Artykuł z serii: Kurs podstaw automatyki
Niedawno jako Zespół iAutomatyka.pl odwiedziliśmy siedzibę firmy B&R w Poznaniu, żeby lepiej poznać tę firmę i oferowane przez nich produkty. Pośród wielu urządzeń automatyki szczególne zainteresował mnie serwonapęd o nazwie ACOPOS P3. Zaintrygowany poprosiłem o więcej informacji, a zespół szkoleniowy oraz supportu B&R natychmiast wszystko szczegółowo mi wyjaśnił. Byłem pod wrażeniem możliwości tego sprzętu i dlatego chciałbym podzielić się z Wami tym krótkim opisem jego możliwości oraz przedstawić mini tutorial, opisujący jak zacząć pracę z tym serwonapędem w środowisku Automation Studio.
Co to jest serwonapęd?
Ale w sumie czym są serwonapędy? Biorąc definicję z encyklopedii serwonapęd to zbiór elementów, realizujących zamknięty układ sterowania silnikiem, w którym sygnałem zadawanym jest jakiś parametr, np. położenie czy prędkość obrotowa. W skład takiego systemu wchodzi sterownik, przetwornik energii, silnik elektryczny oraz enkoder, resolver lub tachometr, zapewniający sygnał zwrotny.
Zatem od strony fizycznej działa to tak. Silnik elektryczny zamienia energię elektryczną na mechaniczną o różnej sile i momencie. Aby kontrolować te wartości wymagany jest przetwornik energii elektrycznej, który zajmuje się przygotowaniem właściwego zasilania silnika. Informację o pozycji osi silnika i/lub prędkości obrotowej przetwornik otrzymuje z enkodera, który zazwyczaj zamontowany jest na samym silniku. I tak zamyka się pętla sterującego sprzężenia zwrotnego. Dzięki sprzężeniu przetwornik jest w stanie kompensować wszystkie luzy i obciążenia występujące w układzie oraz zapewnia niesamowitą precyzję i powtarzalność ruchu. W połączeniu z zewnętrznymi urządzeniami przesyłającymi polecenia sterujące jak na przykład sterownik PLC otrzymujemy w pełni kontrolowany napęd elektryczny.
ACOPOS P3
Obecnie jak wiemy prawie wszystkie maszyny wyposażone są w elementy realizujące ruchy o różnym stopniu złożoności w zależności od realizowanego zadania. Ruchy te nierzadko wymagają dużej precyzji, co wcale nie jest łatwym celem do realizacji. Tendencja wyraźnie pokazuje, że producenci starając się spełnić wymagania klientów, coraz bardziej zmierzają w kierunku mechatronicznych rozwiązań napędowych lecz jednocześnie wymagają elastyczności od stosowanych urządzeń. I tu właśnie naprzeciw wymaganiom wychodzi ACOPOS P3.
Teraz czas na kilka informacji z noty katalogowej. ACOPOS P3 jest kompatybilny z wszystkimi serwonapędami B&R poprzedniej generacji, dzięki czemu można łączyć go z nimi w sieci oraz integrować z już istniejącymi rozwiązaniami. Dostępny jest w wersjach mocy od 0,5 do 24 kW. Ale chyba najważniejszą cechą jest fakt, że można go kupić w wersji 1, 2 lub 3 osiowej. Co to znaczy? To znaczy tyle, że jeśli przykładowo budujesz robota kartezjańskiego do sterowania trzema silnikami wystarczy Ci jeden ACOPOS P3.
W poligrafii i przemyśle opakowaniowym procesy technologiczne odznaczają się znaczną dynamiką i dokładnością oraz wymagają bezwzględnie precyzyjnego sterowania ruchami o dużej prędkości. Czynnikiem ograniczającym prędkość pracy jest czas próbkowania serwonapędu. Dlatego ACOPOS P3 oferuje ekstremalnie krótki czas cyklu regulacji natężenia prądu, prędkości i położenia wynoszący zaledwie 50 µs. Tak krótki czas próbkowania pozwala wdrażać nowe procesy sterowania w pętli zamkniętej w obszarach, które do tej pory były zarezerwowane jedynie dla czujników wirtualnych.
Przy projektowaniu dużą uwagę zwrócono na funkcje bezpieczeństwa. Uwzględniono wiele funkcji odpowiadających kryteriom kategorii 4 SIL 3 / PL e. Całkowicie nowa funkcja o nazwie SLT (Safety Limited Torque) sprawdza, czy podczas ruchu nie dochodzi do przekroczenia dopuszczalnego maksimum momentu obrotowego. SLS i SLT przy bardzo szybkim czasie reakcji przekładają się na niezwykle skuteczną ochronę przed obrażeniami ciała. Przy całkowitej liczbie 14 funkcji bezpiecznych ruchu opartych na technologii openSAFETY, możliwe jest optymalne zaspokojenie wszelkich potrzeb w zakresie bezpieczeństwa. Dla chętnych pozostawiam skróty ich nazw do rozszyfrowania: STO, SS1, SS2, SLS, SMS, SBC, SDI, SLI, SLP, SMP, SLA, RSP, SBT oraz SLT
Z urządzeniem możemy komunikować się po protokole POWERLINK, który gwarantuje przepustowość i dokładność niezbędną w technologii serwonapędów, a do sterowania wykorzystujemy bloki mapp Technology co bardzo upraszcza tworzenie nowych i utrzymanie już istniejących aplikacji. Wszystko to powoduje, że urządzenie idealnie współpracuje ze sterownikami PLC tego producenta.
Do samego podłączenia wystarczy jeden przewód w miejsce oddzielnych przewodów dla silnika i enkodera. Jeden przewód to niższe koszty okablowania, a także szybsze i mniej pracochłonne przekazanie urządzenia do eksploatacji i utrzymanie jego ruchu. Mimo to pozostawiono możliwość wykonania tradycyjnego podłączenia oddzielnymi przewodami silnika i enkodera.
Mówiąc o zasilaniu warto wspomnieć, że ACOPOS P3 może pracować w dowolnym miejscu na ziemi, ponieważ odpowiada najpowszechniej przyjętym układom zasilania sieciowego: TN, TT, IT, oraz TN-S. W niektórych przypadkach zgodność instalacji z lokalnymi przepisami wymaga tylko uzupełnienia jej o dodatkowy filtr liniowy. Taka uniwersalność powoduje mniejszą liczbę potrzebnych wariantów urządzenia.
Automation Studio
W pozostałych oknach konfiguratora pozostawiłem wartości domyślne. Do urządzenia podłączony mam tylko jeden silnik dlatego dwa pozostałe wyjścia zostały nie skonfigurowane. Można teraz przejść do strojenia regulatorów pozycji i prędkości, zerowania napędu i innych czynności przygotowawczych. Do tych ustawień dotrzesz na dwa sposoby. Pierwszy to wybranie widoku logicznego w drzewie projektu a następnie pliku konfiguracyjnego danej osi. Drugi sposób to przejście do widoku fizycznego, kliknięcie prawym przyciskiem myszy na dodanym serwonapędzie i wybranie opcji Test.
Podsumowanie
Na koniec demonstracji sprzętu, tak trochę zamyślony powiedziałem do szkoleniowca, że fajnie byłoby zobaczyć, jak taki ACOPOS P3 pracuje na rzeczywistym urządzeniu. A on, nie mówiąc nawet słowa kiwnął ręką i poprowadził mnie na drugi koniec sali. W rogu, delikatnie schowane za tablicą było stanowisko z robotem firmy COMAU. Trochę zdziwiony pomyślałem: co ma wspólnego robot COMAU z serwonapędem ACOPOS P3? Pan Marcin chyba z wyrazu mojej twarzy odczytał zdziwienie i pośpiesznie rozjaśnił sytuację. Otwierając szafę sterowniczą robota na pierwszy plan wysunęły się dwa serwonapędy. Otóż dowiedziałem się, że konstrukcja powstała przy współpracy tych dwóch firm i właśnie po stronie firmy B&R leży całe sterowanie robotem. Dwa ACOPOS P3 jako serce układu wystarczają do sterowania aż sześcioma osiami robota!
Jeśli chciałbyś bardziej zapoznać się z produktami firmy B&R Automatyka Przemysłowa, w tym z ACOPOS P3 to serdecznie zapraszam na ich stronę internetową: B&R Automatyka Przemysłowa: Produkty. Dla zainteresowanych przesyłam też link do oferty szkoleniowej: B&R Automatyka Przemysłowa: Szkolenia. Oprócz kursów dotyczących napędów znajdziesz tam wiele innych, ciekawych zagadnień jak choćby szkolenie obsługi oprogramowania Automation Studio, które jest środowiskiem deweloperskim do projektowania aplikacji wykorzystujących komponenty automatyki B&R.