選擇伺服系統(tǒng),這9大因素你必須參考!
我們在為特定的應用選擇合適的伺服系統(tǒng)時,是有很多因素需要考慮的。為了實現(xiàn)整個伺服系統(tǒng)的最優(yōu)性能,有一下9方面需要著重考慮。
1、電機規(guī)格的選擇
電機啟動時,有3個最重要的標準:轉速、轉矩和轉動慣量。
前面兩個標準顯而易見,一般情況下,可利用生產制造商提供的“選型”軟件進行計算。使用這些程序時,輸入應用中所需的運動類型,軟件根據負載和傳動的類型(變速箱、皮帶、齒條和齒輪、滾珠絲桿等),就可以自動計算所需的轉矩和轉速。
雖然轉動慣量不是那么直觀,但是同樣重要。由于在大多數的軸聯(lián)器與其連接的機械傳動裝置之間,有某種程度的依從性,所以至關重要的一點是與電機的轉動慣性相比,負載的反射慣性不能太大。
由于兩者比例上升增加,會導致調節(jié)難度顯著增加。隨著調節(jié)算法的發(fā)展、微處理器速度的提升,允許的比例也隨之增加,但是傳統(tǒng)上使用的10:1的負載-電機慣性比,是一個比較安全的選擇。
2、負載連接
電機是否應該直接連接?有些伺服裝置,允許將負載直接連接到電機的轉子上。在最小依從性以及較低的加/減速率的情況下,可以實現(xiàn)超過100:1的慣性比。生產制造商提供的選型軟件,是調整這些設計準則以將系統(tǒng)的慣性比限制在適當范圍之內的最佳工具。
3、能源再生利用
在很多應用場合中,伺服系統(tǒng)需要考慮的另一個因素,是處理電機及負載所產生的可重復利用能源的能力。這里涉及到的是伺服系統(tǒng)的放大器。當電機的轉矩在某一方向,而電機的運動方向則與其相反,那么電機會將再生能源傳回放大器。這是因為電機和發(fā)電機的基本設計是一樣的。
將能量傳遞給電機的繞組,將會產生電磁場,這樣電機的轉子及永磁體就會隨之轉動。與此類似,當電機轉子轉動時,永磁體勵磁將能量傳遞給繞組。驅動利用再生能源有很多不同的途徑。某些小型的驅動利用母線電容器來吸收這些能量,而更大一點的驅動則是用內部電阻發(fā)熱來消耗這些熱量。生產制造商提供的選型軟件,一般會給出是否需要能量再生工藝。
4、有效線路再生
對于一些大型的系統(tǒng)一般配有轉換器,這樣就可以將能量傳回到為系統(tǒng)供電的電源回路上。在選擇伺服系統(tǒng)時,如果設計電機和負載之間允許的慣性不匹配,另外一個需要考慮的因素是驅動器能夠處理的再生能源的數量。
在處理超量的再生能源應用時,一般情況下會將外部功率電阻連接至放大器。當重力成為一個考慮因素,并且需要快速降低較大的慣性負載時,這些應用一般垂直布置。顯而易見,除了再生功能,放大器還需要為電機提供適當的電壓和電流,以便實現(xiàn)所需的轉速和轉矩。為電機和放大器選擇合適的功率需求,僅僅是個開始。
5、控制系統(tǒng)需求
下一步,需要處理控制方面的需求。讓我們先回到電機。按照定義,伺服系統(tǒng)總是需要一個反饋裝置。目前,反饋裝置一般是高分辨率的解碼器或分解器。為了確保能夠滿足所需的定位精度,反饋裝置必須具有適當的分辨率來實現(xiàn)可重復性和精度。放大器還必須與來自于安裝在電機上的反饋裝置的信號類型兼容。
6、定位精度
習慣上,解碼器在兩個通道上通過脈沖序列來傳遞位置和轉速信息,并將其傳回放大器。然而,由于這些解碼器的精度已經大大提高,有些生產制造商開始使用具有較高傳輸速率的串口解碼器,而不是脈沖序列來傳遞這些信息數據包。這些串口解碼器能夠傳遞具有較高分辨率的信號,從而對噪音具有更高的抗干擾能力,并且可以提供其它類型的信號。這些附加信息,包括電機溫度甚至是電機的部件號。
在伺服系統(tǒng)中,當電機和放大器由同一個生產制造商供應時,反饋裝置能夠識別電機并將其傳遞給放大器的能力,使其可以自動為優(yōu)化運行和電機保護設立內部參數。
7、通訊連接性能
當具有驅動和反饋裝置的電機和放大器之間相互匹配,并且具有應用所需的分辨率時,就可以開始考慮放大器和運動控制器之間的指令信號了。對于單軸應用,比較常見的是將控制器嵌入或者附著在放大器的一側。某些應用則將其集成到更高一級的控制系統(tǒng)中。可編程邏輯控制器(PLC)或者可編程自動控制器(PAC)可以控制整個單元或生產線,并通過數字輸入/輸出(I/O)或通訊協(xié)議,比如EtherNet/IP 或 ModbusTCP/IP,將這些信息傳遞給單運動軸控制器。
8、控制接口選擇
在多軸應用中,控制器一般是獨立的。傳統(tǒng)上,控制器發(fā)出的指令一般為+10V信號,代表轉速或力矩。現(xiàn)在,大多數生產制造商提供基于網絡的解決方案。這些基于網絡的解決方案接線工作量較少,可以處理更高分辨率的反饋,并且能夠從放大器收集到更多的診斷信息。有很多種運動網絡可以使用,每種都有其優(yōu)點和不足。
9、運動控制網絡的選擇
很多比較新的運動控制網絡都基于以太網硬件,并且充分利用其不斷增加的速率和逐步降低的成本。但是,不能因為在放大器上有RJ-45接口,就認為它一定能與相關的控制器或網絡的其它部分兼容。
在這些網絡上運行的協(xié)議將決定系統(tǒng)的兼容性。EtherCAT、Mechatrolink III和Powerlink是基于以太網協(xié)議、適合于運動控制的幾種高速確定性網絡。
基于網絡的伺服系統(tǒng),一般會配置能夠使用諸如Modbus TCP/ IP 和EtherNet/IP等常見工業(yè)協(xié)議的以太網端口,以便向監(jiān)控網絡報告診斷和產品信息。

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