Partnerzy portalu iAutomatyka.pl

ZOSTAŃ PARTNEREM PORTALU

Korporacja Mitsubishi Electric, posiadająca 90 lat doświadczenia w zakresie dostarczania niezawodnych, wysokiej jakości innowacyjnych produktów w dziedzinie automatyki przemysłowej, produkcji, marketingu i sprzedaży urządzeń elektrycznych i elektronicznych. Programowalne sterowniki PLC, rozwiązania napędowe, roboty przemysłowe, panele dotykowe, wycinarki laserowe i sterownie CNC firmy Mitsubishi Electric zaliczają się do produktów najwydajniejszych na rynku i gwarantują sukcesy firmy już od ponad 30 lat.

WAGO jest producentem urządzeń automatyki przemysłowej i budynkowej oraz systemów połączeń dla elektrotechniki i elektroniki. Powstanie w 1951 roku firmy WAGO było wyrazem przekonania o słuszności obranego kierunku i stworzyło podwaliny pod dalszy rozwój technologii. Z czasem stała się ona standardem na całym świecie i teraz nie sposób wyobrazić sobie nowoczesnej instalacji elektrycznej czy systemu automatycznego sterowania bez wyrobów WAGO.

Eaton Electric jest producentem najwyższej jakości automatyki przemysłowej, aparatury sygnalizacyjnej, łączeniowej, zabezpieczającej i instalacyjnej oraz systemów rozdziału energii niskiego napięcia. Międzynarodowe nagrody oraz certyfikaty są dowodem, iż produkty Eaton Electric odpowiadają najnowszym standardom bezpieczeństwa i wymaganiom jakości. Wszystkie nasze wyroby gwarantują długoletnie działanie.

Generic selectors
Exact matches only
Szukaj w tytule
Search in content
Szukaj postów i artykułów
Search in pages
Szukaj w katalogu firm
Szukaj ofert pracy

Kurs Automatyki #6.1 Serwomechanizmy Mitsubishi – budowa i działanie

9324 wyświetleń

Wspólnie z firmą Mitsubishi Electric opracowaliśmy serię artykułów i filmów związanych z serwomechanizmami. Z pozoru mogą wydawać się to trudne zagadnienia ale przekonasz się, że rozwiązania jakie są dostępne wykonują większość pracy za nas.  Na początek wypada zrozumieć kilka podstawowych pojęć i właśnie od tego zaczniemy. W następnej kolejności pokażemy jak zbudowany i podłączony jest układ sterowania po czym przejdziemy do programowania i wytłumaczenia funkcji stosowanych w praktyce. Jednym słowem – konkrety!

Firma Mitsubishi Electric przed powstaniem tego kursu zaprosiła nas na dwudniowe szkolenie z programowania układów MELSERVO, które szczerze polecamy. Następnie przez 30 dni mieliśmy do dyspozycji walizkę szkoleniową, na podstawie której oparte są te publikacje. Na końcu tego artykułu znajduje się instrukcja jak pobrać oprogramowanie GX Works 3 do testów, pozwalające na programowanie PLC i serwomechanizmów (wraz z kluczem instalacyjnym).

Kurs Automatyki #6
Część 1: Serwomechanizmy Mitsubishi 1/3 Budowa i zasada działania
Część 2: Serwomechanizmy Mitsubishi 2/3: Podłączenie i programowanie
Część 3: Serwomechanizmy Mitsubishi 3/3: Funkcje stosowane w praktyce

KURS AUTOMATYKI – FILM

Poniższy film jest kolejnym odcinkiem Kursu Automatyki. Po obejrzeniu zachęcamy do przeczytania reszty tego artykułu gdzie zostało wyjaśnione więcej szczegółów o serwomechanizmach.

Serwomechanizm – do czego i dlaczego?

Określenie „serwo” używane jest w sytuacji, gdy obiekty są transportowane do pozycji docelowej lub podążają za ruchomym obiektem.  Serwomechanizm to system sterowania kontrolujący maszynę według wydanych poleceń. Serwomechanizm umożliwia sterowanie ustawieniem, prędkością i momentem obrotowym.

Przyjrzyjmy się zastosowaniu układów serwomechanizmów i przetwornic.

Układ klasycznych silników elektrycznych w parze z przetwornicą częstotliwości (pot. falownikiem) może wydawać się jasny. Przetwornica częstotliwości przetwarza częstotliwość napięcia elektrycznego dzięki czemu mamy możliwość płynnej regulacji obrotów silnika. Mowa tutaj o sterowaniu prędkością. Układ z przetwornicą można zastosować na przykład do wentylacji, pompy (utrzymanie zadanego ciśnienia lub poziomu), transportera czy mieszadła. W tych przypadkach nie ma potrzeby aby uzyskać konkretną pozycję silnika bo liczy się tylko płynna regulacja obrotów.

Układy serwomechanizmów natomiast głównie wykorzystuje się do sterowania pozycją, ale również prędkością i momentem obrotowym.

Sterowanie pozycją: serwomechanizmy precyzyjnie poruszają obiektami lub zatrzymują je w wybranym miejscu, mogą również pozycjonować obiekty z dokładnością do mikrometrów (μm = 1/1000 mm) oraz wielokrotnie poruszać/zatrzymywać obiekty.

Sterowanie prędkością: Serwomechanizmy precyzyjnie reagują na prędkość docelową nawet w przypadku jej gwałtownej zmiany, mogą również minimalizować różnicę między bieżącą prędkością a prędkością docelową w przypadku zmiany obciążenia. Stała praca jest możliwa w szerokim zakresie prędkości.

Sterowanie momentem obrotowym: Serwomechanizmy precyzyjnie kontrolują moment obrotowy nawet w przypadku zmiany obciążenia. (Moment obrotowy to siła, która wytwarza ruch obrotowy)

Ze względu na swoją precyzję i funkcjonalność zastosowanie serwomechanizmów jest bardzo szerokie. Nawet w codziennym życiu ich prostsze układy możemy spotkać w DVD, dyskach twardych komputerów czy jako podajnik papieru w kserokopiarce. W przemyśle jednak te układy są bardziej zaawansowane. Zanim wyjaśnimy to bardziej szczegółowo przedstawimy kilka przykładów zastosowań serwomechanizmów:

Przykłady zastosowań serwomechanizmów:

  • Sterowanie transportem, zautomatyzowane systemy kompletacji zamówień.
  • Maszyny pakujące.
  • Etykieciarki.
  • Maszyny nalewające.
  • Maszyny CNC.
  • Roboty przemysłowe.
  • Maszyny nawijające.

Serwomechanizmy stosujemy zatem tam, gdzie wymagana jest zatrzymanie się mechanizmu w dokładnie ustalonej pozycji wraz z synchronizacją z innymi elementami maszyny, z częstą powtarzalnością wykonywanych czynności oraz z reakcją na zmiany prędkości, obciążenia i inne warunki pracy.

Jak działa serwomechanizm?

Wyjaśnimy co jest potrzebne aby zakręcić serwomotorem oraz jak to działa i mamy nadzieję, że zrobimy to w zrozumiały sposób. Zatem po kolei.

Podzielmy serwomechanizm na trzy sekcje:

Sekcja poleceń – coś przecież musi „powiedzieć” o ile obrotów ma się obrócić silnik i z jaką prędkością. Sekcja poleceń zatem jest odpowiedzialna za wysyłanie sygnałów sterujących. Będzie to sterownik PLC (np. Mitsubishi FX5U-32M) w parze z modułem przeznaczonym do pozycjonowania (np. Simple Motion FX5-40SSC-S)
Sekcja sterowników – ta sekcja przetwarza polecenia i porusza silnikiem. Odbiera również sygnały zwrotne o pozycji silnika (z enkodera). Sekcję sterowników tworzą serwowzmacniacze (np. Mitsubishi Melservo J4)
Sekcja napędu i wykrywania – ta sekcja napędza sterowaną maszynę i odczytuje jej stan. Ta sekcja składa się z serwomotorów, enkoderów i układów mechanicznych.

Sygnał polecenia z modułu pozycjonowania jest przesyłany do serwowzmacniacza. Serwowzmacniacz dostarcza wymaganą moc do serwomotoru, aby mógł pracować zgodnie z przesyłanym sygnałem polecenia.  Enkoder, który zazwyczaj jest wbudowany w serwomotor odczytuje wartość obrotu serwomotoru i przesyła ją jako sygnał zwrotny do serwowzmacniacza. Serwowzmacniacz sprawdza różnice pomiędzy sygnałem polecenia a sygnałem zwrotnym i przyjmuje, że serwomotor pracuje zgodnie z założeniami, jeśli różnica jest równa zeru.

Rola modułu pozycjonowania

Aby poruszyć serwomotorem, moduł pozycjonowania generuje i wysyła sygnał do serwowzmacniacza w postaci sygnału impulsowego (impulsy poleceń). Jeden obrót serwomotoru jest zgodny ze zdefiniowaną liczbą impulsów. Liczba impulsów poleceń na jednostkę czasu jest określana mianem częstotliwości impulsów poleceń i jest używana do zmiany prędkości serwomotoru.

Jeszcze prościej: Podczas programowania serwomechanizmu między innymi określamy liczbę impulsów na pełny obrót. Następnie sterujemy prędkością obrotu serwomotoru zmieniając częstotliwość impulsów. Im więcej zostanie wysłanych impulsów w czasie tym szybciej będzie obracał się serwomotor.

Przyjrzyj się poniższej prezentacji, na której znajduje się przenośnik taśmowy korzystający z serwomotoru. Wykonuje on jeden obrót na 30 impulsów. Jeden impuls obraca serwomotor o 12 stopni, a obiekt na przenośniku przesuwa się w stronę pozycji docelowej. Liczba naciśnięć przycisku (wartość na liczniku) jest równa liczbie impulsów poleceń, a przerwy pomiędzy naciśnięciami przycisku są częstotliwością impulsów.

Rola serwomotoru

Serwomotor porusza się zgodnie z otrzymaną z serwowzmacniacza mocą. Serwomotor wyposażony jest w detektor (enkoder), na podstawie którego precyzyjnie mierzy się między innymi prędkość obrotową silnika. W rzeczywistym pozycjonowaniu mechanizm może nie działać zgodnie z poleceniami z powodu charakterystyki maszyny i występujących zakłóceń (np. siła bezwładności). Aby uniknąć tego problemu, należy zastosować sprzężenie zwrotne wykorzystujące enkoder. Na podstawie sygnału zwrotnego z enkodera, serwowzmacniacz „wie” jaką korektę w sterowaniu ma wprowadzić aby uzyskać lub utrzymać zadaną pozycję.

 Enkoder

Serwomotory wykorzystują enkodery absolutne, które nie wymagają rozpoczynania działania od nowa po odcięciu zasilania. Enkodery absolutne wyposażone są w detektor pozycji wykrywający pozycję podczas obrotów oraz detektor wieloobrotowy, który mierzy liczbę obrotów. Dane detektora są zabezpieczone dodatkowym akumulatorem, aby uniknąć ich utraty podczas braku zasilania. Poniższy film, mimo iż w języku angielskim, to dobrze wyjaśnia zasadę działania prostego 4 bitowego enkodera.

Ogólnie rzecz ujmując, optyczne enkodery są wykorzystywane, gdy wymagana jest wysoka rozdzielczość i kompaktowa konstrukcja. Jednak magnetyczne enkodery mogą być wykorzystane, jeśli wymagana jest szczególna odporność na czynniki zewnętrzne (wysoka odporność na zabrudzenia itp.). Niektóre enkodery osiągają wysoką rozdzielczość (4 miliony impulsów/obr.) poprawiając dzięki temu wykrywanie pozycji.

Dostępne są trzy typy serwomotorów: Serwomotory AC serii SM (synchroniczne), serwomotory AC serii IM (indukcyjne) oraz serwomotory DC. W przypadku systemów FA, serwomotory AC serii SM są najczęściej stosowane przy niskich lub średnich wydajnościach.

Rola serwowzmacniacza

Serwowzmacniacz steruje serwomotorem zgodnie z sygnałem sterującym z modułu pozycjonującego. Na podstawie sygnałów zwrotnych z enkodera serwowzmacniacz kontroluje właściwą pracę serwomotoru i koryguje ewentualne błędy. Oprócz obwodu sterowania serwomechanizmy posiadają również obwód główny (zasilania), który pod względem struktury jest bardzo podobny do przetwornicy częstotliwości (potocznie falownika).

Główną różnicą pomiędzy przetwornicą częstotliwości a serwowzmacniaczem jest taka, że serwowzmacniacz wykorzystuje hamulec dynamiczny, który absorbuje energię bezwładności wytwarzaną przez serwomotor. Pozwala to na sprawne hamowanie serwomotoru i utrzymanie go w żądanej pozycji. Serwowzmacniacz oprócz sterowania i zasilania serwomotoru wykonuje wiele funkcji diagnostycznych związanych z zasilaniem, prędkością, pozycją i momentem obrotowym. Na podstawie skomplikowanych pomiarów serwowzmacniacze są w stanie reagować na niepożądane stany, na przykład po przeciążeniu nastąpi zatrzymanie pracy i wyświetlenie komunikatu na wyświetlaczu.

Serwomotor działa najbardziej wydajnie podczas pracy ze znamionową prędkością obrotową. Maksymalna częstotliwość impulsów poleceń wysyłanych przez moduł pozycjonowania jest jednak ograniczona, więc jeśli ta wartość jest zbyt niska, wysyłana jest niewystarczająca liczba impulsów do osiągnięcia znamionowej prędkości obrotowej. Aby rozwiązać ten problem, wykorzystuje się elektroniczną przekładnię, która zwiększa częstotliwość impulsów wewnętrznie w serwowzmacniaczu.

Aby zrozumieć istotę przekładni elektronicznej rozpatrzmy pewien przykład. Mamy następujące właściwości:

Rozdzielczość enkodera: 262144 impulsów/obrót
Znamionowa prędkość obrotowa: 3000 obr./min
Maksymalna prędkość obrotowa: 6000 obr./min
Maksymalna częstotliwość impulsów poleceń z modułu pozycjonującego: 1 000 000 impulsów/s

Zatem bez żadnej przekładni (x) maksymalna prędkość serwomotoru wynosi: 1 000 000 * 1/262144 * 60 = 229 obr./min

1x (bez przekładni) = 229 obr./min
2x = 458 obr./min
10x = 2290 obr./min
20x = 4580 obr./min – znamionowa prędkość obrotowa i pełna wydajność przy tej konfiguracji jest osiągalna dopiero przy przekładni ustawionej na około 20x aby przekształcić częstotliwość impulsów poleceń na odpowiednią prędkość silnika. 

Licznik odchyleń

Impulsy z modułu polecenia są wysyłane do serwowzmacniacza i są rejestrowane przez licznik odchyleń. Serwomotor obraca się, sprawiając, że impulsy zwrotne są przesyłane z enkodera do serwowzmacniacza.

Licznik odchyleń odejmuje impulsy zwrotne z enkodera od impulsów poleceń z modułu pozycjonowania. Impulsy zliczone przez licznik odchyleń nazywane są impulsami błędów. Licznik odchyleń wysyła polecenie prędkości proporcjonalnie do wartości impulsów błędu do wzmacniacza prędkości. Gdy liczba impulsów błędu jest wysoka, prędkość obrotowa serwomotoru jest zwiększana aby szybciej skorygować pozycję silnika. Gdy liczba ta się zmniejsza, prędkość również maleje, a gdy wartość wynosi zero, serwomotor jest zatrzymywany.

Dodajmy teraz do całości główny obwód zasilania. Przyjrzyj się poniższemu rysunkowi.

Sekcja prostownika – przetwarza napięcie przemienne ze źródła zasilania sieciowego na napięcie stałe (tak samo jak w przetwornicy częstotliwości)

Sekcja obwodu wygładzającego – wygładza wahania fali prądu stałego (tak samo jak w przetwornicy częstotliwości)

Sekcja przetwornicy – zmienia napięcie stałe na napięcie przemienne ze zmienną częstotliwością. Jedyną różnicą (w stosunku do przetwornicy częstotliwości) jest wykorzystanie hamulca dynamicznego.

Sekcja obwodu sterowania – steruje sekcją przetwornicy. Wysyła informacje zwrotne, zmienia tryb pracy, reaguje na limity (napięcia, prędkości, momentu obrotowego) i innych działań.


O połączeniach i oprogramowaniu możesz zobaczyć w następnej części tej serii artykułów.

GX Works 3 do pobrania

Dzięki współpracy z Mitsubishi Electric udało nam się uzyskać klucz licencyjny do oprogramowania GX Works 3. Instrukcja znajduje się poniżej:

  1. Logujemy się na MyMitsubishi : https://pl3a.mitsubishielectric.com/fa/pl/mymitsubishi
  2. Wchodzimy w oprogramowanie -> wyszukujemy GX Works3
  3. Pobieramy najnowszą wersję 1.035M
  4. Używamy kodu instalacyjnego 208-437676835
  5. Wraz z GX Works3 instaluje się też MR Configurator 2 – do zabawy z samym serwo (parametryzacja i nie tylko)

 

Jeśli masz do czynienia z serwomechanizmami Mitsubishi to koniecznie podziel się swoją opinią w komentarzu. Mile widziane będą również zdjęcia i filmy z realnych obiektów.

Więcej o serwomechanizmach Mitsubishi znajdziesz tutaj: https://pl3a.mitsubishielectric.com/fa/pl/products/drv/servo/index.html



Artykuł z serii: Kurs podstaw automatyki
10 lipca 2017 / Kategoria: , , , , , ,
  • Autor: Marcin Faszczewski
  • Założyłem blog i portal iAutomatyka.pl aby wspólnie z Automatykami, Firmami i Integratorami publikować i szerzyć informacje związane z automatyką.  Nazywamy to Projektem iAutomatyka!

    Od artykułów wyjaśniających zasady w świecie automatyki po wpisy informacyjne z wydarzeniami firm. Zapraszam Automatyków do założenia bezpłatnego konta i publikowania artykułów o automatyce razem z nami. Zapraszam też firmy do założenia profilu i umieszczenia swojej działalności w katalogu i na mapie automatyki jak i publikowania artykułów wśród społeczeństwa automatyków.

    Dołącz do projektu jako Integrator Automatyki.

    Dołącz do projektu jako Automatyk.

    Dołącz do projektu jako Firma, Producent, Dystrybutor.

  • Profil Autora
  • http://iautomatyka.pl/

CO O TYM MYŚLISZ? DODAJ KOMENTARZ!

  • Maciej Zaręba

    Nie wiem czy nie wkradł się błąd w opisie licznika odchyleń. Moim zdaniem gdy impulsy polecenia i impulsy zwrotne są takie same tj.licznik odchyleń = 0 to prędkość serwomotoru powinna być utrzymywana na stałym poziomie, a nie tak jak w opisie – serwomotor jest zatrzymywany.

NAJNOWSZE OD UŻYTKOWNIKÓW I FIRM

Jak wgrywać plik GSD do sterowników Siemens w Step 7 – na przykładzie dalmierza SICK

Komunikacja PROFIBUS? Plik GSD? Siemens step 7? Już to gdzieś słyszałeś ;) ? Zobacz na przykładzie wymiany czujnika SICK jak wygląda aktualizacja pliku GSD w Simatic Manager. Zapraszamy na artykuł napisany przez członka naszej grupy Automatyk Może Więcej - Maciej Pala!

Jak wgrywać plik GSD do sterowników Siemens w Step 7 – na przykładzie dalmierza SICK

Pierwsze kroki wizualizacji w CoDeSys3 na przykładzie panelu HMI z PLC XV102 EATON

Aplikacja CODESYS 3 to nie tylko potężne środowisko programistyczne do opracowywania programów sterujących dla sterowników PLC. To jednocześnie bardzo przyjazne i zaawansowane narzędzie do tworzenia wizualizacji paneli HMI oraz wizualizacji przeglądarkowych. Zintegrowany edytor wykorzystuje zmienne aplikacji do sterowania elementami wizualizującymi w sposób dowolnie zaimplementowany przez użytkownika. Możliwości zmiany koloru, kształtu, położenia czy zakresu widoczności elementów

Pierwsze kroki wizualizacji w CoDeSys3 na przykładzie panelu HMI z PLC XV102 EATON

Arkanoid na HMI I PLC Siemens TP700 Comfort + S7-1200 – Artykuł nagrodzony!

Witam! Kiedyś musiał nastąpić ten dzień, kiedy publikuję tu swój pierwszy artykuł, więc o to i on. Jakiś czas temu opublikowałem film w którym pokazałem moją mini grę napisaną na S7-1200 i panelu TP700 Comfort. Powiem szczerze, że jestem w nie małym  szoku widząc jakie zainteresowanie on wywołał. Posypało się sporo pytań i próśb, więc

Arkanoid na HMI I PLC Siemens TP700 Comfort + S7-1200 – Artykuł nagrodzony!

Szkolenie video programowania serwomechanizmów Mitsubishi Electric

Zapraszamy na bezpłatne szkolenie, na którym dowiesz się jak łatwo zaprogramować aplikację z napędami serwo. Szkolenie bazuje na stanowisku testowym i prowadzi krok po kroku od konfiguracji po uruchomienie aplikacji. Jeśli zagadnienia związane z układami serwomechanizmów są Tobie nadal obce to zapoznaj się z filmami wyjaśniającymi podstawy, autorstwa Marcina Faszczewskiego z iAutomatyka.pl: Kurs Automatyki #6 Część

Szkolenie video programowania serwomechanizmów Mitsubishi Electric

Jak dodać artykuł, komunikat lub film z YouTube na iAutomatyka.pl

Główny cel Projektu iAutomatyka to Integracja Ludzi z Automatyką! Jako zespół iAutomatyka.pl staramy się dostarczać interesujących i wartościowych treści ale również umożliwiamy publikować razem z nami zarówno użytkownikom jak i firmom. Zanim dodasz publikację warto zapoznać się z zasadami publikacji na portalu iAutomatyka.pl. Musisz także mieć założone konto i być zalogowanym. Krok 1: Zaloguj się lub zarejestruj nowe konto Przyciski

Jak dodać artykuł, komunikat lub film z YouTube na iAutomatyka.pl

Zasady publikacji na Portalu iAutomatyka.pl

Główny cel Projektu iAutomatyka to Integracja Ludzi z Automatyką! Jako zespół iAutomatyka.pl staramy się dostarczać interesujących i wartościowych treści ale również umożliwiamy publikować razem z nami zarówno użytkownikom jak i firmom. Dodawanie artykułu, komunikatu lub filmu odbywa się online za pośrednictwem formularza. Artykuł można zapisać jako szkic do późniejszej edycji lub wysłać do redakcji. Wysłany artykuł

Zasady publikacji na Portalu iAutomatyka.pl

GODNE UWAGI

Automatyka domowa

Elektronika

KATEGORIE POSTÓW
Bądź na bieżąco!
POLECANY POST

Promocja na zestaw EATON: PLC/HMI + Moduł CAN + 16DIO + Licencja CoDeSys

Mamy dobre nowiny! Wspólnie z firmą EATON opracowaliśmy zestaw, który pozwoli na samodzielne programowanie PLC, budowanie wizualizacji HMI, utworzenie sieci komunikacyjnej CAN RS485 i Ethernet oraz sterowanie fizycznymi wejściami i wyjściami! Zestaw umożliwi również zbudowanie wizualizacji na przeglądarkę internetową co oznacza, że można przetestować zdalne sterowanie przez smartfon dzięki sieci np. WIFI.  Wszystko to zbudujemy

Promocja na zestaw EATON: PLC/HMI + Moduł CAN + 16DIO + Licencja CoDeSys

NAJNOWSZE POSTY
POLECANE FIRMY I PRODUKTY
Wydarzenia
Partnerzy Portalu iAutomatyka.pl

Wszystko stanie się prostsze po zalogowaniu :)

Przypomnij hasło

Nie masz konta? Zarejestruj się

Forgot your password?

Enter your account data and we will send you a link to reset your password.

Your password reset link appears to be invalid or expired.

Close
z

    Przetwarzamy pliki... jeszcze chwilka…