Szervo és frekvenciaváltó

Szervo és frekvenciaváltó egy készülékben

Steffen Winkler

Egy termék piaci sikerét a kifogástalan működés és egyidejűleg a kiváló ár/érték arány határozza meg. Az alábbi cikk közös készülékbe épített szervo és frekvenciaváltó példáján keresztül mutatja be, miként lehet ezeket az előnyöket egyesíteni.

A Rexroth a 2003-as Hannoveri Vásáron mutatta be az IndraDrive típusú, 1,5…110 kW teljesítményű szervo és frekvenciaváltó berendezését.
A gyártó ezzel egyidejűleg teljesen átdolgozta a kínált motorok választékát is. Az átalakítóban beépített, az IEC 61131-3 követelményeinek megfelelő, PLC-vel felszerelt mozgásvezérlő van. Az EN 954-1 biztonsági előírásainak (3. kategória) nemcsak a biztonságos helyzetbentartást, hanem a biztonságos mozgást illetően is megfelel.

Közös készülékben a szervo és a frekvenciaváltó!

Az új termék közös alapot nyújt a szervo és a frekvenciaváltó számára, melyet a vezérlés és az erősáramú egység szétválasztásával lehetett elérni. A megoldás a jövőben biztonságot ad, illetve alacsonyabb tervezési- és logisztikai költségeket garantál.
A berendezés alapja kétféle erősáramú rész lehet:

A kompakt IndraDrive C és
A moduláris átalakító, illetve táp: az IndraDrive M.

Az erősáramú egységek és a vezérlések tetszőlegesen kombinálhatók a feladatnak megfelelően.
A vezérlések két fő kivitelben készülnek:

„Basic” (alapkivitel), amely általános célú feladat ellátásához szükséges teljesítményt és működést jelent.
„Advanced” (bővített kivitel), amely rugalmas csatlakozási lehetőségeket és kiváló működési jellemzőket biztosít.

A választható tartozékok és opciók köre kiterjed:

a különböző fölérendelt kommunikációkra,
a jeladó csatlakozás típusára,
a standard és komfort kijelzőre,
a multimédiás kártyára,
a biztonsági egységekre,
a keresztirányú kommunikációra, valamint
az analóg/digitális be-, kimenetekre is.

Lehetőség van az elterjedt kommunikációs buszok használatára is:

Sercos Interface,
Profibus,
CanOpen,
Device-Net és
Interbus.

Ezenkívül a bővített csomag már pl. 16 be- és kimeneti lehetőséget is tartalmaz:

hét digitális bemenet (ebből kettő mérőérzékelő bemenet),
négy digitális, paraméterezhető be- ill. kimenet,
egy analóg bemenet és két analóg kimenet,
egy relés kimenet (24V, 1A), illetve
egy RS232-es csatlakozó.

Az új hajtásokkal egyidejűleg a Rexroth a teljes motorválasztékot is átdolgozta és bővítette.
Az új IntraDyn sorozat szinkron- és aszinkron szervomotorokat is magába foglal (lineáris és nagy nyomatékú motorok, illetve nagy sebességű szinkronmotorok). Kivitelük sokkal kompaktabb, teljesítményük pedig nagyobb, mint az előző sorozaté. A vezérlés automatikusan felismeri a hozzá kapcsolt motort, ezen kívül támogatja az összes szokásos jeladót is (Resolver, Hiperface, EnDat, SinCos).

„Intelligens működés” – magas vevői haszon

Az összeállítható alap- és bővített kivitel a nyílt és zárt hurkú szabályozáshoz olyan alapcsomagot tartalmaz, mely minden szükséges összetevővel rendelkezik a pozícionálás-, a helyzet-, a fordulatszám- és a nyomatékszabályozási feladatok elvégzéséhez.
Opcióként egy sor további bővítési lehetőség is rendelkezésre áll, mint például a tengelyszinkronizáció, tengelyhibakorrekció vagy főorsó funkciók. A szintén opcionális PLC-vel az IEC 61131-3 szerint felszerelt mozgásvezérlő a nyitott szabványokat segíti. Ezzel megkönnyíti az üzemeltetőnél meglévő know-how alkalmazását egyedi esetekben, illetve ezúton a dolgozók képzésének költsége is megtakarítható.
A mozgásszabályozást és a logikai funkciókat tartalmazó könyvtár széles felhasználási területet ad. A hajtás PLC-alapú, parametrizálható technológiai funkciói különféle folyamatorientált feladatokat oldanak meg. Ehhez nem szükségesek programozói ismeretek az üzemeltető részéről.
A fejlesztés fő célja a működési jellemzők, a dinamika és a pontosság javítása volt. A berendezés elődjeihez képest jóval nagyobb számítási teljesítménnyel és rövidebb ciklusidővel, illetve új, kompenzációs algoritmusokkal is rendelkezik. A helyzet névleges értékének korszerűsített feldolgozása lineáris, köbös és „Spline” üzemmódot is tartalmaz.

Egyszerűsített üzembehelyezés

A megvalósított funkciók nagy száma ellenére az üzembehelyezés jelentősen egyszerűsödött.
Ehhez a kulcsot a DriveTop üzembehelyező szoftver jelentette, amely a felhasználót célorientáltan és biztonságosan vezeti végig a teljes üzembe helyezésen. A motorfelismerés és a szabályozókör beállítás automatizálttá tétele a művelethez szükséges időt a felére csökkenti. A bővített négycsatornás oszcilloszkóp- és a frekvenciaanalízis pedig rendkívül jó diagnosztikai lehetőségeket biztosít.
További cél a szükséges beépítési- és kapcsolószekrény méret jelentős csökkentése volt. Az új berendezés akár 11%-al kompaktabb lehet, mint elődje.
Az IndraDrive C és az IndraDrive M kombinációjával, illetve az igen kompakt, kéttengelyes IndraDrive M modullal még kisebb helyigényű lesz a berendezés.
A közvetlen, transzformátor nélküli hálózati csatlakozás, illetve a beépített fékellenállás, a mágneskapcsoló és a szűrő csökkenti az összetevők költségét és a kábelezés bonyolultságát.

Biztos személyi védelem

Az európai Gépészeti Irányelvek munkavédelmi szempontból a mozgások biztonságos felügyeletét írják elő, ha a különleges üzemmód miatt zárt védőajtókra nincs lehetőség.
A biztonsági funkciót redundáns módon kell kiépíteni, tehát két külön csatornán kell működnie. Ez a berendezés mind a biztonságos tartásra, mind a biztonságos mozgásra vonatkozó funkciókkal rendelkezik. A beépített biztonsági funkciók a fölérendelt vezérléstől függetlenül működnek, és a legkülönfélébb körülmények között is biztosítják az alkalmazást.
A Bosch Automationstechnik a Servodyn hajtásokba épített biztonsági funkciókról már 1999-ben tanúsítvánnyal rendelkezett. Ezekre a tapasztalatokra épül az IndraDrive biztonsági rendszere is. A normál/különleges üzemmód (biztonsági zónába tartozó hajtások) átkapcsolásával a biztonságos tartás vagy a biztonságos üzemi tartás kétcsatornás üzemmódban kiválasztható. Miután a kiválasztott hajtások  önállóan  biztonságos üzemállapotba kerültek, a Masteregységhez tartozó hajtás a védőajtó zárát nyitja, tehát az üzemeltető tesztelés vagy ellenőrzés végett veszélytelenül beléphet a biztonsági térbe.
A hagyományos biztonsági koncepciókkal összehasonlítva a gép gyártója ezzel a berendezéssel megtakarítja a hálózati vagy a motorvezetékekben lévő erősáramú mágneskapcsolókat. A hajtásokra szintén redundánssal együtt kapcsolt engedélyező jelekkel  különleges üzemben  több biztonságos csökkentett sebesség, és biztonságos korlátozott léptetés is végrehajtható.
A jelszóval beállított határok felügyelete a hajtásba épített redundáns szoftver- és hardverelemekkel történik. Ehhez nincs szükség második fordulatszámmérő berendezésre. A biztonságos, csökkentett sebesség és biztonságos korlátozott léptetés mellett a berendezés biztonságos forgásirányt, biztonságos abszolút helyzetet illetve biztonságos védőajtó-tartást is megvalósíthat.
A hajtásba épített biztonsági funkciók előnyei például a robotok esetében mutatkoznak meg: a mai konstrukciókban a biztonságosan csökkentett fordulatszámok elérésére transzformátor szolgál. A csökkentett teljesítmény miatt azonban a robotnak a terhet először le kell helyeznie, amely időt vesz igénybe. Hajtásba integrált biztonsági funkció esetén ez nem szükséges. A hajtások ugyanis a maximális teljesítmény megtartása mellett is képesek biztonságosan csökkentett fordulatszámmal üzemelni, tehát a robot továbbra is képes a maximális terhet megtartani. Hiba esetén – az érintkező nélküli jelfeldolgozás következtében – a reakció igen rövid időn belül (2 ms) bekövetkezik. Ez a gyors beavatkozás a dinamikus szervomotorok (különösen a lineáris motorok) miatt feltétlenül szükséges, mivel ezek a hajtások nagy gyorsulásokra és sebességekre képesek.

Az első alkalmazások igazolják a koncepciót…

Már egy sor alkalmazás esetén az új berendezésnek köszönhetően jobb lett a megmunkált termékek minősége, így a termelékenység is nőtt:
Ezért tért át például a precíziós szerszámgépeket gyártó Präwema is az IndraDrive-ra. A moduláris IndraDrive M-et bővített vezérléssel és beépített biztonsági rendszerrel, szervo-, lináris- és nagynyomatékú motorokkal együtt a nagyteljesítményű SynchroFine hónoló gépben alkalmazzák, mely fogaskerekek megmunkálására szolgál. Az autóipar növekvő igényei az átvihető nyomaték és fordulatszám növelésére a zajszint csökkentése mellett nagy kihívást jelentenek a hajtóművek és a fogaskerekek számára, amelyet csak a minőségi fogazás gazdaságos megmunkálásával lehet teljesíteni.
A Rexroth új, közvetlen hajtásaival ennél az igényes alkalmazásnál a megmunkált fogaskerekek pontossága jelentősen javítható volt. A pontosság növelése egyrészt a bővített vezérlés emelt szintű működési jellemzőiből származott, melyekkel optimálisan ki lehetett használni a közvetlen hajtás előnyeit. A minőség emelkedését tovább növeli a hajtásba épített biztonságtechnika is. Az IndraDrive és a beépített biztonságtechnika segítségével a munkadarabot biztonságosan csökkentett sebességgel és biztonságos lépésközzel pontosan és gyorsan lehet beállítani.
Amíg beépített biztonságtechnika nélküli gép esetén a munkadarab behelyezése csak álló orsó mellett történhet, addig ennél a berendezésnél ugyanez nyitott védőajtó mellett is pontosan és gyorsan elvégezhető. Az így lecsökkentett munkadarab-váltási idő különösen kis- és középsorozat esetén növeli jelentősen az elkészített munkadarab gazdaságosságát.