Советы по увеличению производительности машин резки

Советы по увеличению производительности машин резки

Опубликовано в номере:
PDF версия
Когда компании приобретают новую или модернизированную машину, они ориентируются на возможности, которые позволят им быстрее и надежнее создавать продукцию более высокого качества. Следовательно, машиностроителю необходимо демонстрировать наилучшие производительность, дизайн и интеграцию, а все эти качества зависят от системы движения. В статье рассмотрим пять ключевых возможностей для оптимизации этой системы.

Архитектура полевой шины

Несмотря на то, что в прошлом использовалось несколько разных типов шин, в современных системах формования материалов почти повсеместно применяется одна из нескольких версий Ethernet — как для простоты эксплуатации, так и для максимальной производительности. Однако даже в пределах семейства Ethernet производительность является относительной, и выбор неправильной архитектуры шины может значительно снизить скорость выполнения задач, ухудшить качество и точность резки.

Независимо от того, используется ли на предприятии стандартный контроллер, такой как Hypertherm, или пользовательский, точки положения, определяющие разрез, передаются от контроллера к приводу детерминированным образом. Временные интервалы между каждым набором точек x/y строгие и неизменные. Кроме того, для высокодинамичных приложений, таких как прецизионная резка, эти временные интервалы очень короткие: обычно в диапазоне 500 мкс — 1 мс. Более длинные временные интервалы приведут к менее точной резке, а меняющиеся — к искаженной.

Разъемы Ethernet выглядят одинаково, но ведут себя по-разному, и очень важно выбрать правильную версию для работы (таблица). При этом нужно учесть, что эту версию должны поддерживать порты полевой шины серводрайвера, все устройства на шине должны быть совместимы и правильно настроены.

Таблица. Сравнение производительности для распространенных архитектур (по данным IEBmedia)

Структура

Время отклика
(на 100 осей), мс

Джиттер
(фазовое дрожание), мс

Скорость передачи данных, Мбит/с

Ethernet/IP CIPSync ODVA

1

<1

100

Ethernet Powerlink EPSG

<1

<1

100

PROFINET-IRT PNO

<1

<1

100

EtherCAT ETG

0,1

<0,1

100

Не все промышленные протоколы Ethernet способны передавать детерминированные данные в реальном времени между всеми устройствами на полевой шине. Специалисты компании Kollmorgen рекомендуют использовать EtherCAT из-за его быстрой работы в реальном времени, а также поддержки CANopen и FailSafe over EtherCAT (FSoE).

 

Полоса пропускания

Более высокая пропускная способность неразрывно связана с более высокой скоростью. При увеличении ширины полосы контура управления система обеспечивает более жесткую работу двигателя, снижает количество ошибок и улучшает время отклика на переходные процессы. Результат — более точное управление положением, скоростью и крутящим моментом. Для многих повседневных операций по резке эти факторы могут не иметь решающего значения. Однако для современных режущих станков полоса пропускания контура управления важна с точки зрения производительности.

Необходимо помнить о том, что, хотя широкая полоса пропускания обеспечивает высокую производительность, она также требует высоко­производительных компонентов движения. Риск состоит в том, что более высокие частоты могут вызвать проблемы со стабильностью, если привод и двигатель не смогут воспользоваться быстрыми изменениями в контурах управления. Например, двигатель с высокой инерцией может быть не в состоянии достичь необходимого ускорения, и эта недостаточность возвращается в контуры управления.

Другая распространенная проблема — согласование пропускной способности. Во многоосном приложении потребуется достаточная полоса пропускания для выполнения необходимых перемещений по каждой оси. Но если полоса пропускания неточно совпадает между разными осями, форма реза будет искажена, поскольку оси с разной скоростью будут реагировать на обратную связь контура управления. Хотя это напрямую не связано с полосой пропускания, приложения, включающие портал, также нуждаются в перекрестной связи между осями на двух параллельных сторонах для обеспечения согласованного движения.

Серводрайверы должны предоставлять простые и высокоточные инструменты для согласования пропускной способности по осям. Выбирая серводвигатель, стоит обратить внимание на конструкции с низким моментом инерции для обеспечения ускорения и отклика крутящего момента, необходимых в высокопроизводительных приложениях с высокой пропускной способностью и не создающих помех в системе. Например, для этого подойдет система 2G Motion System компании Kollmorgen (рис. 1), которая, кроме того, включает алгоритм Gantry Mode. Данный алгоритм позволяет пользователю легко настроить двухосевой привод, чтобы использовать его как единую «ось машины», где оба двигателя управляют движением в одном направлении с высоким уровнем синхронизации. Это похоже на Electronic Gearing, однако между ведущим и ведомым нет задержки. Также Gantry Mode упрощает перекрестное соединение между сторонами портала.

Система 2G Motion System компании Kollmorgen

Рис. 1. Система 2G Motion System компании Kollmorgen

 

Мотор правильного размера

Еще одна распространенная ошибка — заниженный размер двигателя или выбор неправильной конструкции двигателя без учета риска насыщения напряжения или тока. Проще говоря, постоянная крутящего момента двигателя, или Kt, не может быть выше, чем позволяет напряжение на шине. Если привод не может обеспечить необходимое напряжение или ток, возможно, он не будет способен выполнять требуемые движения.

Решение проблемы состоит в том, чтобы заранее включить электрические расчеты в процесс выбора двигателя. Имея точное представление о доступном токе и напряжении, можно объективно оценить конструкцию и размер двигателя, который нужен на конкретном предприятии. Возможно, понадобится двигатель большего размера. В качестве альтернативы можно выбрать тот же двигатель с другой обмоткой, что обеспечит новый баланс требований к напряжению и току. Высока вероятность того, что в таком случае заказчик сможет получить необходимую производительность без увеличения или уменьшения размера двигателя.

 

Датчик обратной связи

Устройства обратной связи предоставляют информацию приводу или контроллеру, чтобы гарантировать, что двигатель или нагрузка достигнет необходимой скорости и положения в нужное время. Если они выбраны для конкретного приложения, то оказывают значительное влияние на стоимость, скорость и точность.

Инкрементальные энкодеры выдают два выходных сигнала, указывающих движение и направление. Эти сигналы могут отслеживать только относительное положение и, следовательно, требуют использования цифрового интерфейса для вычисления абсолютного положения. В случае сбоя питания или в приложении ось должна быть возвращена в исходное положение перед перезапуском, поскольку энкодер не отслеживает абсолютное положение. В некоторых приложениях это может стать проблемой безопасности. Инкрементальные энкодеры также в некоторой степени восприимчивы к электрическим шумовым помехам и могут потребовать входных фильтров и других мер для решения проблем электромагнитной совместимости.

Абсолютные энкодеры обычно стоят больше, чем инкрементальные, но имеют несколько преимуществ. Поскольку они генерируют цифровые коды, представляющие угол вала двигателя, абсолютные энкодеры предоставляют точную информацию о положении и скорости без необходимости дальнейшей обработки. Если питание прерывается, абсолютный энкодер сообщает правильное положение при перезапуске без необходимости возвращаться в исходное положение. Эти кодировщики также обладают очень высоким разрешением и обеспечивают отличную помехоустойчивость.

Другой вариант — резольверы. Эти аналоговые устройства сконструированы вокруг электрического трансформатора, использующего сравнение напряжений между обмотками ротора и статора, чтобы обеспечить абсолютное положение на протяжении всего поворота вала двигателя. Резольверы — прочные устройства, часто предназначенные для использования в суровых условиях, однако типичные резольверы не обеспечивают разрешение, необходимое для резки с высочайшей точностью.

Система обратной связи Kollmorgen Smart Feedback Device сочетает в себе прочную архитектуру резольвера с дополнительной электроникой, которая делает его более точным устройством (разрешение 224 = 16.777.216 отсчетов на оборот = 0,0013 угловых мин.), обеспечивает настройку Plug and Play и может использоваться с одним кабелем.

Все эти типы обратной связи имеют свои варианты применения, и важно выбрать наиболее подходящую технологию для тех характеристик машины, которых вы хотите достичь. В частности, стоит иметь в виду, что недорогие устройства обратной связи подразумевают скрытые затраты, например вызванные трудностями настройки движения для надежного соответствия конкретным требованиям.

 

Кабельная разводка

Упустить из виду важность выбора кабеля легко, но это не та область, которую стоит рассматривать как второстепенную. Если калибры проводов в кабеле занижены, возникнут проблемы с эффективностью и надежностью. Если кабели не заземлены и не экранированы должным образом, электрические помехи могут вызвать ошибки в обратной связи и сказаться на общей производительности системы. Если изоляция и разъемы не соответствуют стандартам, вероятны отказы при длительном использовании.

Количество, размер, вес, гибкость и расположение кабелей также могут иметь значение. Например, особенно в портальной системе, кабели являются частью нагрузки, вызывая проблемы с сопротивлением, весом и податливостью, которые сервосистема должна компенсировать. В большинстве случаев может быть полезна конструкция с одним кабелем, поскольку ее легче прокладывать и она легче как в кабеле, так и в разъеме, чем двухкабельная система (рис. 2).

Гибридный кабель, сочетающий в себе силовой и сигнальный кабели

Рис. 2. Гибридный кабель, сочетающий в себе силовой и сигнальный кабели

Портал, приводимый в движение более мощным двигателем, может выиграть от гибкости двух кабелей вместо более толстого и жесткого одиночного кабеля. Как и во всех аспектах конструкции машины, выбор кабеля требует нахождения правильного баланса свойств без ущерба для качества.

ООО «Сервостар» —
авторизованный партнер Kollmorgen в России.
Москва, Семеновская набережная, д. 2/1, стр. 1.
Тел.: +7 (495) 144-53-46
E-mail: info@servostar.ru
www.servostar.ru

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.