Servoförstärkare SR 8 Engel Elektroantriebe MANUAL Komponenter för automation V05.11
Innehållsförteckning 1 SÄKERHETS- OCH ANVÄNDNINGSTIPS 2 BESKRIVNING 3 TEKNISKA DATA 4 DRIFTFALL 4.1 Momentreglering 4.2 Varvtalsreglering 4.2.1 Återkopplad tachogenerator 4.2.2 Återkopplad pulsgivare 4.2.2 Återkopplad ankarspänning 4.3 Ytterligare funktioner 4.3.1 Gränslägesbrytare 4.3.2 Monitorfunktion 4.3.3 Accelerationsramp 4.4 Statusvisning / Klarsignalutgång / Felidentifikation 5 ANSLUTNINGAR 6 DRIFTSÄTTNING 6.1 Inkopplingsförslag 6.2 Inställning av strömgränser / Optimering av förstärkaren 6.2.1 Märk- och toppström 6.2.2 Inställning av IR-kompenseringen 6.2.3 Optimering av varvtalsregleringen 6.2.4 Inställning av varvtalsområdet 7 DIMENSIONER 8 INSTÄLLNINGSPUNKTER (KRETSKORT) 2 tfn 08-18 81 85 fax 08-18 66 00 www.nordela.se
1 Säkerhets- och användningstips Arbete på servoförstärkaren får endast ske i spänningslöst tillstånd. När matningsspänningen kopplas bort, finns kvarvarande spänning på kortet under några sekunder. Vänta 10 sekunder. När servoförstärkaren är spänningssatt får kontaktdonen aldrig monteras/demonteras. Drivkortet kan då förstöras. För att minimera risken för kortslutning, skall kretskortet vara fritt från lödtenn och komponentrester. Utöver de justeringar som nämns i detta dokument, får inga förändringar på servoförstärkaren göras. Servoförstärkaren är en elektronisk komponent, avsedd att driva motorer samt att installeras i maskiner. Maskindirektivets säkerhetsbestämmelser (89/392/EWG) skall följas. Kontrollera innan motorn startas att det inte föreligger någon fara för omgivningen. 2 Beskrivning Servoförstärkaren SR 8 är avsedd för acceleration / retardation i båda rotationsriktningarna (4-kvadrant reglering). Den är helt digital och uppbyggd kring en 8-bitars processor. Denna sköter alla reglerings- och övervakningsfunktioner. SR 8 består av en varvtalsreglering med PI-karakteristik som är överordnad en strömregler-krets. Transistorerna i slutsteget är MOSFET. Övervakningsfunktioner skyddar motor och förstärkare från att överbelastas. Ett par LED ger kontinuerlig information om förstärkarens driftstatus. SR 8 kan matas med en spänning i intervallet 20-60 V DC och är avsedd att användas till motorer med märkspänning 12-48V DC. Vid acceleration finns under 2 sek. en toppström tillgänglig. Denna är inställbar och kan max uppgå till 2,5 ggr den inställda märkströmmen. Servoförstärkaren SR 8 är lämplig att använda överallt där varvtalet skall kunna regleras och/eller där inställt varvtal vid ändring av last / nätspänning / temperatur skall vara konstant. Den vanligaste applikationen är när motorns varvtal skall följa ett givet börvärde. Varvtalets ärvärde kan utgöras av en återkopplad tachogenerator, pulsgivare eller motorns generatorspänning. Ytterligare ett driftfall är möjligt, nämligen momentreglering. Här följer motorströmmen och därmed motorns moment det inställda börvärdet. SR 8 är avsedd för skåpmontage. Den elektriska anslutningen sker via en jackbar skruvplint (ett 20-poligt CombiCon kontaktdon, delning 5,08 mm). 3 Tekniska data Matningsspänning U in 20... 60 ± 10% V DC Glättad 10% Utgångsspänning U out 0,9*Uin V DC Märkström I N 5 A SR 8.05 10 A SR 8.10 Toppström I Topp 12,5 A SR 8.05 25 A SR 8.10 Tid för toppström 1) ts 2 s Slutstegets frekvens f 16 khz Tillåten omgivningstemperatur 2) 0... 40 o C Ingångar för varvtalsärvärde Tachogenerator standardbestyckning k ue 5 mv/min -1 max. tachospänning U tmax 20 V Pulsgivare A/B signaler (90 o ) med TTL- eller open collector utgång. Konfigurerbara pulstal är 120, 250, 500 ppr. max ingångsfrekvens f max 25 000 Hz Ingång, varvtalsbörvärde Spänning U bör 0... ± 10 V Ingångar Avaktivering / aktivering Låg: 0... 2,0 V Hög: 10 V... 30 V Gränsläge, höger samt Låg: 0... 2,0 V Hög: 10 V... 30 V gränsläge vänster tfn 08-18 81 85 fax 08-18 66 00 www.nordela.se 3
Utgångar Matning börvärdespotentiometer U pot +10 V (+10%) (I max =5mA) Matning pulsgivare U ext +5 V (+10%) (I max =40mA) Monitor 3) U mon 5 V ± 5 V (I max =2mA) Klarsignalutgång optokopplad, max 50V / 50mA 1) När den tillåtna tiden för toppströmmen uppnåtts, sänks strömmen till den inställda märkströmmen. 2) Vid vertikal montering och fri konvektion. 3) Konfigurerbar till motorns ström eller varvtal med 5 V offset. Upplösning 8 Bit. 4 Funktioner Servoförstärkaren kan användas både för varvtals- och momentreglering. Inställningen görs via byglar på kortet. Börja med att ta bort locket, se kap. 8. Byglarna får endast flyttas då kortet inte är spänningssatt. Oberoende av valt driftfall, skall börvärdet i form av ±10 V anslutas till börvärdesingången (differentialingång). 4.1 Momentreglering Om bygeln M-REG är i position ON, arbetar regleringen som momentreglering (strömreglering). Det angivna börvärdet tolkas som momentbörvärde (strömbörvärde). Saknas ett bromsande moment accelererar motorn till sitt maximala varvtal. Bygel Position A-OUT --- IRx10 --- BER 2 --- BER 1 --- RMP 2 --- RMP 1 --- M-REG ON INKR Ej byglad TACHO Ej byglad IxR Ej byglad --- = ej relevant här 4.2 Varvtalsreglering Servoförstärkaren består av en varvtalsregulator som arbetar med PI-karakteristik och med en underordnad strömregleringskrets. Förstärkningen anpassas via potentiometern KP, den integrerade reglerdelen är fast. För att regleringen skall kunna fungera, måste både ett börvärde och ett ärvärde finnas. När det gäller ärvärdet finns olika möjligheter: 4.2.1 Varvtalsärvärde från en tachogenerator Om bygeln TACHO är i position ON, krävs att motorns varvtal återkopplas som en spänning från en tachogenerator. Denna typ av återkoppling möjliggör en reglering med ett mycket stabilt varvtal. Störande påverkan i form av laständringar, förändringar hos matningsspänningen samt omgivningstemperaturen påverkar regleringen endast i ringa omfattning. Vid ett ev. kabelbrott hos tachogeneratorn, stannar motorn. Bygel Position A-OUT --- IRx10 --- BER 2 --- BER 1 --- RMP 2 --- RMP 1 --- M-REG Ej byglad INKR Ej byglad TACHO ON IxR Ej byglad --- = ej relevant här 4 tfn 08-18 81 85 fax 08-18 66 00 www.nordela.se
4.2.2 Varvtalsärvärde från en pulsgivare Fyrkantsignalen från en pulsgivare med 5V TTL-nivå används som varvtalets ärvärdessignal (t.ex. Engels DIT 1). Bygel Position A-OUT --- IRx10 --- BER 2 ON/OFF BER 1 ON/OFF RMP 2 --- RMP 1 --- M-REG Ej byglad INKR ON TACHO Ej byglad IxR Ej byglad --- = ej relevant här Genom att flytta byglarna BER 1 och BER 2, anpassas servoförstärkaren till pulsgivarens pulstal. Pulstal Bygel (ppr) BER 1 BER 2 120 OFF OFF 250 ON OFF 500 OFF ON 4.2.3 Varvtalsärvärde från IxR-kompensation Här används motorns generatorspänning som varvtalets ärvärdessignal. För att erhålla en signal mäts effektstegets utgångsspänning, som sedan korrigeras med en till motorströmmen proportionell andel (IxR). Via trimpotentiometern P4 IRk anpassas storleken hos den proportionella andel till den aktuella motorn. Bygeln IxR skall vara i position ON. Genom att låta bygeln IRx10 vara i position ON, utökas P4 kompensationsområde till att omfatta motorer vars inre resistans överstiger 1,5 Ohm. Bygel Position A-OUT --- IRx10 ON/OFF BER 2 ON/OFF BER 1 ON/OFF RMP 2 --- RMP 1 --- M-REG Ej byglad INKR Ej byglad TACHO Ej byglad IxR ON --- = ej relevant här I detta driftfall måste servoförstärkaren anpassas till motorns märkspännning. Detta sker genom att byglarna BER 1 och BER 2 anpassas enligt tabell. Motorns Bygel märkspänning BER 1 BER 2 42 V OFF OFF 34 V ON OFF 24 V OFF ON 18 V ON ON tfn 08-18 81 85 fax 08-18 66 00 www.nordela.se 5
4.3 Tilläggsfunktioner 4.3.1 Gränslägesingångar höger / vänster Två ingångar för gränslägen, höger resp. vänster finns. När ingången Limit + sätts hög, ignoreras positiva varvtalsbörvärden och förstärkaren arbetar internt i P-mode. Negativa börvärden förblir opåverkade. När ingången Limit - sätts hög, ignoreras på samma sätt negativa börvärden medan positiva börvärden förblir opåverkade. 4.3.2 Analog monitorutgång För att kunna mäta ström (moment) samt varvtal, finns en unipolär analog monitorutgång med 5 V offsetspänning tillgänglig. Anslut voltmetern mellan Monitor och COM. 5V motsvarar 0 A alt. 0 rpm. Vid strömmätning motsvarar 3 resp. 7 V (beroende på motorns rotationsriktning) = förstärkarens märkström. 0 resp. 10 V motsvarar förstärkarens toppström. Varvtalsmätning fungerar på motsvarande sätt. Bygel A-OUT Monitorfunktion Utgångsspänning Utgångsfunktion OFF Strömövervakning 2V / I märk 0V... 5V... 10V ON Varvtalsövervakning ca. 5V / 6000 min -1 4.3.3 Accelerationsramp (mjuk start / inbromsning) Med byglarna RMP 1 och RMP 2 kan tiden för hastighetsförändringen ställas in: Bygelposition Ramptid vid momentan RMP 1 RMP 2 börvärdesändring från 0 till märkvarvtal OFF OFF 0,0 s ON OFF 0,1 s OFF ON 0,3 s ON ON 1,0 s 4.4 Statusvisning / Klarsignal / Felidentifikation De båda lysdioderna informerar entydigt om förstärkarens drifttillstånd. En optokopplad klarsignalutgång kan användas för övervakning tillsammans med en PLC. Följande tabeller visar möjliga tillstånd: LED 1 grön LED 2 röd Klarsignal Driftstatus Blinkar Släckt ON Matningsspänning fi nns. Förstärkaren är OK, aktiveringssignal saknas. Fast sken Släckt ON Aktiveringssignal fi nns. Förstärkaren arbetar normalt. Blinkar / fast sken Fast sken ON Om strömmen under en tid varit högre än inställd märkström, reduceras den till märkströmmen. Efter en tid av återhämtning, är den inställda toppströmmen åter användbar (LED 2 slocknar). Släckt Blinkar OFF Förstärkaren inaktiv pga ett fel. Felorsaken går att utläsa ur blinksekvensen hos LED 2. Fel sparas så länge förstärkaren erhåller en aktiveringssignal. Följande felorsaker kan särskiljas: (OBS! Förstärkaren ger klarsignal även om den är avaktiverad. Klarsignal försvinner endast vid fel enligt nedan.) Paus / antal blink / paus Orsak Åtgärd 1 Överspänning Stor masströghet hos lasten driver upp busspänningen. Aktivera börvärdesramper, sänk toppströmmen och som sista åtgärd använd en bromschopper. Är matningsspänningen för hög? 2 Tachosignal saknas Brott på tachogeneratorns ledning alt. trasig tachogenerator 3 Överström Undersök motorn. Kortslutning? 4 Underspänning Höj matningsspänningen till lägst 20 V Klarsignalutgången kan användas som PNP- eller NPN-utgång. 3 + Klarsignal SR8.xx +24V +24V Klarsignal 2 - Klarsignal 0V Klarsignal 3 + Klarsignal SR8.xx 0V 2 - Klarsignal Klarsignalutgång: PNP Klarsignalutgång: NPN V05.11 6 tfn 08-18 81 85 fax 08-18 66 00 www.nordela.se
5 Anslutningar Servoförstärkaren ansluts via en jackbar skruvplint (20-poligt Combicon kontaktdon, fabrikat Phoenix, typ MSTB 2,5/50-ST-5,08). Anslutningar nr. Beskrivning 1 Monitor Analogutgång för monitor funktion 5 V ± 5V. Referenspotential: GND 2 Bereit - Klarsignalutgång, I max = 50 ma 3 Bereit + Klarsignalutgång, I max = 50 ma 4 Com 1) Signalnolla 5 Limit - Digitalingång, vänster gränsläge. Referenspotential: COM 6 Limit + Digitalingång, höger gränsläge. Referenspotential: COM 7 Enable Digitalingång, aktivering av förstärkaren. Referenspotential: COM 8 +5 Vout Matningsspänning, pulsgivare. I max = 40 ma 9 Inkr. A Pulsgivarkanal A, (5V / TTL) 10 Inkr. B Pulsgivarkanal B, (5 V / TTL) 11 GND Referenspotential: Tachogeneratorns spänning / pulsgivare 12 Tacho + Ingång för tachogeneratorns spänning (±25 V nom.) 13 GND Referenspotential: Börvärdesingång 14 E + Börvärdesingång ±10 V 15 E - Börvärdesingång ±10 V 16 +10Vout Matningsspänning (+10 V) för börvärdespotentiometer, I max = 5 ma 17 Supply - 2) Matningsspäning, minus (GND) 18 Supply + Matningsspänning, plus (20 V... 60 V DC) 19 Monitor - Motoranslutning, negativ 20 Monitor + Motoranslutning, positiv 1) Vid leverans är potentialen COM (signalnolla) via en lödbrygga Br1, internt förbunden med potentialen GND (jord). För att erhålla en galvanisk åtskillnad, kan bryggan Br1 avlägsnas. 2) Den negativa matningsspänningen är internt förbunden med potentialen GND (jord). 6 Driftsättning Förstärkaren kan levereras anpassad till aktuell Engelmotor, om detta anges vid beställningen. I normalfallet behövs inga ytterligare anpassningar. Om motorn skall accelerera stora externa tröghetsmoment, kan dock förstärkaren behöva anpassas ytterligare. Kunden måste, oavsett om förstärkaren levereras anpassad till viss Engelmotor eller ej, alltid försäkra sig om att förstärkaren är korrekt inställd samt vid behov anpassa densamma. Arbetsgång Anslut förstärkaren t.ex. enligt installationsförslagen nedan. Sök igenom installationen efter ev. fel. Inställning / kontroll av driftfall, se pkt 4, Funktioner. Avaktivera servoförstärkaren. Minimera börvärdet. Anslut matningsspänningen. Obs! När detta görs skall servoförstärkaren vara avaktiverad, annars startar den ej. Aktivera servoförstärkaren. Nu skall motoraxeln rotera och följa börvärdet. Inställning / kontroll av strömgränser. Optimera förstärkaren enl. pkt 6.2. Om motorn vid driftsättandet accelererar till sitt maximala varvtal, så snart servoförstärkaren aktiverats, kan detta bero på att motor- alt. tachogeneratorns (pulsgivarens) anslutningar har felaktig polaritet. Kontrollera även börvärdessignalen. tfn 08-18 81 85 fax 08-18 66 00 www.nordela.se 7
6.1 Inkopplingsförslag SR8.xx Monitor - Bereit (klarsignal) + Bereit (klarsignal) Com (signalnolla) Limit - (vänster gränsläge) Limit + (höger gränsläge) Enable (aktivera) +5 V A B GND (tacho / pulsgivare) Tacho GND (börvärde) E + (börvärde) E - (börvärde) +10 V (matning, pot. max 5 ma) Supply - (GND) Supply + Motor - Motor + PLC 1 2 3 4 5 +24V 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 aktivera + klarsignal 0V börvärde +/-10V 20-60 VDC Tacho + M + Driftfall: Varvtalsreglering med återkopplad tachogenerator samt ansluten till en PLC. Varvtalets börvärde varierar inom ± 10 V. För att eliminera potentialdifferensen mellan E- och GND (jord) skall de förbindas. SR8.xx Monitor - Bereit (klarsignal) + Bereit (klarsignal) Com (signalnolla) Limit - (vänster gränsläge) Limit + (höger gränsläge) Enable (aktivera) +5 V A B GND (tacho / pulsgivare) Tacho GND (börvärde) E + (börvärde) E - (börvärde) +10 V (matning, pot. max 5 ma) Supply - (GND) Supply + Motor - Motor + 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 aktivera + Börvärde 5...10 kohm 20-60 VDC M + Driftfall: Varvtalsreglering med EMK-återföring samt IxR-kompensering eller momentreglering. Börvärdet erhålles exempelvis från en potentiometer som matas med + 10 V. Pga att börvärdet här är unipolärt (polariteten kan ej ändras) kan motorn endast köras / bromsas i en riktning, om man inte polvänder motorn. Den andra börvärdesingången, E-, skall förbindas med GND (jord). Även aktiveringsingången matas med + 10 V. 8 tfn 08-18 81 85 fax 08-18 66 00 www.nordela.se
6.2 Inställning av strömgränser / Optimering av regleringen Normalt levereras förstärkaren anpassad till den aktuella Engelmotorn. Om detta inte varit möjligt måste förstärkaren anpassas till motorn enligt ordningsföljden nedan. Kunden måste, oavsett om förstärkaren levereras anpassad till viss Engelmotor eller ej, alltid försäkra sig om att förstärkaren är korrekt inställd samt vid behov anpassa densamma till det aktuella driftfallet. De olika trimpotentiometrarnas och byglarnas lägen på kortet framgår under pkt 8. För att kunna anpassa förstärkaren krävs följande utrustning: - en varvtalsmätare (för motorer med likspänningstacho räcker det med en multimeter.) - en voltmeter (om du vill utnyttja servoförstärkarens monitorutgång, alt. en ampere-meter (om du vill mäta direkt på motorkabeln). Mätområdet skall omfatta motorns märk- / toppström. 6.2.1 Märk- och toppström Varning! Vid inställning av strömgränser får inte motorns tillåtna märk- och toppströmmar överskridas. Dessa anges i motorns datablad och på motorns typskylt. Hos motorer med växlar, kan växlarna bli dimensionerande för vilka strömmar som skall ställas in. Här gäller det att kontrollera hur hårt växeln kan belastas och inte utgå från att data angivna på motorns typskylt också inkluderar växeln. Inställning av märkström Vrid potentiometern P6 I max moturs så långt det går (minsta värde). Blockera motorn och låt varvtalets börvärde motsvara ett lågt varvtal. När voltmeterns alt. ampere-meterns värde stabiliserats, ställ in märkströmmen via potentiometer P5 I märk. Inställning av toppström För att kunna ställa in toppströmmen måste märkströmmen vara rätt inställd. Vid blockerad motor kan toppströmmen under en kort tid mätas, direkt efter det att servoförstärkaren blivit aktiverad. Via potentiometer P6 I max kan man ställa in relationen (1,0-2,5ggr) mellan topp- och märkströmmen. Efter det att toppströmmen utnyttjats under dess maximala tid (2 s), tänds LED 2, röd. Toppströmmen kan därefter utnyttjas först när förstärkaren har kylts ned, dvs. när LED 2 släckts. 6.2.2 Inställning av IxR-kompensationen Bygeln IRx10 monteras enligt nedan. Positionen styrs av motorns anslutningsresistans (se motorns datablad). R motor < 1,0 Ohm. Montera bygeln IR x 10 i position OFF R motor > 1,0 Ohm. Montera bygeln IR x 10 i position ON Vrid potentiometer P4 IRk moturs så långt det går (minsta värde). Låt motorn rotera ungefär med sitt märkvarvtal, t.ex. genom att använda en börvärdespotentiometer. Belasta sedan motorn med ca. 10% av dess märklast. Mät varvtalet. Öka belastningen till ca. 100% av dess märklast. Mät varvtalet. Detta har nu sjunkit. Vrid potentiometer P4 medurs, till dess att varvtalet åter nått märkvarvtalet. Varning! Om du vrider P4 för långt, kommer detta att medföra att motorn vibrerar. 6.2.3 Optimering av varvtalsregulatorn För att åstadkomma en så dynamisk drift som möjligt, ökar vi den proportionella förstärkningen hos varvtalsregulatorn. Detta sker via potentiometer P3 KP. Vid alltför stark förstärkning tenderar motorn att svänga / översvänga. Regulatorns integrerande del är inte ställbar. 6.2.4 Inställning av varvtalsområde Varvtal vid börvärde 0 V När förstärkaren inte ges något börvärde skall motorn stå still. Detta (offset) regleras via potentiometer P1 N min. Varvtal vid börvärde max (10 V) Det maximala varvtal som motorn skall ha när börvärdet nått sitt maximala värde, ställs in via potentiometer P2 N max. tfn 08-18 81 85 fax 08-18 66 00 www.nordela.se 9
7 Dimensioner 8 Inställningspunkter (kretskort) Ta bort täckplåtens båda skruvar samt täckplåten. Varje bygel kan monteras i två positioner, ON resp. OFF. Om bygeln trycks ner i det vänstra och mellersta hålet, befinner den sig i position OFF. Det mellersta och högra hålet utgör på samma sätt position ON. När du väljer önskat driftfall, dvs. antingen momentreglering (M-REG), återkopplat varvtalsärvärde via pulsgivare (INKR), tachogenerator (TACHO) eller motorns generatorspänning EMK (I x R), räcker det att bygla ON för det valda alternativet. Du behöver alltså inte bygla OFF för de övriga alternativen. Potentiometrar P1 => N min (offset) P2 => N max P3 => KP P4 => IRrk P5 => I märk P6 => I topp A-OUT IR x 10 BER 2 BER 1 RMP 2 RMP 1 M-REG INKR TACHO I x R OFF ON P2 P1 P3 P5 LED1 P4 LED2 P7 P6 1 Br1 R12 + + 20 10 tfn 08-18 81 85 fax 08-18 66 00 www.nordela.se
tfn 08-18 81 85 fax 08-18 66 00 www.nordela.se 11