Держать момент!

Современные трехфазные синхронные и асинхронные сервоприводы не уступают классическому приводу постоянного тока ни по глубине регулирования скорости, ни по динамике управления,
Дмитрий Абдураманов

Приводы постоянного тока в течение многих десятилетий безраздельно господствуют в системах прецизионной промышленной автоматики благодаря обеспечиваемым ими высоким значениям динамики управления и глубины регулирования скорости (до 1:10 000), а также способности удержания момента при нулевой скорости. Однако громоздкость двигателей постоянного тока (ДПТ) и необходимость их периодического обслуживания (замена щеток и чистка коллекторов) принуждали разработчиков АСУ ТП постоянно искать альтернативу этому приводу.

Во многих случаях задача уменьшения габаритов и упрощения обслуживания решается применением частотно-регулируемых приводов (ЧРП) переменного тока (о ЧРП читайте на с. 46). Однако характеристики этих продуктов значительно ниже соответствующих показателей привода постоянного тока. Например, преобразователь 8200 Vector фирмы Lenze (Германия) обеспечивает глубину регулирования скорости 1:50, которой недостаточно для решения задач управления в оборудовании типа поперечноотрезных машин, печатных секций и высокопроизводительных линиях по производству рулонных материалов.

Динамика разгона и замедления стандартных асинхронных электродвигателей также значительно ниже этих параметров, обеспечиваемых ДПТ. Еще более проблематично применение векторных преобразователей частоты (ПЧ) в прецизионных механизмах позиционирования.

Равнозначная замена привода постоянного тока стала возможной благодаря новому поколению трехфазных синхронных и асинхронных сервоприводов переменного тока.


Компьютерный привод

Сервопривод состоит из преобразователя и высокомоментного двигателя со встроенным датчиком обратной связи. В зависимости от применяемого двигателя трехфазные сервоприводы конфигурируются с помощью сервопреобразователя на синхронный и асинхронный. При этом конструкция двигателя обеспечивает малый момент инерции, низкое скольжение и высокий КПД. Управление приводом выполняется по программе расчета перпендикулярности электромагнитных потоков ротора и статора, поэтому двигатель остается управляемым до максимальных моментов.

В качестве датчиков обратной связи в сервоприводе могут использоваться резольверы, инкрементальные, абсолютные или синус/косинусные энкодеры (об энкодерах читайте в «МА» № 1 на с. 28). При этом коммуникационные возможности сервопре-образователя позволяют подключать к нему различные датчики, графические панели и персональный компьютер для контроля, оптимизации и автоматической настройки привода.

Двигатель начинает держать момент уже с нулевой скорости, что можно проверить, подавая на сервопреобразователь нулевое задание скорости. При этом ротор двигателя фиксируется в определенном положении и после попытки сдвинуть его возвращается в первоначальную точку. Тестирование же управляемости сервопреобразователя в режиме ведомого на сверхнизких скоростях, осуществляемое подачей на его цифровой вход управляющего сигнала с прецизионного генератора частоты, показывает, что устройство отрабатывает частоту с точностью до 0,01 Гц.

В высокодинамичных сервоприводах скорость обмена данными между управляющими цепями и цепью обратной связи в несколько раз выше, чем в ПЧ. А это означает, что для непрерывного управления током статора при изменениях положения ротора необходимо применение мощного процессора, что и определяет более высокую стоимость сервопреобразователя по сравнению с ПЧ.


От полиграфии до складирования

Ряд сервоприводов серии 9300, выпускаемых компанией Lenze, включает 5 моделей преобразователей, отличающихся в основном ПО, разработанным для решения конкретных технологических задач. Применение линейки этих продуктов в системах автоматизации позволяет отказаться от внешних контроллеров, используемых для управления ДПТ.

Базовая модель сервопреобразователя 9300 servo предназначена для работы в режиме с обратной связью по скорости (в качестве датчика используется энкодер). Ее основные компоненты: блок вычисления диаметра рулона, два ПИД-регулятора, свободно конфигурируемые блоки для обработки аналоговых, цифровых и фазовых сигналов. Сервопривод обеспечивает глубину регулирования скорости 1:10 000, динамику управления 6—20 мс/1000 об/мин, управление фазой с разрешением 0,005° (16 бит на 1 оборот). Диапазоны входной и выходной управляющей частоты — 0—500 кГц.

Области применения — бумагоделательные машины, оборудование для быстрой перемотки полиэтиленовой пленки и эмаль-провода, машины продольной резки рулонных материалов и т. п.

Модель 9300 servo positioning controller предназначена для работы в приводах, обеспечивающих периодическое позиционирование исполнительного устройства. В ней сохранены основные характеристики базового сервопреобразователя, добавлены дополнительные функции позиционирования, а также выполнения поиска и слежения за позицией 32 целей.

Этот сервопреобразователь применяется в механизмах подачи рулонного материала на поперечную обрезку по 32 заданным форматам. При этом размеры форматов можно быстро изменять с панели управления. Кроме того, 9300 servo positioning controller широко используется в токарных, шлифовальных и других станках с ЧПУ, в оборудовании для складирования и паллетирования деталей различных размеров.

Сервопреобразователь 9300 register control обеспечивает заданное положение исполнительного механизма, например барабанного ножа, относительно реперной метки на отрезаемом материале. Применяется в линиях многоцветной печати.

Модель 9300 cam profiler позволяет выполнять перемещения исполнительного механизма относительно движения другого привода по криволинейным траекториям. Используется в технологических линиях раскроя криволинейных фигур из различных материалов.

Сервопреобразователь 9300 PLC имеет встроенный промышленный контроллер, который позволяет управлять не только собственным, но и другими приводами, предоставляющий возможность решать сложные задачи в соответствии с программой, разработанной пользователем.

Из приведенного краткого обзора видно, что сервоприводы переменного тока по глубине регулирования скорости и динамике управления не уступают лучшим электроприводам постоянного тока. А в совокупности с возможностями управляемости по цифровым каналам фазой, скоростью, моментом и позицией превосходят не только ДПТ, но и шаговые приводы. Техническая ценность высокой динамики управления сервопривода повышается еще и благодаря его малым габаритам, а также исключением необходимости обслуживания электродвигателей.

Версия для печати