning med asynkron- och synkron-motorer. Asynkron servomotor Synkron servomotor Driftsmässigt optimal lösning Mindre byggvolym Större varvtalsområde med Optimal dynamik med konstant maxeffekt Underhållsvänlig Mycket god momentreglering Du har möjlighet att realisera en lösning som tekniskt och driftsmässigt är optimal. 2.2.2 Kommunikation Seriellt gränssnitt RS485 Standardfunktion För att göra parameterinställningar och styra via PC Baudrate inställbar från.200 till 57.600 Baud Interfacekabel RS485-RS232 För nätanslutning via LustBus, max. 30 anslutningar Matningsspänning Potentialfri för att förbättra störhållfastheten eller användning av den interna försörjningsspänningen CAN-Bus-Interface MC7000: Tekniska data Matningsspänning Strömförbrukning Överföringshastighet Överföringsmedium C ( x Sub-D 25-polig) med adaptermodul AM00 eller EKL300 ansl. 2 x Sub-D 9-polig 24 VDC ±20% för styrdel MC6000 24 VDC ±0% för CAN-bus, pinne 9 X,X2) Max 3 A (optionsplats och 2 bestyckade, typiskt 0,5 A Från 50 kbit/s ( km ledningslängd) till MBit/s (40m ledningslängd) inställbart CAN-Bus enligt ISO898 Protokoll: CAL nivå 7, dock med fasta identifiers InterBus-S-Interface MC7000:C Lokalbus (2 x Sub-D 5-polig) C7 Fjärrbus (2 x Sub-D 9-polig) Tekniska data Matningsspänning Strömförbrukning Gränssnittutförande 24 VDC ±20% för styrdel MC6000 Max 3 A (optionsplats och 2 bestyckade, typiskt 0,5 A C - lokalbus C7 - fjärrbus (2 ledare) Modulidentnummer Leveransinställning 2, inställbart Data Processdata -styrord -Börvärde, kanalbredd inställbart PCP-data -kanalbredd inställbar 2-4
VAL Hz VAL Hz 2.2.2 MC7000 TEKNISK SPECIFIKATION Inbyggt nätfilter (Gränskurva A Industrimiljö) Beteckn. Enhet MC7402 MC7404 MC7408 MC742 MC746 MC7432 MC7464 Utgång, motorsida Ingång, nätsida Bromschopper Montering Märkeffekt (400V matning) ) S kva,4 2,8 5,5 8,3 22 44 Märkeffekt (460V matning) ) S kva,6 3,2 5,5 9,5 22 50 Spänning (RMS) U V 3 x 400/460 Kont. ström (RMS) (400V/460V) ) IN A 2 / 2 4 / 4 8 / 7,5 2 / 2 6 / 4 32 / 28 64 / 64 Pulsström under 0 sek Imax A 2 I N,5 I N Motorsystem Kortslutningssäkerhet hellan faser och mot jord ) Vid leveransinställning 8 khz switchfrekvens hos slutsteget (4 khz med MC7464). Alla andra uppgifter gäller oberoende av slutstegets switchfrekvens! 2) Vid switchfrekvensen 6 khz (8 khz för MC7464). 3) Servoförstärkare MC7464: Leveransinställning 4 khz. 4) Vid märkspänning och märkström. Asynkron- eller synkronmotorer ja, men ej på plintarna för bromsmotstånd Matningsspänning U V 3 x 400/460 ± 0% Högsta bromseffek med internt PSP k W,9 3,4 6 6 6 bromsmotstånd ( max varaktighet) (7 s) (0 s) (3 s) (8 s) (8 s) Cyklisk bromsning Peff W 8 0 8 0 4 0 9 0 3 0 Minimum resistans i ohm för externtrmin Ω 280 60 90 33 3 0 bromsmotstånd (Utförandekod BR3) Högsta bromseffek med externt PSPex kw,9 3,4 6,0 6,8 42 55 bromsmotstånd Rmin Motorkabellängd L ML m 0... 0 m, med lastreduktion 0... 50 m Skyddsklass Montagesätt IP20, VBG4 Vertikalt väggmontage Vikt m kg 3,7 7,5 0 5 Mått ØA mm Ø 4,8 Ø 5,8 Ø 7 B mm 347 360 440 C mm 35 345 425 D mm 65 42,5 90 285 E mm 7,5 F mm 40 00 50 240 G mm 6 9 (G = D) H mm 260 260 290 J mm 2 ; ;; ;; ; ; ;; ;;; ; Minsta montageavstånd K mm 00 50 L mm 0 0 M mm 0 0 Kontakta SIGBI för fullständiga data B C D F G L K K A SMART CARD E M J H 2-5
VAL Hz 2.2.3 Urval av drivpaket De mest populära motorerna och sevoförstärkarna har här valts ut från ett stort antal möjliga versioner och systemkombinationer, och dessa kan erhållas med kort leveranstid. Synkron- och asynkron servomotorerna är enhetligt konstruerade för att ge bästa resultat, särskilt med tanke på MASTERCONTROL MC7000 sevoförstärkare. Konstruktionsmässigt skiljer de sig huvudsakligen när det gäller rotorns funktionsprincip. Kortsluten burlindning i Asynkron-servomotorer ASx Permanentmagnetiserad rotor i Synkron-servomotorer PSx Preferenstyper Maxmoment för drivpaketet Märkvarvtal Motorns tröghetsmoment Acceleratiostid ) Nätfilter Nätreaktor (rekommenderad typ) Installationsfönster [mm] Servomotor Servoförstärkare 2) M max [Nm] n N [rpm] J L [kgcm²] t B [ms] 55 70 PSM-M4-20R86-4 MC7402.9 6000 0.45 5 internt DND 6 MC7404 3.2 9 PSM-N4-20R84-4 MC7402 2.4 4000 0.22 4 internt DND 6 PSM-N6-20R84-4 MC7402 4 4000 0.57 6 internt DND 6 MC7404 8 3 internt DND 6 92 PSM-03-20R83-4 MC7402 6. 3000 5.3 28 internt DND 6 MC7404 9.2 9 internt PSM-04-20R83-4 MC7404 0.3 3000 7.4 23 internt DND 6 MC7408 6.4 5 NFD 0.3 DND 4 0 ASM-2-20R23-0 MC7402 3.8 3000 3.7 3 internt DND 6 MC7404 6.8 7 internt PSM-3-20R83-4 MC7404.8 3000.7 32 internt DND 6 MC7408 22.4 7 NFD 0.3 DND 4 40 ASM-22-20R23-0 MC7404 8.4 3000 4.4 26 internt DND 6 MC7408 6.7 7 NFD 0.3 DND 4 PSM-23-20R83-0 MC7408 24.5 3000 28 36 NFD 0.3 DND 4 MC742 36.8 24 NFD 25. DND 8 MC746 44.8 20 NFD 25. DND 24 ASM-25-20R22-0 MC7408 3.5 3000 38.4 26 NFD 0.3 DND 4 MC742 47.3 7 NFD 25. DND 8 90 ASM-32-20R2-0 MC7408 40 500 90 36 NFD 0.3 DND 4 MC742 60 24 NFD 25. DND 8 MC746 68 2 NFD 25. DND 24 ASM-34-20R2-0 MC742 66.7 500 209 50 NFD 25. DND 8 MC746 88.9 37 NFD 25. DND 24 MC7432 40 24 NFD 50. DND 45 260 ASM 43-20R2-0 MC7432 47.4 500 960 03 NFD 50. DND 45 MC7464 22. 69 NFD 80.0 DND 75 ) Acceleration med maxmoment, utan last, från stillestånd till märkvarvtal 2) Tillämpningar med varvtalsreglering: Applicationpaket BASIC Elektronisk växel, stegmotor mode: Applicationpaket MOTION En-axligt positioneringssystem: Applicationpaket POSMOD 2-6
2.3 DRIFTSÄTT MED SERVOSYSTEM MASTERCONTROL MC7000 är en mycket flexibel fulldigital servoförstärkare. Du kan välja applikationspaket BASIC eller applikationspaket MOTION. Med de olika applikationspaketen, som består av specifik apparathårdvara- och mjukvara, får servoförstärkaren en funktionalitet som möjliggör lösning av vitt skilda drivtekniska uppgifter. Härmed har du en servoförstärkare som är speciellt anpassad för lösningar av bestämda drifter. I varje applikationspaket kan man välja ett eller flera driftsätt. Därmed kan man målinriktat aktivera de för tillämpningen nödvändiga funktionerna samt lätt och snabbt ta servosystemet i drift. n APPLIKATIONSPAKET BASIC BASIC t Applikationspaketet BASIC innehåller driftsätten varvtalsreglering med extern lägesreglering, varvtalsreglering med ±0V-börvärdeinmatning, varvtalsreglering med fasta varvtal, varvtalsreglering via impulsingång och momentreglering. Dessa driftsätt erbjuder följande fördelar: Endast en vinkelgivare behövs för vridmoment- och varvtalsreglering och kan dessutom även användas tillsammans med en extern lägesreglering (t ex PLC med NC). Härigenom sparar man in yttre vinkelgivare och dess kablage. Korta cykeltider i reglerkretsarna: Vridmomentreglering 62,5 µs och varvtalsreglering 250 µs. Härigenom får man en utomordentligt bra reglerkvalitet. X5 Styranslutningar max. 20 m 2 0 V - 0 V Matningsspänning för börvärdeinmatning 3 4 ISA0- ISA0 Ingång: Fritt programmerbar (analog/digital) 5 6 ISA GND_ISA Ingång: Fritt programmerbar (analog/digital) NC 7 8 24 V 24 V Matningsspänning för digitala In- och Utgångar 9 IS00 Ingång: Start reglering 0 IS0 Ingång: Fritt programmerbar (digital) 24 V 2 3 4 5 ENPO OS00 OS0 DGND 24 V_EXT Reglerspärr slutsteg Utgång: Fritt programmerbar (digital) Utgång: Fritt programmerbar (digital) digital jord Nätdel 24 V 24 V ± 0 %, 3 A GND 2 6 7 GND_EXT GND_EXT Anslutningar för styrspänning (endast för utförande SN2) 8 9 20 OS03 OS02/3 OS02/4 Ej ansluten Relä-utgång, programmerbar M 3~ ➀ Alla kabelskärmar skall ha omslutande jordning i båda ändarna till gods via kabelförskruvning! ➁ Styrspänningsanslutning skall endast användas med utförande SN2 (extern matning av styrdelen)! 2-7
VAL Hz VAL Hz VAL VAL Hz VAL Hz Hz n BASIC t Driftsätt: Varvtalsreglering med extern lägereglering Med driftsättet Varvtalsreglering med extern lägesreglering kan MC7000 styras direkt med en NC som utför lägesregleringen. Detta driftsätt kännetecknas av följande egenskaper: Encodersimuleringens pulsantal med resolveranvändning är parametrerbart. Analogingångens upplösning: 2 Bit Vridmomentbegränsning kan göras via analogingång 2. analogingång, 3 digitalingångar, hårdvarureglerspärr, 2 digitala utgångar, reläutgång n BASIC t Driftsätt: Varvtalsreglering med ±0V-börvärdeinmatning Driftssättet Varvtalsreglering med ± 0 V börvärdeinmatning kännetecknas av följande egenskaper: Linjära och sin²-formade ramper med rörelser som är särskilt skonsamma för mekaniken Inmatning av analoga börvärden Analogingångens upplösning: 2 Bit Vridmomentbegränsning kan göras via analogingång 2. analogingång, 3 digitalingångar, hårdvarureglerspärr, 2 digitala utgångar, reläutgång n Encodersimulering NC Varvtalsbörvärde ± 0 V BASIC t Driftsätt: ;; ; MASTERDRIVE ;;;; ; ;;;; ; ;;; ;; ; Varvtalsreglering via impulsingång n NC BASIC Varvtalsbörvärde ± 0 V t Driftsätt: MASTERDRIVE ;; ;; ;; ;;;; ;;;; ; ;; Varvtalsreglering med fasta varvtal Med driftssättet Varvtalsreglering med fasta varvtal kan man lägga in upp till fyra fasta varvtal i MC7000, som sedan under pågående drift väljs via två binärkodade ingångar. Med driftssättet Varvtalsreglering via impulsingång följer MC7000 varvtalet hos en masteraxel med kvartskristallnoggrannhet. Eftersom ingen lägesreglering är aktiv, måste man beakta att just varvtalen och inte vinkellägena hos master- och slavaxlarna synkroniseras. Drifsättet kännetecknas av följande egenskaper: Utstyrning med RS422-nivå (±5 V) via: - Signaler från en inkrementalgivare med fyrkantpulser, - Encodersimulering från en MC6000 eller MC7000 eller - Puls-riktningssignaler (virtuell masteraxel) Kvartskristallnoggrann varvalsföljning a) b) G NC Vinkelgivare MASTERDRIVE n n2 n NC BASIC Driftsättet Vridmomentreglering lämpar sig mycket bra för reglering av dragkraft och erbjuder följande egenskaper: Varvtalsbegränsning via intern varvtalsbegränsningsregulator Analogingångens upplösning: 2 Bit analogingång, 3 digitalingångar, hårdvarureglerspärr, 2 digitala utgångar, reläutgång NC n0 n Börvärde uppnått t Vridmomentbörvärde ± 0 V Driftsätt: MASTERDRIVE MASTERDRIVE ;; Vridmomentreglering S0 S2 S S0 ; ;; 2-8
VAL VAL Hz Hz VAL Hz A MOTION B APPLIKATIONSPAKET MOTION Applikationspaket MOTION innehåller driftsätten: Stegmotordrift Elektronisk axel Punkt-till-Punkt-positionering Enaxligt positioneringssystem Dessa driftsätt innehåller en lägesregulator med en cykeltid på 250 µs. I motsats till en extern lägesregulator framkommer därigenom följande fördelar: Inbesparing av vinkelgivarutvärdering i styrningen Mindre omfattande kablage Minimala dödtider i lägesreglerkretsen, och därför utomordentligt bra reglerkvalitet Applikationspaket MOTION kan endast betjänas med betjäningsmjukvaran DRIVEMANAGER. A B Driftsätt:Elektronisk växel A B Driftsätt:Stegmotordrift MOTION Elektroniska växlar ersätter i allt högre grad mekaniska växlar och kamaxlar i maskintekniken, på grund av att de oftast är både noggrannare och mindre kostbara, större flexibilitet tillåts vid maskinkonstruktion och stilleståndstiderna vid produktionsväxling blir kortare. MC7000 med driftsätt elektronisk växel erbjuder följande egenskaper: Utstyrning med: - Signaler från en inkrementalgivare med fyrkantpulser - Encodersimulering från en MC6000 eller MC7000 Online inställbart utväxlingsförhållande med 6-Biträknare och 6-Bit-divisor Synkroniseringsnoggrannhet ner till under 0, Referenskörning med nollpunktskorrigering Utvärdering av gränslägesgivare Förskjutning av synkroniseringspositionen (Registerstyrning) 2 digitala ingångar, hårdvarureglerspärr, 6 digitala utgångar, reläutgång. MOTION I driftsättet Stegmotordrift kan MC7000 direkt styras med en stegmotorstyrning och erbjuder följande egenskaper: Inga tappade eller överhoppade steg Jämn rotation, även vid låga varvtal Maximala stegfrekvensen är endast begränsad av det maximala motorvarvtalet 6 till.048.576 steg per varv Vinkelnoggrannhet ner till under 0, Referenskörning med nollpunktskorrigering Utvärdering av gränslägesgivare 2 digitala ingångar, hårdvarureglerspärr, 6 digitala utgångar, reläutgång Stegmotorstyrning Positionsbörvärde MASTERDRIVE Z X Y MC7000,BASIC som Master MASTERDRIVE s NC Börvärde t MC7000, MOTION som Slav MASTERDRIVE 2-9
VAL Hz A B Driftsätt: Punkt-till-Punkt-Positionering MOTION MC7000 med driftsätt Punkt-till-Punkt-Positionering erbjuder följande egenskaper: Maximalt 5 valbara körinställningar för absolut eller relativ positionering Linjär eller sin²-formade varvtalsramper för rörelser som är särskilt skonsamma för mekaniken Referenskörning Utvärdering av gränslägesgivare 2 digitala ingångar, hårdvarureglerspärr, 6 digitala utgångar, reläutgång Med driftsätt Punkt-till-Punkt-Positionering genererar en styrning eller DRIVEMANAGER upp till 5 körinställningar, som offline via Bussystem kan överföras till MC7000. Styrningen väljer sedan online ut den aktuella körinställningen, antingen via Bussystemet (CAN-Bus) eller via 4 binärkodade ingångar. DriveManager används för inmatning av rörelseprofil med målposition, hastighet och acceleration Exempel: Digital styrning Tabell för positionssatser: Satsnr. Målposition Mode Hastighet Acceleration 500 Absolut 3000 80% 2 2000 Absolut 000 50% 3 000 Absolut 3000 00% 4 3500 Absolut 3000 50% 5 0 Absolut 3000 50% 6-000 Absolut 000 50% 7 0 Absolut 0 0 : : : : : Rörelseförlopp: Position ; Pos A MASTERDRIVE ;; Pos B A B... C Uppnådd målposition ; ; 4 Linjära och sin 2 -formade varvtalsramper MC7000 har en rampgenerator som kan generera linjära hastighetsramper för högdynamiska rörelser och sin 2 -formade varvtalsramper för särskilt mekanikskonande förlopp. Detta har följande fördelar: Mekaniken vibrerar mindre. Materialutmattning på grund av laständringar reduceras. Mindre risk för haverier i mekanik med spel. n ACCR JTIME DECR Bild: Rampgenerator med sin²-formade varvtalsramper ACCR: Accelerationsramp DECR: Retardationsramp JTIME: Rundningstid Sträckad: Ramper utan avrundning (JTIME = 0) t s 0 2 3 5 5 6 t Om funktionerna i Punkt-till-Punkt-Positionering inte räcker till för att lösa en bestämd drivteknisk uppgift, då finns driftsättet POSMOD (se sid 9). Vi kan även erbjuda dig att vi tar fram ett speciellt positionerings- och rörelseprogram för din specialla tillämpning. Kontakta oss gärna angående detta. 2-0
GND- IN GND- OUT Speed and Torque Control Stepper Motor El. Gearing P-P-Positioning A MOTION B Inkopplingsexempel: Särvoförstärkarens in- och utgångar konfigureras automatiskt när du väljer ditt driftsätt (t ex Punkt - till - Punkt positionering) Ledningsdragning med Punkt-till-Punkt-positionering X5 max. 20 m 2 0 V - 0 V 3 4 ISA0- ISA0 Neg. ändlägesbrytare 5 6 ISA GND_ISA Feed hold 7 24 V NC 8 9 0 24 V IS00 IS0 Hand/Automatik Pos. ändlägesbrytare MC7402 - MC7408 2 3 4 ENPO OS00 OS0 DGND Frigivning av slutsteg Driftberedd Stillestånd Digital jord X3 5 24V_EXT 2 6 GND_EXT 7 GND_EXT 8 OS03 24V Nätdel 24 V ± 0 %, 5 A GND Brun M 3~ Vit 9 20 OS02/3 OS02/4 ; ; ;; X3 Reläutgång för hållbroms Anmärkning: Anslutning X3 via plint, se kapitel 4.4.9. X3 MC742 - MC7464 25 3 24V-IN 24V-IN 24V-IN GND-IN GND-IN GND-IN GND-OUT GND-OUT I0 I I2 I3 I4 I5 I6 I7 O0 O O2 O3 24V- OUT EKL300 24V GND 4 5 22 2 20 9 8 7 6 5 4 9 8 7 6 5 4 3 2 OE03 OE02 OE0 OE00 24V-OUT GND-OUT 24V 4 DGND n.c. GND-IN IE07 IE06 IE05 IE04 IE03 IE02 IE0 IE00 Utgång: Eftersläpningsfel Utgång: Referenspunkt definierad Utgång: Axel i position Utgång: Axel i position 0 24V-inmatning för utgångarna OE00... 03 Signaljord för utgångarna OE00... 03 Signaljord för ingångarna IE00... 07 Ingång P3 Ingång P2 Ingång P Ingång P0 Ingång : Jog- Ingång : Jog Ingång : Startsignal Ingång : Referensnock ➀ Alla kabelskärmar skall i båda ändarna anslutas med kabelklammer till jord i apparatkapslingen! ➁ Använd styrspänningsanslutning enbart med utförande SN2 (extern försörjning av styrdelen)! Tekniska data: Se bilaga A.4. ➃ Servoförstärkarens interna 24V används för försörjning av in- och utgångar på X5 (max. sammanlagd belastning =: 200 ma). 2 -
VAL Hz VAL Hz VAL Hz VAL Hz VAL Hz 2.4 POSITIONERING OCH SEKVENSSTYRNING I en och samma enhet - MC7000 POSMOD positionsstyrning kombineras egenskaperna hos en en-axlig positions- och sekvensstyrning och servoförstärkare. Den styr såväl motorns rörelser som enkla NC-sekvenser. 2.4. Teknik Sequence control MC7000 POSMOD Position control Motor controller Sekvensstyrning Bearbetning av in- och utgångar Logiska länkar Grundläggande beräkningssätt Jämförande driftsätt Variabler, flaggor, räknare och timers Max. 700 programsatser Satsväxling på 5 ms Positionsstyrning Punkt-till-Punkt positionering Flygande ändring av inställningar, utan mellanliggande p. Linjära och sin 2 -formade ramper Motorstyrning Position, hastighet och momentreglering Positionsreglering med 0.25 ms cykeltid Minimalt eftersläpningsfel och maximal profilnoggrannhet. Enkelhet SIO MC7000 POSMOD innehåller två enheter i en: en positions- och sekvensstyrning och en motorstyrning. Du minskar kostnaderna eftersom du inte behöver någon positioneringsmodul i ditt PLC. I enklare tillämpningar spar du in kostnaderna för PLC. Du minskar kabelkostnaderna. Du sparar in plats i apparatskåpet. Du ökar driftsäkerheten hos din maskin. Tillgänglighet SIO CAN, CANopen, PROFIBUS-DP MC7000 POSMOD kommunicerar som ett intelligent subsystem via CAN, CANopen eller PROFIBUS-DP, med PLC eller med industri- PC. Du kan på ett enkelt sätt överföra referensvärden, ärvärden och parametrar samt styra och övervaka drivsystemet. Du får enkel integration i automatiseringssystem med flera olika leverantörer. Du sparar in på kablage och idrifttagningskostnade. 2-2
2.4.2 Programmering Den flexibla programmeringsmöjligheten för rörelser öppnar nya möjligheter för ett brett spektrum av tillämpningar när du använder MC7000 POSMOD. Du spar in tid som annars är nödvändig för utbildning, träning och service. Du minskar lagerkostnaderna. Du kan växla mellan olika produkter helt enkelt med att trycka på en knapp och därmed minska stilleståndstider och öka produktiviteten i din maskin. tb = 2 s H02 20 tb tb 20 20 0 IE0 = Start %P0 (Positionering av ett indexeringsbord) N00 set H0=20 ;Variabel för processposition N020 set H02=250 ;Variabel för hast. grader/s N030 go 0 ;Referenskörning (pos.) N040 wait (IE0=) ;Avfrågning ingång N050 gow R H0 H02 ;Kör till position, relativt N060 wait 2000 ;Bearbetning 2000 ms N070 jmp N040 ;Programslut end Rörelseprofil för ett indexeringsbord samt tillhörande sekvensprogram. Betjäning DRIVEMANAGER användarinterface för programmering och idrifttagning Du spar tid på inlärning, träning och service. CP00 manöverpanel för maskininställningar Du kan självständigt och utan överordnad styrning manövrera och styra MC7000 POSMOD. K NI CH TE BS IE MC7000 POSMOD ger en positioneringsnoggrannhet på ± 0' (med en skruv med 5 mm stigning, utväxling i = :0 noggannhet: ± 2 µm) med resolver. Med detta lågpris encodersystem har man ett positioneringssystem som klarar 90% av alla tillämpningar. Med en sin-cos encoder uppnår man positioneringsnoggrannheten < ± 0,5' (med en skruv med 5 mm stigning, utväxling i = :0 noggrannhet: 0, µm). Med detta encodersystem kan MC7000 POSMOD även användas i system som kräver ultra-hög precision. TR AN Precision Belysningsenhet/scanner SIGBI System AB 2-3
VAL Hz 2.4.3 Användningsexempel Indexeringsbord Hanteringsaxlar för positionering/palletering 3-axlig hanteringsautomat Inom dessa och andra tillämpningsområden kan våra specialister inom tillämpad drivteknik beräkna, planera och realisera optimala lösningar för rörelseproblem, tillsammans med era konstruktörer. Hanteringsaxlar för positionering/ palletering POSMOD paketlösning System DRIVEMANAGER open User interface DRIVEMANAGER SMART CARD Matningsdrift för längdkapning Length ESC Operator terminal CP00 Position controller MC7000 from 2-64 A Synchronous and asynchronous machines from 0.5-70 Nm Terminal module EKL300 Mains filter Line chokes Motor and encoder cable 2-4
2.4.4 Operatörspanel CP00 för POSMOD Maskininställningar Du kan ställa om din maskin för en ny produkt med att välja ett nytt sekvensprogram i MC7000 POSMOD sevoförstärkare. Length ESC Produktväxing genom att trycka på en knapp Egenskaper Egenskaper LC display Användbar för Matning Interface Skyddsklass Mått H x B x D Beskrivning 2 x 6 tecken MC7000 POSMOD (även MC7000 BASIC och MOTION, alla driftsätt) 8 V - 30 V, 50 ma, extern RS485 (samtidig drift med DRIVEMANAGER och CP00 är ej möjlig) IP53 72 x 44 x 70 [mm] Öperatörspanelen används för inmatning av parametrar eller kundspecifika variabler, samt för statusvisning. Ibland funktionerna finns: Val av olika sekvensprogram (t. ex. vid produktväxling) Hastighet, acceleration och målposition i användarspråk Ändring av positionsregulatorns parametrar (t. ex. vid idrifttagning) Konfigurering av text via DRIVEMANAGER Statusvisning Upp till 5 parametrar kan visas och editeras. Parameterurvas sker med en maskeditor i DRIVEMA- NAGER användarmjukvara. CP00 operatörspanel är avsedd för installation i apparatskåp eller manöverpulpet. 2-5
2.5 TILLBEHÖR TILL MASTERDRIVE 2.5. Översikt: Tillbehör för extern montering TYP Beskrivning KSS252 Kabel för att koppla samman servoförstärkaren med Alla plintmodul EKL300, Kabellängd,8m EKL300 Plintmodul för forcerad inkoppling av application hardware. MC74xx, AH6 För MC74xx servoförstärkare med CAN-Bus interface och även för MC74xx,C,AH6 bus anslutning med 2 x 9 pin Sub-D kontakt. Exkluderande KSS252 kabel. 3-trädsteknik (signal, 24v och jord) för förenklad anslutning av givare maximum last på utgångar: 50 ma (AH and AH6), 500 ma (AH2) Kortslutningssäkra Z-sken-installation, dimensioner b x h x d = 3 x 78 x 72 mm LBSKK200 RS485 till RS232 interface converter kabel. För styrning av en en Alla staka servodrive från en PC eller liknande med ett RS232 interface. Kabellängd approx. 2m. AM00 Adaptermodul från 25 pin anslutningsdon till 2 x 9 pin Sub-D. MC74xx, C CAN bus till MC7000 serien servostyrningar MC7000 (application hardware port) CAN 2.5.2 Nätreaktorer Reducerar försörjningsnätetets belastning av t ex översvängningar och kommuteringsströmmar. Ej erforderliga för att utföra EMC-riktig installation. Tekniska data: TYP MärkströmInduktans Vikt Anslutning Servotyp Vid 40 C [A] [mh] [kg] [mm 2 ] DND6 6 4,7,8 4 MC6404 DND4 4 2,0 4,0 4 MC6408 DND8 8,6 4,2 4 MC642 DND24 24,2 5,0 0 MC646 DND45 45 0,62 8,2 6 MC6432 DND75 75 0,37 2,5 35 MC646 Märkspänning: 3x380...45V, andra spänningar på förfrågan Kortslutningsspänning U K : 4% Isolationsklass: T40/B enligt VDE0550*0532 2.5.3 Nätfilter Erforderligt för att utföra EMC-riktig installation Nätfilter för servoförstärkare MC6000: Tekniska data: TYP Märkstr Läckstr Pförl Anslutning Servotyp 40 C [A] [ma] [W] [mm 2 ] Märkspänning: 3x400 V 0% Överlast:,5xI N under minut Servoförstärkare MC7000 finns med inbyggt filter (Utförandekod FA3, enligt gränskurva A för industrianvändning. 2-6
2.6 REGLERTEKNISKA BEGREPP OCH FUNKTIONER Översikt Reglerkretsar Momentreglering Varvtalsreglering Positionering Reglerstruktur hos MC6000 / MC7000 SETUP-Funktion för inställning av varvtalsreglering REGLERKRETSAR Reglerkrets allmänt Störgröße Störstorhet Börvärde Sollwert Förstärkare Regler Strecke Sträcka Ausgangsgröße/ Utstorhet/ Istwert ärvärde Reglerkrets för motorer Börvärde Sollwert Förstärkare Regler Störgröße Störstorhet M 3 ~ Getriebe Växel Last Ärvärde Istwert VRIDMOMENT Skillnaden mellan driv- (m a ) och lastmoment m L accelererar masströhetsmomentet J med d ω dt m L Om m a m L, kommer drivningen att accelerera tills m a = m L. J m a Allmän rörelsejämförelse: J d ω = m dt a m L Den maximala hastigheten begränsas av, - spänningsgränsen hos servoförstärkaren, d v s vid högt varvtal finns inte tillräcklig spänning för att kunna åstadkomma tillräckligt drivmoment (m a ). - det med varvtalet stigande lastmomentet (t ex friktion). Utgående från stillestånd gäller: m a > m L Högervarv m a < m L Vänstervarv m a = m L Stillestånd 2-7
Grundprincip för momentreglering TCMMX m soll - m ist TCG TCTLG Momentregulator Drehmomentregler Beräkning Berechnung av von flöde Fluß och und moment Moment U soll i a i b Modulator Modulator och und PWR PWR u u u c a b Vridmomentets reglernoggrannhet ASM: m p L t 3 h T = Ψ Rd isq,, Ψ 2 L Rd = L h i sd e R σ Asynkronmotorn vridmoment är beroende av några maskinparametrar som också är temperaturberoend. Det stationära relativa felet i momentregleringen är därför endast ±0%. Vridmomentet driver ca ±% p g a temperaturändringar. 3 SM: m= p Ψ Rd isq, Ψ Rd = konst. 2 Synkronmaskinens moment beror, förutom av isq, också av konstanta maskinparametrar. Det stationära relativa felet är ca ±2%. Momentet driver inte. Med analogt börvärde får man en ökning av felet, % relativt och % absolut. ε RS M 3 ~ Varvtalsregleringens grundprincip G Vinkelgivare Drehgeber SCSMX n soll - SCG SCTLG talsreg. - TCG TCTLG Vinkelutvärdering Drehwinkelerfassung TCMMX m soll Varv- Drehzahlregler U soll Drehmomentregler Momentreg. Modu- Modulator lator und PWR och PWR Vridmomentregleringen av synkron- och asynkronmotorer skiljer sig endast på hur man beräknar flöde och vridmoment. Med synkronmotorer måste e RS vara absolut. absolutgivare (Resolver, Single- och Multiturn givare) m ist Berechnung Beräkning av von flöde Fluß och und moment Moment ε RS i a i b u u u c a b M 3 ~ n ist Drehwinkelund Drehzahlerfassunvärde- Vinkelut- ring G Vinkelgivare Drehgeber Momentets reglertid Asynkronmotorn, i motsats till synkronmotorn, kan köras i fältförsvagningsområdet med varvtal som vida överstiger märkvarvtalet. M(t) T A 95 % Momentets reglertid är den tid det tar från man lagt på ett börvärdessprång (0 till M N ) och till momentets ärvärde nått 95% av märkvärdet M N. Reglertiden är beroende av servoförstärkarens dynamik och elektriska perametrar i den använda motorn. För LUST servodrifter MAS- TERDRIVE gäller: Momentsvarstid i stillestånd < ms Momentsvarstid vid märkvarvtal < 3 ms Spänningsreserven minskar med stigande varvtal och därmed ökar svarstiden för momentreglering. t Varvtalsregleringens noggrannhet En MasterDrive håller stationära börvarvtalet med kvarskristallnoggrannhet. Om två st MD-drifter får samma digitala varvtalsbörvärde, kommer varvtalen att driva i förhållande till varandra med samma avvikelse som mellan sekundvisarna hos två klockor med kvartsur (drift ca /h oberoende av använd vinkelgivartyp). Den interna varvtalet har en upplösning som är 0-6. Med analogt börvärde är relativa felet ±%. Ärvarvtalet har ett högfrekvent rippel p g a avläsningen av varvtalgivaren (t ex 2 khz med MC6000 och resolver). Ripplets amplitud beror av den använda vinkelgivartypen och driftens masströghetsmoment. Resolver: ± polpar) 60 p Opt. givare: ± 2 min med enkelt masströghetsmoment, (p = antalet min med enkelt masströghetsmoment 2-8
Grundprincipen för positionering x soll - PCG Momentreglering Lageregler SCSMX n soll - SCG SCTLG TCMMX - TCG TCTLG m soll Varv- Drehzahlregler Drehmomentregler U soll talsreg. Momentreg. Modu- Modulator lator und PWR och PWR u u u c a b m ist Berechnung Beräkning av von flöde Fluß och und moment Moment i a i b ε RS M 3 ~ n ist x ist Drehwinkelund Vinkelutvärdering Drehzahlerfassung G Drehgeber Vinkelgivare Egenskaper Omriktare Omriktare med Fältorienteerad Servo varvtalsregl omriktare Vridmoment Momentregl. Nej Nej Ja Ja Cykeltid, regl / / 500ms 25ms Momentbegr. Nej Nej Ja Ja Avstängningssk. Nej Nej Betingat Ja Stilleståndsmoment Nej, endast Ja, med större Ja, med medel- Ja hållmoment, 30%MN momentrippel stort momentrippel Momentsvarstid <30ms <20ms <0ms <ms Vridmomentfel / / ±0% stationärt ASM ±0% stationärt ±% drift SM ±2% stationärt ASM ±% drift Varvtal Vinkelgivare, Nej Optisk givare Optisk givare Resolver, optisk giv. utvärdering (fyrkant) (fyrkant) (fyrkant) (sin/cos) Tacho (sin/cos, singlturn) (sin/cos, multiturn) Varvtalsreglering Nej Ja Ja Ja Reglercykeltid / ca 5ms 5ms 500ms Statiskt varvtalsfel Eftersläpn ± till6% Kvartznoggrannhet Kvartznoggrannhet Kvartznoggrannhet Varvtalsrippel Resolver: ±60/p* (J motor) / Optisk givare ±50/min Optisk givare: ±50/min (fyrkant) ±20/min (sin/cos) ±2/min f=2khz Varvtalsupplösning 0,05Hz 0,05Hz 0,0Hz /2 6 * Varvtalsomr. :30 :00 :00 >:00 000 Positionering Fel hos analogt Rel: ±% Rel: ±% Rel: ±% Rel: ±% börvärde Abs: % Abs: % Abs: % Abs: % Avfrågningscykel 8ms 8ms 20ms ms styrplint VIKTIG ANMÄRKNING De angivna talen är riktvärden som är avhängiga av olika randvillkor. I förekommande fall bör man utföra test. Noggrannhet hos positionsregulatorn Resolver Optisk givare med sinusutgångar Stationär noggrannhet ±0,4 /p ±0,0 Rippel ±0,2 /p ±0,006 p = Antalet polpar 2-9
Reglerstruktur hos MC7000 Positions Lageregler Drehzahlregler Varvals- Drehmoment- Moment- Slutsteg Endstufe regulator regulator regulator regler PMFS (_CONF) ε soll _PCON _SCON _TCON n soll M soll - - - ASM, SM _MOT M 3 ~ u εist n ist M ist i n, ε G Börvärdeupparbetning _ENCD Resolver, optisk givare Användarspecifika parametrar DRIFTYP TCMMX Maximalt vridmoment 0...3*MN med motorer PSx-Mx och PSx-Nx 0...5*MN med större motorer SCSMX Maximalt varvtal Motorberoende SCJ Lastens tröghetsmoment skall om möjligt ställas in exakt SCG, SCGFA Varvtalsregulatorns förstärkning (inställningsmod SETUP) PCAMX Maximalvärde för acceleration ingen funktion med PosMod PCG, PCGFA Positionsregulatorns förstärkning om SCJ är onoggrannt inställd (oscillationer) T C O N S C O N P C O N Mycket viktig Viktig Inte så viktig SETUP-funktionen för inställning av varvtalsregulatorn Används då masströghetsmomentet är okänt Med språngsvar tar servoförstärkaren reda på: a) Svarstid TA (STIME) b) Första översvängningens storlek (OVER) c) Antalet översvängningar <0% av första översvängningens storlek (0PC) n(t). 2. 3 3. 4. 4 n(t) 2 T A 95 % t första översvängningens storlek 2 0% av första översvängningens storlek 3 antalet översvängningar 4 börvärde t 2-20
Optimering av språngsvar med SETUP-funktionen Mata in varvtalssprång (t ex: 0 à 50 ) Ställ in önskat förlopp med förstärkningsfaktor SCGFA 0...000%. n(t) 2 3 Leveransinställning: Första översvängens pendlar över med 5 %, alltså 7,5 5 (i förhållande till varvtalsregulatorns aktiva området 50 till 00 ). t Man närmar sig långsamt slutvarvtalet utan övresvängning (aperiodiskt) 2 Mycket kort svarstid men kraftig översvängning. 3 Kort svarstid med minimal översvängning (i allmänhet det önskade förloppet). Varvtalsripplet är omvänt proportionellt mot masströghetsmomentet 70 60 Motor 54 mit med optischem optisk Gebergivare 50 40 n, n * 30 20 0 0-0 0 0.05 0. 0.5 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 s t Positionering med framkoppling Dyn. Referenzmodul referensmodul der för sträcka Strecke x* x soll - PCG Positionsregulator Lageregler n soll SCG SCTLG TCG TCTLG nv mv m soll Drehzahlregler - Varvtalsreg. - Drehmomentregler U soll Mommentreg. Modu- Modulator lator und och PWR PWR Eftersläpningsfelet, som uppkommer vid börvärdessprång, reduceras kraftigt med framkoppling av den underlagrade reglerkretsen, eftersom börvärdesbildning sker även innan man fått en regleravvikelse. u u u c a b m ist Ber. av Berechnung flöde von Fluß och und Moment moment i a i b ε RS M 3 ~ n ist x ist Drehwinkelund Vinkel och varvtalsåterkoppling Drehzahlerfassung G Vinkelgivare Drehgeber 2-2
Elektrisk axel Parallellreglering. elektrisk axel: Varvtalet hos efterföljande drift (nf) regleras = Masterdrivningens varvtal. Varvtalsförhållande, elektrisk axel: Förhållandet mellan varvtalen hos masterdrift och slav är inställbart och regleras. Varvtalssynkron: Den överlagrade regleringen håller varvtalsförhållandet konstant, även med dynamisk drift (acceleration = belastningsändring). Observera: Även små stationära fel i varvalsförhållandet gör att man tappat vinkelsynkroniteten. Vinkelsynkron: Axlarnas inbördes inställning kommer från inkoppling (eller frigivningssignal) attregleras med en bestämd vinkel. Stationärt måste vinkelavvikelsen, även under längre tid, vara lika med noll. Absolut vinkelsynkron: Den till mekaniken oriade vinkelinställningen hos drivningen regleras till ett bestämt värde. Efter inkoppling måste man automatiskt gå till referensmärkena annars måste man använda multiturn absolutgivare. Funktionsschema DV N DV Z Vinkelsynkron n L* K/DV N n L* Leitantrieb Masterdrift nl Masterdriftens Lage des Leitantriebs position DVz Z Absolut vinkelsynkron efter referenskörning. Även efter längre tid har man inget stationärt vinkelfel. n F DVZ = DV n N L - n F* n F Positionsregulator Lageregler Folgeantrieb Slavdrift Slavdriftens Lage des Folgeantriebs position DVN DV N Fininterpolation X POSMOD ger positionsbörvärde i ett 5 ms tidsraster. Positionsreglerkretsen i MASTERCONTROL arbetar med en cykeltid som är 500ms och är synkroniserad med börvärdesberäkningen i POS. MASTERCONTROL utför fininterpolation under tiden mellan två på varandra följande positionsbörvärden. Fininterpolationen medför att man får en utjämnad rörelse. Sollwert Börvärde von från PosMod feininterpolierter Fininterpolation Sollwert börvärde Positionsärvärde Lageistwert 0 500µs 5ms 0ms t 2-22
2.7 SERVOMOTORER 2.7. Definition av moment och varvtalskarakteristik Egenskaper Egenskaper hos Asynkron-servomotorer ASx Tekniskt optimala lösningar, där de något större byggmåtten är acceptabla Ein En Servoregler och samma für servoförstärkare Synchron- und för både synkron- och asynkronmotorer Asynchronmotoren Större varvtalsområde med konstant maximal effekt SMART CARD Låga underhållskrav Egenskaper hos Synkron-servomotorer PSx Låga underhållskrav (borstlös) Mindre byggvolym samt inga rotorförluster Litet rotortröghetsmoment och därigenom optimal dynamik TYPISKA M-n KARAKTERISTIKOR FÖR SERVOMOTORER M M N 5 M max Feldschwächung Fältförsvagning M M N 5 M max 4 max 0,2s Impulsdrift Impulsbetrieb 4 max 0,2s Impulsdrift Impulsbetrieb 3 3 M~ n 2 Intermittent Aussetzbetrieb drift 2 Aussetzbetrieb Intermittent drift M 0 M N abhängig Beroende von av der Spannungsreserve spänningsreserven M 0 M N Kontinuerlig Dauerbetrieb drift Dauerbetrieb Kontinuerlig drift 2 3 n N M-n Karakteristika för asynkronmotorer 4 n n N M-n Karakteristika för synkronmotorer n n N Begrepp M 0 Stilleståndsmoment I 0 Stilleståndsström Förklaring Termiska gränsmomentet för motorn i stillestånd. Detta moment klarar motorn kontinuerligt. Effektivärdet av den motornhållström som krävs för att upprätthålla stilleståndsmomentet. M N Märkmoment Motorns termiska gränsmoment vid märkvarvtal n N. I N Märkström Effektivvärdet av den kontinuerliga ström som krävs för drift med märkmoment. P N Märkeffekt Motorns kontinuerliga effekt i arbetspunkten (M N, n N ) vid märkström I N och märkspänning U N. M max, I max gränskurva Fältförsvagningsområde Motorerna får maximalt matas med 5-faldig märkström. Det maximala momentet i fältförsvagningsområdet är avhängigt av spänningsreserven. Typiskt förlopp hos vridmomentet är att det är proportionellt mot funktionen /f resp. /n. 2-23
2.7.2 Beskrivning av servomotorer ÖVERSIKT Olika typer av växelströmsmotorer Funktionsprincip för Synkron- och Asynkronmotorer M-n-karakteristik vid drift med servoförstärkare Accelerationstider för typiska motorer Utföranden för servomotorer ASx och PSx Grunderna för vinkelgivare Vinkelgivare för servomotorer ASx och PSx Olika typer av växelströmsmotorer Växelströmsmotor Synkronmotor Asynkronmotor Med magnetiserad rotor Reluktansmotor Normmotor Servomotor Magnetisering via släpringar Permanetmagnetiserad (borstlös) Med rotordämpning Utan rotordämpning (SYNCREL) Optimerad för blockstyrning Optimerade för sinusreglering via pulsomriktare Förenklad funktionsprincip för den permanentmagnetiserade synkronmaskinen Omvändning av principen för att kringgå kommutatorn Rotorfältets position vet men med hjälp av vinkelgiveren. B Den vridmomentbildande strömmen kommer via statorn r att bildas där fältet är som F störst. S S N N F~ isq Φ. M isq r, M= F r = = Φ Φ konst r = konst. Förenklad princip för asynkronmaskinen d-strom r q-strom B F Rotorfältet byggs upp av statorströmmarna (inre diagrammet). Rotorfältets position beräknas i regulatorn. För detta måste fasströmmarna och rotorvarvtalet vara kända. Den vridmomentbildande strömmen (yttre kretsen) kommer att bildas precis där fältet är som störst. Med hjälp av rotorns vinkelgivaren kommer den vridmomentbildande strömmen alltid att vara optimal, nämligen med fältoriad inmatning. F~ isq Φ M isq r, M= F r = = Φ Φ konst. r = konst. Φ = konstant i grundinställningsområdet Med hjälp av maskinmodellen kommer den momentbildande strömmen alltid att vara optimal, d v s matningen sker fältvektororiat. Skillnader mellan servomotorer och normmotorer Servomotorer Normmotorer Optimerade som impulsomvandlare Optimerade som energiomvandlare Fördelaktigare Vridmoment Tröghet -förhållande Högre cos ϕ (och verkningsgrad) Lindningar som är gjorda för Lindningar som är gjorda för maximaximal dynamik (U N = 330 V) mal effekttäthet (U N = 400 V) Kvadratisk byggform Mest rund byggform Avsedd för nätdrift 2-24
2.7.3 Accelerationstid för typiska servomotorer Asynkron-servomotorer Synkron-servomotorer Förutsättning : Acceleration i tomgång från 0 till 500 med 2,5-faldigt märkmoment. Inbyggnads- Accelerations- Effektklass Accelerationsmått [mm] moment [Nm] [kw] tid [ms] 0 0 3,25 till,75 0,4 till,5 4 till 2 40 40 8,75 till 32,5, till 2,7 20 till 9 Förutsättning : Acceleration i tomgång från 0 till 500 med 2,5-faldigt märkmoment. Inbyggnads- Accelerations- Effektklass Accelerationsmått [mm] moment [Nm] [kw] tid [ms] 55 55 72 72 0,75 till 2,5 0,2 till 0,5 3,6 till 2,8,38 till 4,00 0,345 till 0,67 3,0 till 2,5 90 90 32,5 till 87,5 2, till 5,5 34 till 38 92 92,25 till 0,25 0,25 till,6 4 till 2 260 260 00 till 75 6,3 till 7 till 87 0 0 40 40 8,00 till 65,0 till 2,6 till 4 7,5 till 42,5,5 till 4,0 2 till 5 Förutsättning 2: Acceleration med masströghetsanpassning (J axel = J rotor ) från 0 till 500 med 2,5-faldigt märkmoment. Förutsättning 2: Acceleration med masströghetsanpassning (J axel = J rotor ) från 0 till 500 med 2,5-faldigt märkmoment. Inbyggnads- Accelerations- Effektklass Accelerationsmått [mm] moment [Nm] [kw] tid [ms] 0 0 3,25 till,75 0,4 till,5 28 till 24 40 40 8,75 till 32,5, till 2,7 40 till 38 Inbyggnads- Accelerations- Effektklass Accelerationsmått [mm] moment [Nm] [kw] tid [ms] 55 55 72 72 0,75 till 2,5 0,2 till 0,5 7,2 till 5,6,38 till 4,00 0,345 till 0,67 6,0 till 5,0 90 90 32,5 till 87,5 2, till 5,5 68 till 76 92 92,25 till 0,25 0,25 till,6 28 till 24 260 260 00 till 75 6,3 till 42 till 74 0 0 40 40 8,00 till 65,0 till 2,6 22 till 28 7,5 till 42,5,5 till 4,0 4 till 30 2.7.4 Beräkning av motorers termiska gräns Motorers termiska gräns bestäms via vridmomentets effektivvärde v m/s M eff = 2 2 2 M t M2 t2 M3 t T Termisk överbelastning kan uteslutas om det effektivvärdet av motormomentet är mindre än motorns märkmoment. Motorn dimensioneras så att M n M eff 3 t t2 t3 t T M Nm M3 M M2 t 2-25
2.7.5 Dimensionering och val av bromschopper Bild : Exempel på körprofil vid lyftrörelse. 0 0 Bild Bromschopperutförande Utförande-- Broms- Max broms- Ink.-tid Servokod motstånd effekt ED i typ Standard (BR) internt under 8s 0% MC6404 till MC646 MC7402-4 BR3 externt kontinuerligt 00% alla 0 0 0 t H t [ms] Bromseffekt MC7402/04 MC742/6 MC7432/64 Max broms-,5/3 kw 6kW effekt internt Cyklisk 0 W 90/30 W bromsdrift Kontinuerlig 70 W 250/30 W bromsdrift min. ext 390/90 Ω 33 Ω 2/5 Ω motst. (BR3) P Br eff P3 P t P t 6 3 5 5 t = 2 2 t Sp 6 Bild 2: Tillåten bromseffekt med hänsyn till bromsningens varaktighet ED Br. P kw 6 P max BR3 (90 Ω) 5 4 3 2 2 B A BR2 (90 Ω) P eff 0 20 30 40 50 60 70 80 90 00 0 20 0 0 20 30 40 50 60 70 80 90 00 t Br s ED Br % A - Enstaka bromsförlopp (väntetid 0 min., kylflänstemperatur < 60 C) B - Cyklisk bromsning med ED BR 2-26
2.8 MOTORDATA 2.8. Utförande av servomotorer Allmänna tekniska specifikationer TYP ASx Asynkron PSx Synkron Egenskaper Servomotorer Servomotorer Motor typ Asynkronmotor Permanentmagnetiserad synkronmotor Magnet - Neodymium-iron-boron Typ (DIN 42948) IM B35, IM B5, V, V3 Skyddsform (DIN 40050) IP65, axeltätning IP64 (Option IP65) Insolationsklass Kylning Finish Isolationsklass F till VDE0530 lindningens övertemperatur t = 05, kyltemperatur t u = 40 C Självkyld (IC 004) IP65 Forcerad kylning (IC 064) IP44, 54 RAL 9005 (svart) Axelända A (D) sidan Cylindrisk axelända DIN 748, passfjäder och passfjädermutter DIN 6885,tolerans K6 Flänsdimension DIN 42948 och IEC 72 Exentricitet, koncentricitet och radialt spel DIN 42955 Tolerans N (normal) R (reducerat) på beställning Vibrationsnivå ISO 2373 Steg N, R som option Steg R, S som option Termisk motorövervakning PTC termister i statorlindningarna Momentbelastning För att eliminera risken för överlast med motorer får får momentbelastningens effektivvärde inte vara större än servomotorns märkmoment M eff = 2 Σ M n x t n t ges M eff M N Anslutningar Maximalt pulsmoment Driftlivslängd Anslutningar för motor, termistor och hållbroms Anslutning av encodersystem Typiskt 2 till 5gånger märkmoment, beroende av reglersätt. 3 till 5 gånger märkmoment tillåts endast under max 0,2 sek. Alla specifikationer förutsätter 20,000 drifttimmar Skruvanslutningar i anslutningslådan, kontaktanslutning som option Signalanslutning Utföranden för Servomotorer ASx och PSx Typeteckning ASM - 23-20R23-3 Resolveranschluß 90 abgewinkelt Nenndrehzahl 3000 Resolver R2 (4polig) ohne Haltebremse Spannungsvariante 330V Baugröße 2, Baulänge 3 Flansch, Selbstkühlung Asynchron-Servomotor Placering Förklaring A AS Asynkron Servomotor PS Permanentmagnetiserad Synkron-Servomotor B Byggform, typ av kylning C Byggstorlek, bygglängd D Spänningsvariant E Hållbroms F Givarsystem G Märkvarvtal H Anslutningsteknik K, L Option och kundspecifika varianter Exempel: ASM - 23-20R23-3 90 vinklad resolveranslutning Märkvarvtal 3000 min- Resolver R2 (4-polig) Utan hållbroms Spänningsvariant 330V Byggstorlek 2, bygglängd 3 Fläns, självkylning Asynkron -Servomotor 2-27