HANDBOK Kapitel 3 DIRIKTLINJÄRA SERVOSYSTEM Högdynamisk positionering med 0,1mm eller 0,001mm, godtyckliga rörelseprofiler och camfunktioner 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 3.1 SYSTEMÖVERSIKT... 3-1 3.1.1 Linjärmotorer för högdynamiska rörelseförlopp.... 3-1 3.1.2 LinMot -P drive familjen... 3-2 3.1.3 Tekniska data, översikt... 3-2 3.2 STYRNINGAR FÖR DIREKTLINJÄRA SERVO- MOTORER... 3-3 2.4.1 Beskrivning... 3-3 Motortyper som kan anslutas... 3-4 Positionering och rörelseprofiler... 3-4 Styrsätt... 3-4 LinMot servoförstärkare, översikt... 3-5 3.3 DIREKTLINJÄRA SERVOMOTORER... 3-7 3.4 LinMot MJUKVARA... 3-11 3.5 ANVÄNDNINGSOMRÅDEN... 3-12 3.5.1 Hantering med hög dynamik - högre produktivitet 3-12 3.5.2 Linjärmotorer i stället för pneumatik... 3-14 3.5.3 Paketering och hantering... 3-15 3.5.4 Lindning och textil... 3-16 3.5.5 Tryckning och etikettering... 3-17
3.1 SYSTEMÖVERSIKT DIREKTLINJÄRA SERVOSYSTEM Högdynamisk positionering med 0,1mm eller 0,001mm, godtyckliga rörelseprofiler och camfunktioner. 3.1.1 Linjärmotorer för högdynamiska rörelseförlopp. LinMot -P Direktlinjära servo: nyutvecklade konstruktionselement för moderna industriella tillämpningar. Hög dynamik Positionering Elektronisk kam Nätverk med RS485,PROFIBUS-DP DeviceNet,SERVOnet,CAN-Bus LinMot -P drives LinMot -P drive familjen består av elektromagnetiska direktlinjära motorer med inbyggd positionsgivare och lagring. Kännetecknande är den extremt höga dynamiken. acceleration >200 m/s2 kontinuerlig slagfrekvens >5 Hz korttid slagfrekvens >20 Hz slaglängd upp till 1460 mm Bild 3.1.1a LinMot -P: ett kompakt konstruktionselement för linjära rörelser. Direktlinjära servosystem används för högdynamisk positionering, rörelseprofiler, camfunktioner mm Nya maskinkonstruktioner kan realiseras med LinMot -P. Mer än enbart en linjärenhet, LinMot -P är ett konstruktionselement för modern mechatronik. Ofta ersätter den konventionella lösningar för linjära rörelser, såsom: servomotorer med remmar stegmotorer med spindlar mekaniska kammar pneumatiska cylindrar mekaniska hävarmar Bild 3.1.1b Linjärmotorer LinMot -P med tillhörande elektronikenhet LinMot -E400. LinMot -P linjärmotorer är i sig själv fria från glapp och slitage av lager och band. Den kompakta konstruktionen, enorm acceleration och frånvaron av mekaniskt slitdelar talar för användning av Lin- Mot -P inom områden såsom:: textilmaskiner förpackningsmaskiner hanteringsmaskiner robottillämpningar laboratorie automation och annat Bild 3.1.1c Linjär drivenhet LinMot -P som ersättning och komplementtill konventionell teknologi. Kapitel 3-1
3.1.2 LinMot -P drive familjen Det beskrivande namnet LinMot omfattar olika drive familjer som är modulärt framtagna och i första hand avsedda för linjära rörelser. De ställs in och styrs med MS-Windows baserad programmeringsmjukvara. Elektronikenheterna LinMot -E finns för olika egenskapsklasser och i olika varianter. Beroende av typ, kan upp till 4 linjärmotorer, men även vanliga stegmotorer och magnetventiler, anslutas. Möjliga systeminterface till kvalificerade PLC, VME eller PC styrsystem är: analoga interface digitala interface serie RS-232 CAN-Bus PROFIBUS-DP SERVOnet DeviceNet Bild 3.1.2a Elektronikenheterna LinMot -E400 (vänster) och LinMot -E4000 (höger). Positionsavkänning och lagring är inbyggda i ett kraftigt stålrör. Det finns ingen kabelanslutning till den rörliga sliden. Motorn består enbart av två delar som rör sig inuti varandra utan justeringar: den fasta statorn med kabelanslutning till elektronikenheten den rörliga sliden. Bild 3.1.2b Stator och slid till LinMot -P02-23x160. Drivenheterna i LinMot -P familjen kan skryta med att ha samtliga funktionsblock som krävs för modern mekaniskt utveckling: digital styrning och reglering programmerbara rörelsekurvor decentraliserad intelligens fältbusanslutning Bild 3.1.2c Omfattande systemkoncept: elektronikenhet LinMot -E400 med linjärmotorer LinMot -P02-23x80 och LinMot -P01-23x160, vanlig stegmotor och magnetventil. 3.1.3 Tekniska data, översikt LinMot -P linjärmotorer: Typ P01-23x80 P01-23x160 P01-37x120 P01-37x240 Max kraft [N] 28 46 120 200 (*800N) Max. slaglängd [mm] 340 340 1400 1460 Max. Accele- [m/s2] 280 259 247 268 ration Repeternoggr. [mm] <± 0.1 <± 0.1 <± 0.1 <± 0.1 Repeternoggr med [mm] <± 0.01 <± 0.01 <± 0.01 <± 0.01 ext. sensor Stator diameter [mm] 23 23 37 37 Stator längd [mm] 177 258 227 347 * fyra motorer parallellt LinMot -E elektonikenheter: Typ E100 E200 E400 E1000 E2000 E4000 Motorkanaler 1 2 4 1 2 4 Max. ström [A] 3 6 DC matningsspänning [V] 24-48 48-72 Kapitel 3-2
3.2 STYRNINGAR FÖR DIREKTLINJÄRA SERVOMOTORER LinMot linjärmotorer kan positioneras, köras med fleraxliga interpolerade rörelser, styras med kamfunktioner mm. 2.4.1 Beskrivning LinMot innefattar olika familjer av servo drivenheter som i första hand är utvecklade för linjära rörelser. För sin drivkraft, finns höggradigt integrerade LinMot-E servoförstärkare. LinMot-E servoförstärkare innehåller en kraftdel för motordrivning samt en styrdel med integrerad positionsstyrning. Detta gör det möjligt att direkt lägga in positioner eller att kalla upp lagrade rörelseprofiler från ett överliggande styrsystem med hjälp av enkla analoga eller digitala signaler. Anslutning till det överordnade styrsystemet kan också ske via serieport eller via fältbus. Styrsektionen utför all styrning och övervakar händelser som är nödvändiga för att kontrollera drivenheterna. LinMot-E är en serie modulära servoförstärkare som har samband med varandra. Användaren kan välja mellan enheter med olika funktionsklasser för upp till fyra individuellt styrbara motorer. Linjärmotorer från olika LinMot-serier, så väl som tvåfas stegmotorer och solenoider, kan anslutas till samma servoförstärkare. LinMot servoförstärkare används vanligtvis i servosystem. Motorn körs till den önskade positionen med hjälp av signaler från det överliggande styrsystemet. Förloppet kan kombineras med integrerade funktioner för kurvor för rörelseprofiler. Detta möjliggör att man kan utföra hopp i inställningspunkter, mjukt och utan ryck. Kundbaserade funktioner, helt sekventiell styrning eller PLC-funktioner kan med hjälp av användarmjukvaran läggas in i servoförstärkaren. Konstruktionen av LinMot-E servoförstärkare är menybaserad Windows LinMot Talk PC-mjukvara. LinMot Talk hjälper också användaren vid skötsel av drivenheterna: On-line mätningar av motordata och rörelser, som utförs av styrningen, kan visas grafiskt och lagras i en PC. Konstruktion och beteckningssätt LinMot-E Servoförstärkare finns i två utföranden: Serie 100 och Series 1000 för styrning av en, två eller fyra motorer. Enheter med ett visst utförande, med olika styrinterface, har samma yttre mått men skiljer sig med hänsyn till hårdvara och mjukvara. Nyckeln till beteckningssättet illustreras med hjälp av följande exempel för LinMot-E 400AT servoförstärkare: Kapitel 3-3
Motortyper som kan anslutas LinMot-E servoförstärkares hårdvara gör det möjligt att ansluta vilken typ en- eller tvåfas motor som helst (LinMot linjärmotorer, stegmotorer, DC-motorer, solenoider etc.). Respektive motorkanal har fyra anslutningar, för de två motorfaserna, två ingångar för positionsdata och en ingång för övervakning av motortemperatur. Motorkabeln mellan servoförstärkaren och Serie P01 linjärmototorer kan förlängas med LinMot motorkabel upp till 50m längd. Blandad systemkonfigurering som omfattar LinMot P02-23x80 och P01-23x160 linjärmotorer, LinMot-E 400 servoförstärkare tillsammans med en stegmotor och en solenoid. Positionering och rörelseprofiler Servoförstärkarna inkluderar ett komplett digitalt system för positionering. Detta betyder att man är fri från drift- eller offsetproblem, sådana som man måste räkna med om man använder analoga styrningar. Dessutom är det möjligt att definiera rörelseprofiler och således följa anpassade rörelser. Banstyrning är av särskilt stor betydelse i förbindelse med de högdynamiska LinMot P linjärmotorerna. Förenklat blockschema för digital positionsstyrning. Styrsätt Olika styrsätt för styrning finns tillgängliga, beroende av typ av LinMot-E servoförstärkare. Styrsätten definierar styrinterface, metod för att definiera inställningspunkter och hur felrapporter hanteras i det överordnade styrsystemet. Analog positionsinställning Med analog positionsinställning kommer styrningen att skicka ner positionerna direkt som analog signal. Arbetsområdet i servoförstärkaren definieras med att tilldela positioner för maximal och minimal inspänning. Godtycklig position inom arbetsområdet kan nås med att mata in rätt spänning. Körning av rörelseprofiler (upp till två) Två fritt definierade rörelseprofiler per drivenheter kan väljas i detta driftsätt. Profilerna är lagrade i drivningens elektronik och körs med stigande och fallande flank hos digitala insignaler. Programmerade sekvenser Komplexa rörelsesekvenser läggs ner stegvis i en tabell. Instruktionerna som är lagrade i drivelektroniken utförs en efter en via digital insignaler eller adresseras direkt och individuellt. Styrning av stegmotorer I driftsättet stegmotorstyrning kan en motor per styrning positioneras med hjälp av två digitala signaler från den överordnade styrningen. Första signalen definierar att ett steg skall utföras och den andra signalen definierar rörelseriktningen. Stegvärden kan konfigureras efter behov. RS 485 serieförfarande Via ett RS485 interface kan upp till 6 servoförstärkare anslutas till det överordnade systemet. Med ASCII protokoll kan samma funktioner aktiveras som med RS 232 interface. Det finns detaljerad beskrivning av ASCII protokollet. CAN fältbus CAN fältbus gör det möjligt att styra upp till 32 servoförstärkare i ett fältbussystem. Eftersom det inte finns något standardiserat protokoll tillgängligt för all styrsystem, har protokoll lagts in som kundspecifika. I huvudsak kan alla standardfunktioner implementeras så som är möjligt och enligt särskild beskrivning. Synkronisering / PROFIBUS DP Synkroniseringen med en huvudaxel eller med en maskindrift är möjlig med användning av PROFIBUS DP interface. Synkroniseringssignalerna kommer från ett Master Encoder Interface och önskad rörelseprofil väljs via PROFIBUS DP interface. Punkt-till-Punkt drift I Punkt-till-Punkt driften kan man köra till två ändpositioner med hjälp en digitala signal. De två ändpositionerna konfigureras i servoförstärkaren och kan väljas när man vill. Detta styrsätt gör att man direkt kan ersätta pneumatiska cylindrar, servostyrningen styrs av digitala styrsignaler. Körning med rörelseprofiler (upp till 64) Detta sätt möjliggör definiera upp till 64 olika rörelseprofiler per drivenhet. Profilerna lagras i drivelektroniken och startas genom att adressera dem med digitala insignaler. Teach-in När man konfigurerar en servoförstärkare läggs profilen ner i en tabell. I teach-in mode, förflyttar man linjärmotorns slid för han till önskad position och den tillfälliga positionen läggs i tabellen. De lagrade positionerna anropas via de digitala insignalerna. Kapitel 3-4
RS 232 serie drift Den överordnade styrningen kan kommunicera med servoförstärkaren via ett RS 232 interface. Positionsinställningar kan direkt definieras, eller rörelseprofiler som är lagrade i servoförstärkaren kan köras, via ett ASCII protokoll. Serieinterfacet gör det möjligt att kalla upp aktuella värden såsom positionsärvärde eller motorström. Detaljerad beskrivning av ASCII protokollet finns tillgängligt (Download från Sulzer). PROFIBUS DP fältbus Med användning av PROFIBUS DP interface, kan upp till 125 servoförstärkare integreras i ett fältbus system. Det standardiserade PROFIBUS DP systemet gör det möjligt med direkt definition av positionsinställningar samt körning av rörelseprofilerna som är lagrade i servoförstärkaren. Anslutningen via PROFIBUS DP gör att man kan kalla upp aktuella värden såsom ärposition eller motorströmmen i linjärmotorn. Det standardiserade PROFIBUS DP fältbus interfacet garanterar problemfri skötsel och tillförlitlig drift med styrsystem från olika leverantörer. Synkronisering med huvudaxel / Encoder följare Master Encoder interface behövs när man skall ersätta mekaniska camfunktioner eller i tillämpningar där linjärmotorn skall utföra rörelser som är synkrona med huvudaxeln eller en master drivenhet. Master Encoder Interfacet möjliggör synkron körning av rörelseprofiler som är lagrade i servoförstärkaren. Det överlagrade styrsystemet behöver bara indikera vilken profil som skall implementeras. Styrning av kraft För inbyggnad av linjära drivenheter i maskiner med positioneringskort från någon annan leverantör, kan motorerna käras med kraftstyrning (motsvarande momentstyrning i roterande drivningar). Vid kraftstyrning styrs LinMot-E servoförstärkare med analoga signaler via positioneringskortet. För denna tillämpning behöver man mjukvaran för kraftstyrning. LinMot servoförstärkare, översikt Servoförstärkare -AT -MT -DP -ME Analog positioneringsinställning X X Punkt-till-Punkt drift X X Körning av rörelseprofiler (upp till 2) X X Körning av rörelseprofiler (upp till 64) X X Teach-in X Styrning av stegmotorer X X 2) RS232 seriedrift X X RS485 seriedrift X X PROFIBUS fältbus X CAN fältbus 1) 1) 1) Synkronisering X 2) Synkronisering / PROFIBUS X 2) Styrning av kraft X X Kundspecifika utföranden extensions X X 2) 1) På förfrågan 2) Tillägg till servoförstärkare Kapitel 3-5
Kapitel 3-6
3.3 DIREKTLINJÄRA SERVOMOTORER Högdynamiska direktlinjära servomotorer från LinMot. LinMot P är en serie högdynamiska elektromagnetiska direktlinjära drivenheter. Accelerationsförmåga på över 200 m/s2 gör det möjligt att få cykliska rörelser med åtskilliga Hz. Inbyggda sensorer och lager samt dess robusta konstruktion gör LinMot P till ett utmärkt industriellt konstruktionselement. Linjärmotorn består endast av två delar: Den fasta statorn och den rörliga sliden. Dessa två delar är inte sammankopplade med släpringar eller kablar. I princip, eftersom LinMot P utför den linjära rörelsen direkt och utan användning av mekanisk växel, remmar eller skruv, har man inte något mekaniskt spel eller slitage. Tillsammans med LinMot E servoförstärkare, får man med LinMot P linjärmotorer ett modernt mekatroniskt drivsystem. LinMot P öppnar vägen för nytänkande inom maskinkonstruktion eftersom linjära rörelser kan implementeras decentaliserat tack vare programmerbara enheter med komplett funktion. LinMot P linjärmotorer har sina typiska tillämpningar där det behövs snabba inställningar vid lyft och förflyttningsrörelser. Förutom i komplexa servotillämpningar, kan LinMot P drivenheter användas som ett komplement till konventionella pneumatiska cylindrar. Oberoende av tryckluft och enkel positionering leder, beroende på tillämpningen, till lägre system- och driftskostnader. Konstruktion LinMot P linjärmotorer består av en slid och en stator. I statorn, motorns viktigaste del, finns lindningar, lager och sensorer för positionsavkänning och temperaturövervakning inbyggda i en robust metallcylinder. Alla delarna är ingjutna i statorn och är därmed skyddade mot förstöring och damm. Sliden består av ett stålrör där magneterna är placerade. Sliden har borrade och gängade hål i båda ändarna för applicering av lasten. Under drift styrs sliden av lager som är inbyggda i statorn. Det finns inga elektriska anslutningar mellan stator och slid. Positionsavkänningen sker kontaktlöst med sensorer i statorn. dessa känner av det magnetiska fältet. Linjärmotorerna levereras med 9-polig kabel med lämpligt anslutningsdon för anslutning till LinMot E servoförstärkare. Driftsätt LinMot P linjärmotorer är tvåfas permanentmagnetiserade synkronmotorer, inbyggda lager, positionssensorer och temperaturövervakning. Linjär rörelse genereras direkt av elektromekaniska krafter, utan extra utsträckta mekaniska slitdelar. Rörelseprocesser med extrem dynamik kan således åstadkommas med LinMot P linjärmotorer, på enklast möjliga sätt och utan användning av ytterligare komponenter. Permanentmagneterna i sliden används på samma sätt som magneterna i rotorn hos en roterande synkronmotor och lindningarna i statorn skapar en kraft. Den linjära rörelsen åstadkoms direkt av elektromekaniska krafter, på grund av den speciella konstruktionen och ett annorlunda sätt att placera magneterna (se illustrationerna a - c nedan). Slag / kraft karakteristik Linjärmotorns maximala kraft bestäms av dess konstruktion och är beroende slidens position i statorn. Kurvan för den maximala kraften är symmetrisk kring centrum av rörelseområdet, den så kallade nollpositionen ZP. Sliden är i centrum av sitt rörelseområde om avståndet mellan änden av statorn och änden av sliden är lika med nollpositionen ZP hos motorn. Nollpositionen ZP framgår av databladet för respektive motor och är olika för alla motorer. I SS (shortde stroke) området är slidens magneter helt inuti statorns aktiva del. Detta ger optimal kraftgenerering och konstant maximal kraft över hela SS slagområdet. Ju längre sliden förflyttar sig bort från SS, ju färre magneter finns det i statorns aktiva del. Detta betyder att de maximala och de effektiva krafterna minskar linjärt tills slagets yttre läge S nås. Kapitel 3-7
Slag - Tidsdiagram Slag - tid diagrammet ger information om de minska förflyttningstiderna för en horisontell Punkt-till-Punkt förflyttning i förhållande till varierande massa hos lasten. Diagrammet baseras på sinusformad rörelse. I Position-Tid diagrammet är hänsyn tagen till alla faktorer, såsom generativ motorspänning, slidens massa samt lagerfriktion. Värdena som visas i diagrammet innefattar tiden från initialisering av rörelsen till stillestånd i målpositionen. Om förflyttningstiderna som läses ur diagrammet ligger på gränsen för en viss tillämpning, då bör verifiering göras med praktiska försök i samarbete med leverantören. Endast härigenom kan man ta hänsyn till all influens som har med tillämpningen att göra (ytterligare friktion, termiska gränsfaktorer etc.) Om en linjärmotor skall göra en förflyttning på 45 mm av en massa, då är tiden mellan initialisering och stillestånd i målpositionen omkring 52 ms. Prestandagränser och termisk inverkan Prestandagränsen för en linjärmotor definieras för korttidsdrift med maximal kraft och maximal hastighet hos obelastad slid. i cyklisk drift med tillräckliga stilleståndsperioder kommer dessa att vara de enda faktorer som begränsar prestanda. När man skall ha konstant kraft och / eller när man inte vill ha stilleståndsperioder, då är det motorns konstanta kraft som är det kriterium som används för definition av gränsegenskaperna. Linjärmotorns konstanta kraft är beroende av kylning samt maximalt tillåten drifttemperatur. Detta är i sin tur i huvudsak beroende av omgivningstemperatur samt kylning och montering av motorn. Databladen visar den kontinuerliga kraften hos motorn monterad i en standard kylfläns och utan extra kylning. Man kan fördubbla den kontinuerliga kraften om man använder forcerad kylning med fläkt. Uppförande vid överlast eller stopp En av de viktigaste fördelarna med LinMot P drivenheter inte havereras om de utsätts för yttre krafter som medför stopp. Förplacerade bromspunkter eller slirkopplingar behövs inte i den här typen av situationer för skydd av känsliga kugghjul, växellådor eller axlar. När stopp eller överlast uppträder, kommer LinMot E servoförstärkare att ge ut användardefinierade utsignaler som kan användas av det överordnade systemet för att initiera lämpliga åtgärder. På liknande sätt detekteras linjärmotorns termiska överlastrelä och således tas om hand. Montering av linjärmotorer Linjärmotorerna monteras genom klämma fast dem över största möjliga yta på statorns monteringszon. Klämytans storlek tillsammans med kylflänsens kylförmåga har direkt inverkan på motorns lastförmåga. Monteringsflänsar med beteckningen "PF01", med garanterat optimal montering, finns att få för alla motortyper. Lastanslutning Linjärmotorernas slid har i båda ändar borrade hål med invändig gänga, för att man skall kunna ansluta lasten mekaniskt. Vid fastsättning av lasten kommer förmodligen enbart den ände på sliden som är närmast lasten att fixeras med hållaren. Med lokeringshål kan slidänden anslutas till lasten med klämma (se konstruktionshandboken). Linjärmotorernas statorer är försedda med glidlager. Dessa är i första hand avsedda för lagring av själva slidern. Lasten måste lagras externt med egna lager. För anslutning av lasten måste man vid konstruktion tänka på att förhindra "överdefiniering" av lager samt kompensera för parallellfel (kompensationskoppling, rätlinjighet för motor och externa guides). Tvärkrafter på sliden, som kan uppträda när lasten är felaktigt ansluten, reduceras linjärmotorns servicelivslängd. Matningsspänning I tabellerna i databladen för LinMot P drivenheter är matningsspänningen för LinMot E servoförstärkare specificerad. Grundläggande är att en högre matningsspänning ger högre maxkraft och därför mer dynamik hos drivsystemet. Den maximala kontinuerliga kraften år emellertid begränsad av effektförlusterna och oberoende av matningsspänningen. LinMot P familjen av linjärmotorer ersätter ett stort antal mekaniska komponenter. Kapitel 3-8
Produktgrupper och deras beteckningar LinMot P Linjärmotorer finns i fyra produktgrupper P01-23x80, P01-23x120, P01-37x120 och P01-23x240. De olika produktgrupperna skiljer sig i första hand genom olika slaglängder, maximal kraft och mekaniska dimensioner. Statorerna är identiska inom produktgrupperna. Följande exempel visar hur beteckningsschemat fungerar: P02 heavy-duty utförandet har slid, vars yta är ytbehandlad med titan, har en hårdhetsgrad (mikro) som är 2300 HV 0.05. Design och mekaniska dimensioner är identiska med P01 serien. P02 serien har följande fördelar: Mer resistent mot smuts, speciellt när den är i kontakt med aggressiva material. I kritiska tillämpningar har den längre livslängd. Användning av heavy-duty version rekommenderas när:service av drivenheten är svår. Arbetsmiljön är smutsig. Forcerad kylning Linjärmotorns kontinuerliga kraft beror i huvudsak på dess kylning. Värden på kontinuerlig kraft som anges i databladen kan ökas avsevärt med forcerad kylning med fläkt. Om linjärmotorer, som är monterade med en standard kylfläns, får extra kylning med fläkt, då kan de köras med dubbla den kontinuerliga kraften i en luftström på 2 m/s (se datablad). Initialisering När en servoförstärkare kopplats in, måste initialisering av position göras med referenskörning till nollposition. Användaren kan konfigurera initialiseringen. Följande initialiseringssätt finns: Actual position: Den aktuella positionen vid start av initialiseringsproceduren läggs in som nollposition, utan att förflytta sliden. Auto move out: Linjärmotorns slid rör sig utåt under initialiseringen, tills den når ett stopp. Detta är nollpositionen. Motorer med hålslid Linjärmotorer serie P01-37x120 och P01-37x240 finns även med hålslid. Dessa motorer har ett 6 mm koncentriskt hål genom sliden. Detta gör det möjligt att konstruera hanteringsmaskiner med pneumatik eller sugkoppar med minimalt utrymmesbehov. Därvid används linjärmotorns hålslid för luft- eller vacumförsörjningen. När elektroniska sensorer eller avkännare förflyttas tillsammans med linjärmotorn kan deras anslutningskablar stickas genom sliden och anslutas till elektroniken. Dyrbar och platskrävande konstruktioner för kabeldragning i närheten av rörliga delar undviks. Motorerna skiljer sig inte från standardtyper i fråga om mekaniska dimensioner. Följande linjärmotorer finns med hålslid: Typbeteckning Artikelnummer P01-37x120/20x100-L0150-1175 P01-37x120/80x160-L0150-1176 P01-37x120/180x260-L 0150-1177 P01-37x240/100x100-L 0150-1178 P01-37x240/40x160-L0150-1179 P01-37x240/60x260-L0150-1180 Auto move in: Linjärmotorns slid rör sig inåt under initialiseringen, tills den når ett stopp. Detta är nollpositionen. Trig move in / trig move out Linjärmotorns slid rör sig inåt eller utåt tills triggsignalen från en extern sensor går från 0 till logisk 1. Den positionen som nåtts vid triggsignalens positiva flank läggs in som nollpunkt. Turn left / turn right En stegmotor roterar högervarv eller vänstervarv tills triggsignalen från en extern sensor går från 0 till logisk 1. Den aktuella positionen läggs in som nollposition. Efter initialiseringen kan man kontrollera om linjärmotorns slid kan röra sig fritt över hela dess rörelseområde. Initialiseringsfel eller stopp leder automatiskt till felmeddelande till det överordnade styrsystemet. Kapitel 3-9
Omgivningsbetingelser Statorhuset, som innehåller alla elektroniska komponenter, tillåter att motorn kan arbeta i mycket svåra miljöer. Det magnetiska mätsystemet för positionsmätning garanterar tillförlitlig funktion, även på platser med mycket smuts. LinMot linjärmotorer är vattentäta och kan även användas under vatten om lämpliga anslutningar används. Användning i utrymmen med hög fuktighet, under vatten eller i kontakt med aggressiva vätskor eller gaser bör endast ske efter kontakt med leverantören. Användning i renrum Certifikat nr FM9805-3475 från Fraunhofer Institute i Stuttgart bekräftar att motorer kan användas i renrum klass 1 för rörelsehastigheter upp till 0.45 m/s och klass 10 för rörelsehastigheter upp till 1.2 m/s. Mätningar utfördes enligt US Fed. Standard 209E. Sliden hos motorer med lång slaglängd skjuter ut i statorns båda sidor, som är öppen åt båda hållen. Flera statorer på samma slid möjliggör flera individuella linjära rörelser i begränsade utrymmen. Kapitel 3-10
3.4 LinMot MJUKVARA LinMot Talk användarmjukvara är mycket lättanvänd och förenklar därför inställningar och kontroll av linjärmotorsystemet. LinMot Talk användarmjukvara LinMot Talk konfigureringsmjukvara är ett MS-Windows-baserat Oscilloscope interface som hjälper användaren vid konfigurering och underhåll av Oscilloskopet hjälper användaren när han skall sköta ett LinMotsystem. LinMot-E servoförstärkare. Mjukvaran har ett kraftfullt modulärt Interna variabler såsom inställingspunkter och är positioner grafiskt interface som täcker alla områden när man använder LinMot- registreras i realtid och visas på skärmen och kan följaktligen skrivas E servoförstärkare. Under dess utveckling tog man stor hänsyn till att ut. Inhämtade data kan lagras i CSV-format för ytterligare behandling den skulle ha utomordentlig användbarhet. I det följande finns en i MS Excel eller för dokumentation. kortfattad beskrivning av de fem huvudmodulerna. Parameter Inspector När man använder parameter inspector, kan parametrar i LinMot-E servoförstärkare mycket enkelt ändras. Hela parametersatser kan laddas, lagras och skrivas ut. Användaren har många möjligheter att markera inställningar. Dessa är tillämpliga för initialisering, driftsätt, felhantering, varningsmeddelanden och styrparametrar. Parametrarna ställs in med parameterinspectorn. Alla inställningar kan lagras efter behov och överföras till andra styrningar. Curve Editor Kurveditorn används för att generera och hantera behovet av kurvor för LinMot-E styrenheter. Befintliga kurvor kan hämtas upp, lagras, editeras, sammankopplas och skrivas ut. Detta möjliggör generering av rörelseprofiler. Man kan även använda MS Excel, för att importera befintliga rörelseprofiler samt generera komplexa komplexa rörelser som kan sammankopplas som man vil. Dessa laddas enkelt ner i servoförstärkaren med "curve inspector". Firmware På samma sätt som för LinMot hårdvaruprodukter, är mjukvaran också modulär och tillåter enkel integration av kundspecifika tillägg (tillämpningar). Illustrationen nedan visar grafiskt hur mjukvaran är konstruerad. Den så kallade "Firmware" utgör basen som kontrollerar interna hårdvarunära funktioner. "Basic application software" placerad ovanför firmware ger användarbredd för alla funktioner i anslutning till positionsstyrning. Kundspecifika applikationsprogram kan integreras som en tredje nivå i mjukvarustrukturen. Error Inspector Med felhanteraren kan användaren visa lagrade felmeddelanden och alla aktuella fel och varningar från LinMot servoförstärkaren. De senaste 10 felmeddelandena och registrerad av drifttid är lagrade i styrningens minne. Dessutom kan man avläsa status för alla ingångar och utgångar med felinspectorn. Detta gör att man snabbt och enkelt kan studera signaler till och från det överordnade systemet. Kapitel 3-11
3.5 ANVÄNDNINGSOMRÅDEN 3.5.1 Hantering med hög dynamik - högre produktivitet Industriella linjärmotorer leder till avsevärd förenkling av konstruktionsprocessen vid automatisering av hantering med höga hastigheter LinMot elektromagnetiska linjärmotorer har en enkel integrerad uppbyggnad De erbjuder en ren elektrisk lösning (ingen tryckluft) och de kanhöja produktiviteten avsevärt, både i befintliga maskiner och i nykonstruktioner - speciellt som supplement eller alternativ till pneumatisk rörelser med pneumatik. Ändposition, mellanliggande position och kraft ställs in i mjukvaran. Inbyggda kontaktlösa givare för ändposition. Ren elektrisk lösning utan tryckluft. Färre antal delar (inga dämpare, ventiler, rör, strypventiler,...) Hastighet upp till 3.5 m/s (d. V. s. 10 slag per sekund). Industriella linjärmotorer Industriella linjärmotorer är kompletta drivelement för användning av krävande miljöer. Drivenheten består bara av två delar, den rörliga sliden och statorn. Man kan köra till godtyckliga positioner, på samma sätt som med roterande servomotorer. Lagrade rörelseprofiler kan följas eller rörelser kan utföras synkront med rörelsen hos en huvudaxel. Sliden består av ett stålrör av hög kvalitet, som innehåller magneter. Lagringarna är gjutna i ett kraftigt stålhölje tillsammans med lindningar och positions- samt temperaturgivare. Positionsmätningar görs kontaktlöst med sensorer som känner av magnetfältet. Den här typen av konstruktion garanterar tillförlitlig drift i krävande industriell miljö med omfattande kontamination eller under vatten. Eftersom det inte finns någon mekanisk koppling mellan stator och slit, uppstår den linjära rörelsen direkt av elektromekaniska krafter. Direktlinjära drivenheter utsätts i princip inte för förslitning. Dynamisk och flexibel Tid är pengar är fortfarande ett mycket viktigt kriterium för. Kraven på högre och högre produktionskapacitet resulterar i att rörelser skall utföras med allt högre dynamik. Dessutom är det viktigt att undvika dödtider genom exakt synkronisering och samtidigt måste flexibiliteten höjas genom att lagra önskade rörelseprofiler. I allt högre grad börjar användningen av välkända komponenter såsom pneumatiska cylindrar att nå sina begränsningar. Skillnaden mellan de båda teknologierna börjar redan att bli uppenbar när man tänker på den industriella linjärmotorns maximala hastighet. Vid över 4 m/s är detta omkring 2 till 3 gånger snabbare än vad man kan uppnå med pneumatiska cylindrar. På grund av detta, kommer linjärmotorn inte bara att garantera extremt dynamisk rörelse, utan den har också tillräckliga reserver för ytterligare ökning av egenskaper i användningsområden såsom hantering och montering. Bild: Dynamisk produktion som fungerar tack vare industriella linjärmotorer. För att få korta cykeltider börjar det att bli allt mer betydelsefullt med exakt definition av rörelseprofiler. Vad är det för nytta med hög hastighet om man inte har kontroll över accelerationen och produkten lossnar från gripdonet vid varje start? Med pneumatiska cylindrar får man räkna med tappa greppet effekter när man startar en rörelse med okontollerad acceleration (förorsakad av att olika värden på vilofriktion och glidfriktion hos lagringen). För att slippa det här problemet måste man minska den pneumatiska cylinderns rörelse med hjälp av dämpere. Rörelseprofiler för industriella linjärmotorer kan definieras mjukvarumässigt och enligt godtyckliga kriterier. När den en gång är definierad behöver rörelseprofilen ingen ytterligare modifiering och förblir stabil så länge servosystemet är i drift. Högre produktionshastighet leder automatiskt till ett högre antal cykler. Detta leder till minskad livslängd hos maskinen om man inte ökar livslängden för drivningens komponenter. Livslängden för industriella linjärmotorer är omkring 100 gånger längre än för pneumatiska enheter, därför att linjärmotorer inte har några delar såsom tätningar som utsätts för förslitning. Bild: Tryckning på produkter av olika storlek, utan tidsförlust. För några år sedan pratade alla i produktion om Just in time. Ändå kör man fortfarande små seriestorlekar i produktionsförertagen. Moderna hanterings- och sammansättningssystem karakteriseras av hög flesibilitet samt snabba verktygsbyten och inställningstider. Det idealiska, när man växlar produkt i en maskin, det är när man bara behöver trycka på en knapp på manöverpanelen. Manuell justering av mekaniska gränslägen för pneumatiska linjärdon samt byte av mekaniska kamar kräver inte bara tid, det är också en källa till fel. Felaktigt justerade eller ändrade komponenter kan ofta medföra allvarliga haverier och motsvarande produktionsbortfall. Kapitel 3-12
Hantering blir enklare Användning av industriella drirektlinjära servosystem tillåter konstruktören att designa extremt kompakta och enkla maskiner, även för komplexa hanteringsuppgifter. När man använder pneumatiska gripdon i Pick & Place tillämpningar är förutsättningarna för installation ofta begränsade och rördragning för luft eller vacuum ställer ofta till problem. Linjärmotorer med hålslid erbjuder en mycket enkel lösning där gripdonet försörjs direkt genom ett borrat hål genom sliden. Platskrävande konstruktioner som är svåra att rengöra kan därför undvikas i området kring gripdonet. Eftersom den linjära rörelsen åstadkoms direkt, klarar man sig utan konstruktioner med växlar och kopplingar som annars stjäl utrymme. Kraften skapas direkt i rörelseriktningen och behöver inte konverteras med hjälp av mekaniska transmissionselement såsom växlar, spindlar och remmar. På grund av den avsevärt mycket lägre vikten, leder detta till inbesparingar både konstruktionsmässigt och produktion av serietillverkade maskiner. Med linjärmotorer kan man enkelt konstruera en 2-axlig Pick & Place enhet, med endast ett litet antal standardkomponenter:: två linjärmotorer eller djupet i ett borrat hål. När den används som probe, kan den maximala strömmen och darmed den maximala kraften hos linjärmotorn begränsas mjukvarumässigt, så att motorn endast lägger på den kraft som behövs för att utföra jobbet. Ett positionsvärde, väl under förväntad position, sänd till motorn. Linjärmotorn kör nu ner med inställd hastighet tills den upptäcker det föremål som skall kännas av. Ett eftersläpningsfel kommer att genereras eftersom den ännu inte har nått sin inställda position. Dessa signaler regietreras i det överordnade systemet och talar om att den aktuella positionen är lika med stapelens höjd eller borrhålets djup. Den aktuella positionen läses ut via serieinterface eller ett fältbusinterface, t ex CAN eller Profibus, och behandlas vidare i det överordnade styrsystemet. Bild: Avkänning av höjden på en stapel eller djupet i ett borrat hål. Bild: en linjär skena två fästelement för horisontalrörelsen. Pick & Place kan konstrueras med enbart ett fåtal standardkomponenter. Beröring och känsla vid montering Fortfarande sker många sammansättningar manuellt under produktion, eftersom den mänskliga handens beröring och känsla behövs för att utföra arbetet. Med linjärmotorer kan man enkelt utföra liknande uppgifter, sådana som hittills bara kunnat implementeras med stora svårigheter. Eftersom linjärmotorns rörliga del både åstadkommer positionering och kraft, kan information om den aktuell positionen och kraft användas för styrning. Linjärmotorn kan användas som probe för att mäta höjden på en stapel Med användning av linjärmotorer kan detaljer försiktigt fogas samman med hjälp av en fördefinierad kraft. I det här fallet kan återkoppling av slutlig position och erforderlig kraft användas för att kontrollera om monteringsprocessen genomförts med framgång, det vill säga att detaljen är inpressad med önskad kraft till rätt läge. Bild: Isättning av förslutning i en flaska: (1) Testning att förslutning och lock är på plats och i rätt utgångsläge. (2) I förslutningen med inställd kraft till slutlig position. (3) Rätt position. Kapitel 3-13
3.5.2 Linjärmotorer i stället för pneumatik Flexibla lösningar, ingen omställningstid Med LinMot linjärmotorer kan man stoppa i godtycklig position - utan att utforma den mekaniska konstruktionen för stopp mellan två ändpositioner. Alla parametrar såsom slaglängd, positioner, hastigheter och acceleration kan ställas in efter behov med hjälp av LinMot s mjukvara. Omställningstiderna är noll och enkel och universell design kan realiseras. Kortare tid för förflyttning betyder högre produktivitet Enkel punkt-till-punkt positionering med pneumatiska cylindrar kan ersättas och förbättras med linjärmotorer. Kortare tid för förflyttning (tl<tp) och mjukare rörelse (utan mekaniska dämpare) är en klar förbättring. Eftersom linjärmotorerna kan synkroniseras med hög precision och repeternoggrannhet, behövs det inte några extra fördröjningar (tdelay) mellan de två rörelserna som kör mot varandra. Detta resulterar i kortare cykeltider (TL<TP). S1 S2 S1 S2 Tid Tid Tid Tid Linjärmotorn som ett nytt konstruktionselement Den industriella linjärmotorn är en multi-funktionell komponent för dynamiska positioneringsändamål. Den har redan sin plats bland standardkomponenterna för modern maskinkonstruktion. Bild: calculator Utöver välkända komponenter såsom servomotorer med remmar eller spindlar, mekaniska kammar eller pneumatiska cylindrar, erbjuder linjärmotorn ytterligare möjligheter för nytänkande och flexibel konstruktion. Dessutom har de gjort dynamiken olikformig och har extremt lång livslängd. LinMot industriella linjärmotorer finns tillgängliga som standardelement och kan levereras från lager. För världsomspännande support och service finns mer än 30 tekniskt kvalificerade agenter.. Design manual för direktlinjära servosystem Design manualen för direktlinjära servosystem innehåller mer än 60 sidor med komplett information om maskinkonstruktion med elektromagnetiska direklinjära servosystem. I bokens första del kan man läsa om olika tillämpningar, illustrerade med beskrivningar och fotografier på verkliga användningar. I den andra delen kan konstruktören ta del av konstruktionstips som illustreras med CAD-ritningar. Tilläggskomponenter, som behövs för konstruktion, är också listade med uppgift om tillverkare. Manualen kan beställas kostnadsfritt från: eller laddas ner direkt från LinMot s hemsida www.linmot.com. Kapitel 3-14
3.5.3 Paketering och hantering Vacuum sugkopp för plockning Rotation och linjär rörelse Plockning Pick and place med två statorer på samma slid Placering Stackning Fyllning Test och montering Kapitel 3-15
Montering av delar i plastsvetsverkyg Placering av detaljer i lådor eller påsar Placering Snabb förflyttning av flexibla detaljer 3.5.4 Lindning och textil Lindning Konstant kraft Kapitel 3-16
3.5.5 Tryckning och etikettering Elektromagnetiska linjärmotorer (linjära rörelsedon) är idealiska komponenter i maskiner för tryckning och etikettering. Lin- Mot linjärmotorer har betydande fördelar i form av process och systemorienterad integration, i förhållande till lösningar med konventionell pneumatik, mekanik och spindelmaskiner: Elektrisk lösning (ingen tryckluft) Bättre egenskaper (20 000 slag/timme) Inställbara processparametrar (slaglängd, kraft, rörelseprofil) Kompakt och enkel konstruktion med extrem livslängd. Byt produkt utan att tidsförlust När man använder direklinjära servosystem kommer etiketteringsmoduler att fungera utan inställningstid och ge fritt justerbara slaglängder. Tryckinstruktioner och produkthöjder överförs till modulen. Detta gör det möjligt att trycka flera olika produkter samtidigt. Snabbare tryckning på känsliga produkter Teknologi med linjärmotorer gör att man får stötfria kontrollerade kraft- och tryckningscykler. Detta gör att man avsevärt mycket snabbare kan göra tryck på känsliga produkter, jämfört med lösningar med pneumatik. Kapitel 3-17
Automatisk justering av produkttoleranser Individuella produktstorlekar har ingen som helst inverkan på tryckcykeln eftersom kraften kan ställas in oberoende av slagets längd. Moduler för tryckning, designade för linmot, finns som standardfunktion. Komplexa processer för tryckning och etikettering Fritt programmerbar kraft och rörelseprocesser resulterar i avgörande förbättringar. System med teach in och komplexa kvalitetsprocesser kan enkelt realiseras med direklinjära servosystem eftersom slag och kraft finns tillgängliga on-line och kan skickas till godtycklig PLC: Kapitel 3-18