Automatische Übersetzung anzeigen
Dies ist eine automatisch generierte Übersetzung. Wenn Sie auf den englischen Originaltext zugreifen möchten, klicken Sie hier
#Produkttrends
{{{sourceTextContent.title}}}
Synchronisierung der Verpackungsbewegung mit Servos
{{{sourceTextContent.subTitle}}}
Dimensionierung und Auswahl der Anwendung.
{{{sourceTextContent.description}}}
Die Kunden fordern einen geringeren Wartungsaufwand und eine geringere Anlagengröße sowie einen schnelleren Durchsatz und eine schnellere Einrichtung der Maschine. Um diesen Anforderungen gerecht zu werden, entscheiden sich die Gerätehersteller für servogesteuerte Bewegungen anstelle von mechanischen Komponenten.
Die Bewegungssteuerung definiert die Möglichkeiten und Grenzen einer Maschine. Um den Durchsatz und die Flexibilität einer Maschine zu maximieren und den Wartungsaufwand zu verringern, müssen Sie daher häufig die Art der Bewegungssteuerung innerhalb der Maschine verbessern. Die meisten Gründe für die Umstellung von herkömmlichen Steuerungskonzepten und -geräten auf Servosteuerung liegen darin, einen oder mehrere dieser Vorteile zu erzielen:
- Erhöhung des Durchsatzes. Servomotoren erzeugen hohe Beschleunigungsraten und Geschwindigkeiten.
- Höhere Genauigkeit. Servos können die hohe Genauigkeit bieten, die für die Bearbeitung eines sich schnell bewegenden Teils erforderlich ist.
- Höhere Flexibilität. Servos bieten elektronische Versionen von traditionell mechanischen Komponenten. Elektronische Nockenprofile können zum Beispiel fast augenblicklich geändert werden. Programmierbare Bewegungsprofile können sich an unterschiedliche Produktgrößen und -konfigurationen anpassen. Elektronische "Getriebe"-Übersetzungen können geändert werden, um sich an unterschiedliche Maschinengeschwindigkeiten anzupassen. Mit einem elektronischen Getriebe können die Motoren an einer für die Anwendung geeigneten Stelle platziert werden, da sie keine langen Wellen, Getriebe und Riemen benötigen.
Darüber hinaus kann eine elektrische "Leitungswelle" mit einer nahezu unbegrenzten Anzahl von Achsen verbunden werden. Für Maschinen mit mehreren Konfigurationen bedeutet dies, dass zusätzliche Bewegungsachsen keine zusätzlichen mechanischen Verbindungen erfordern.
Servos bieten auch mehr Flexibilität, da mehr Informationen zur Verfügung stehen. So speichern viele Servosteuerungen eine Historie von Fehlern und Fehlerzuständen, die die Fehlersuche erleichtern. Die meisten Servosysteme können auch oszilloskopähnliche Diagramme zur Leistungsanalyse anzeigen. - Geringere Wartung. Servos tragen dazu bei, die Anzahl der mechanischen Teile an einer Maschine zu reduzieren. Elektronische Zahnräder ersetzen Riemen. Elektronische Nocken sind unempfindlich gegen Verschleiß. Elektronische Endschalter müssen nicht gelegentlich nachjustiert oder ausgetauscht werden.
Servos erfordern jedoch ein gewisses Maß an Wissen und Erfahrung. Wenn Sie ein Neuling auf dem Gebiet der Servosteuerung sind, sollten Sie sich darauf einstellen, dass Sie einige Zeit für die Auswahl und Anwendung Ihres ersten Systems benötigen. (Ein Hinweis zur Servo-Terminologie: Das Wort Controller wird mehrfach verwendet. Die System- oder Bewegungssteuerung führt normalerweise das Programm aus, das die Bewegung steuert; die Motorsteuerung steuert einen Motor. Um Verwirrung zu vermeiden, bezeichnen wir die Motorsteuerungen als Antriebe).
Dimensionierung und Auswahl der Anwendung
Die Auswahl und Dimensionierung von Servokomponenten kann aufgrund der Anzahl der Komponenten komplex erscheinen: Motoren, Antriebe, Controller und die Möglichkeit eines Industrie-PCs oder einer SPS. Wenn Sie einen mechanischen Hintergrund haben, kann dies einschüchternd wirken. Zum Glück gibt es Unternehmen - Komponentenlieferanten und Steuerungssystemintegratoren - die diese Komponenten zusammenstellen und Unterstützung bei der Anwendung anbieten. Ob Sie nun selbst Hand anlegen oder ein Paket kaufen, der grundlegende Prozess ist folgender:
Wählen Sie zunächst den Motor aus. Beginnen Sie die Motorauswahl mit der Wahl der Motorform. Motoren mit großem Aspektverhältnis (lang mit kleinem Durchmesser) sind am weitesten verbreitet. Sie können quadratisch oder rund sein und bieten ein hervorragendes Preis-Leistungs-Verhältnis. Scheibenläufermotoren (kurz mit großem Durchmesser) passen in enge Räume und bieten aufgrund ihrer trägheitsarmen Rotoren eine hohe Beschleunigung. Beide Motoren sind in abgedichteter und nicht abgedichteter Ausführung erhältlich.
Bei den rahmenlosen oder integrierten Motoren sind Rotor und Stator zur Integration in die Maschine getrennt. Diese Motoren ermöglichen eine kompakte Bauweise und verbessern den Direktantriebsbetrieb durch höhere Genauigkeit und geringere Vibrationen.
Linearmotoren, die einen Standard-Rotationsmotor und die zugehörigen Antriebsmechanismen ersetzen, erzeugen direkt eine lineare Bewegung. Sie können gleichzeitig den Durchsatz und die Genauigkeit um ein Vielfaches erhöhen.
Dimensionierung des Motors. Die Motorgröße basiert in erster Linie auf dem Drehmoment: Spitzen- und Dauerleistung. Die Dimensionierung von Motoren kann eine Herausforderung sein, und Fehler werden möglicherweise erst spät im Entwicklungszyklus entdeckt. Da die Motorgröße zu diesem Zeitpunkt nur noch schwer erhöht werden kann, ist es ratsam, einen Spielraum in die Berechnungen einzubeziehen. Wenn Sie neu in diesem Prozess sind, sollten Sie sich wahrscheinlich auf die Anwendungsingenieure der Motorenhersteller verlassen.
Wählen Sie die Rückführung. Die gebräuchlichsten Rückführgeräte sind Encoder und Resolver. Encoder sind optische Geräte, die eine Impulsfolge erzeugen. Die Impulszahl ist proportional zum Winkelweg. Sie bieten eine hohe Genauigkeit, insbesondere bei hohen Auflösungen. Resolver sind elektromechanische Geräte, die die absolute Position innerhalb einer Umdrehung des Motors erfassen und für ihre Robustheit bekannt sind. Wählen Sie das Gerät, das am besten zu Ihrer Anwendung passt.
Nachdem Sie die Art des Rückmeldesensors ausgewählt haben, müssen Sie dessen Auflösung wählen. Im Allgemeinen bietet ein Encoder mit 1.000 Strichen oder ein entsprechender 12-Bit-Resolver eine ausreichende Auflösung. Beide erzeugen etwa 4.000 verschiedene Positionen pro Umdrehung, was einer Auflösung von etwa 0,1 Grad entspricht. Wenn Ihre Anwendung jedoch eine höhere Auflösung erfordert, sollten Sie den Sensor entsprechend auswählen. Ein Wort der Vorsicht: Unterscheiden Sie zwischen Auflösung und Genauigkeit. Viele Servos bieten eine wählbare Auflösung für die Resolver-Rückführung; die Genauigkeit (in der Regel zwischen 10 und 40 arc-min) darf jedoch nicht beeinträchtigt werden.
Wählen Sie den Antrieb. Überlegen Sie, ob Sie die Stromversorgung modular (separat) oder integriert in einen Antrieb wünschen. Bei drei oder mehr Antrieben derselben Familie in unmittelbarer Nähe funktionieren modulare Netzteile gut. Bei einer Achse sind integrierte Stromversorgungen in der Regel besser geeignet. Bei zwei Achsen sind beide Lösungen etwa gleich gut.
Wenn Sie ein Gehäuse für das Laufwerk planen, sollten Sie bedenken, dass die Laufwerksgrößen sehr unterschiedlich sind und sich auf die Gesamtgröße des Geräts auswirken können. Je nach Größe des Gehäuses müssen Sie möglicherweise auch verschiedene Kühloptionen in Betracht ziehen.
Sinuskommutierung vs. sechsstufige Kommutierung
Bei bürstenlosen Servomotoren gibt es in der Regel zwei Arten der Stromwellenform vom Umrichter zum Motor: Sechsschritt- und Sinuswelle. Bei der Sinuswelle erzeugt die vom Umrichter erzeugte Stromwellenform einen Strom, der sich einer Sinuswelle annähert. Dies führt zu einem gleichmäßigeren Drehmoment und geringerer Erwärmung. Bei der Sechs-Schritt-Methode wird mit einfacher Elektronik eine Rechteckwelle mit sechs Segmenten erzeugt. Das Sechsschrittverfahren ist zwar kostengünstiger, hat aber bei niedrigen Drehzahlen einen rauen Betrieb.
Flexibilität bei der Abstimmung. Die Abstimmung, d. h. die Auswahl der Verstärkungen in den Rückkopplungsschleifen, ist für eine hohe Leistung und einen stabilen Betrieb erforderlich. In der Vergangenheit war die Abstimmung eher eine Kunst als eine Wissenschaft. Heute bieten moderne Servoantriebe eine Vielzahl von Werkzeugen zur Unterstützung der Maschinenkonstrukteure. Die Selbstoptimierung, bei der der Antrieb das mechanische System anregt und eine Reihe von Regelkreisverstärkungen erzeugt, ist fast schon Standard. Die meisten Antriebe werden mit digitalen Verstärkungen eingestellt, so dass Sie weder einen Lötkolben noch einen Potentrimmer (kleiner Schraubenzieher) benötigen. Die komplexeren Methoden werden Sie vielleicht nur gelegentlich benötigen, aber sie bieten Ihnen mehr Möglichkeiten.
Analoge Antriebe können preiswerter sein, aber Sie müssen möglicherweise Schleifen durch Einstellen von Potentiometern oder Auswechseln passiver Komponenten anpassen. Unabhängig davon, wofür Sie sich entscheiden, ist das Einstellen ein Teil der Lernkurve und erfordert einige Studien und Experimente.
Antriebskommunikation. Viele Antriebe verwenden ein analoges Signal, um die Drehzahl- und Drehmomentbefehle zu übermitteln. Die digitale Kommunikation wird jedoch immer beliebter, da sie den Verdrahtungsaufwand reduziert und die Flexibilität des Systems erhöht. Viele Antriebe sind mit Netzwerken wie DeviceNet, Profibus und einem neuen Netzwerk speziell für die Bewegungssteuerung namens Sercos kompatibel.
Spannung. Beachten Sie, dass 110-Vac-Strom in der Fabrikhalle schwer zu bekommen sein kann. In Europa sind 460 Vac üblich; bei Verwendung von 230 Vac-Antrieben kann ein Transformator in den Maschinen für den Einsatz in Übersee erforderlich sein. Leider können 460-Vac-Antriebe teuer sein. Ein Kompromiss ist das Universalnetzteil, das Leistungshalbleiter zur Umwandlung der Spannungspegel verwendet. Bei Systemen mit modularen Netzteilen kann ein Universalnetzteil jede beliebige Spannung von 230 bis 480 Vac verwenden, um mehrere 230 Vac-Achsen zu versorgen.
Ein letzter Punkt, den Sie beachten sollten: Wenn Sie nur eine kleine Anzahl von Antriebsfamilien in einer Maschine verwenden, vereinfachen Sie die Ersatzteilliste.
Wählen Sie die Steuerung
Bei der Auswahl der Steuerung sollten Sie sich für eine Einzel- oder Mehrachssteuerung entscheiden. Einachsige Steuerungen vereinen einen Motion Controller, einen Antrieb und oft auch eine integrierte Stromversorgung in einem Paket. In ein- oder zweiachsigen Systemen können diese Steuerungen Kosten, Größe, Verdrahtung und Systemkomplexität reduzieren.
Mehrachsige Steuerungen eignen sich in der Regel besser für kompliziertere Systeme. Erstens senken sie in der Regel die Kosten, vor allem wenn die Anzahl der Achsen zunimmt. Zweitens reduzieren sie die Systemkomplexität, da ein einziges Programm die gesamte Bewegung steuern kann. Diese Achssteuerungen bieten auch eine größere Flexibilität bei der Synchronisierung, da sie in der Regel jede Achse mit jeder anderen Achse verknüpfen können und diese Verknüpfung während der Programmausführung geändert werden kann.
Nach der Auswahl der Steuerung müssen Sie sich entweder für eine "Box"- oder eine "Board"-Konfiguration entscheiden. Bei einer Box-Konfiguration handelt es sich um eine geschlossene Steuerung, die für den Stand-alone-Betrieb geeignet ist. Board-Controller werden an Industriecomputer angeschlossen. Wenn Sie bereits einen Industriecomputer an der Maschine haben, kann eine kompatible Karte die Kosten senken und die Integration von Steuerung und Maschine verbessern. Wenn Sie nicht vorhaben, einen Industriecomputer zu verwenden, lässt sich die Box-basierte Steuerung in der Regel einfacher hinzufügen.
Bewerten Sie den Funktionsumfang
Schließlich sollten Sie die Funktionen der Steuerung bewerten. Betrachten Sie die bisher besprochenen Funktionen: Getriebe, Nockensteuerung, Hochgeschwindigkeitsregistrierung und programmierbare Endschalter. Die meisten Steuerungen bieten diese Funktionen in irgendeiner Form an, aber die Besonderheiten müssen mit den Anforderungen Ihrer Anwendung verglichen werden. Müssen Sie die Getriebeübersetzung während des Betriebs ändern? Müssen Sie die Nockenprofile während des Betriebs ändern? Welche Registriergenauigkeit benötigen Sie? Ist eine Änderung der Geschwindigkeit oder der Zielposition während des Betriebs erforderlich? Unterstützt die Steuerung genügend Achsen für diese Anwendung? Ist sie für zukünftige Versionen Ihrer Maschine geeignet?
Umgang mit den Kosten
Die Kosten für Servokomponenten sind oft höher als die der mechanischen Komponenten, die sie ersetzen. Es gibt jedoch einige wichtige Faktoren, die diese höheren Kosten abmildern. So können durch den Wegfall komplexer mechanischer Vorrichtungen die Gesamtkosten und die Größe der Maschine reduziert werden, was den Wert des Systems steigern kann. Der Servocontroller ersetzt oft eine SPS; in diesem Fall können die gesamten Kosten für die Umstellung auf Servos ausgeglichen werden. Die zusätzliche Flexibilität kann die Anzahl der Maschinenmodelle oder Prozesse, die zur Herstellung einer Maschinenreihe erforderlich sind, reduzieren und damit die Herstellungskosten senken.
Allgemeine Überlegungen
Abgesehen von den Bewegungsfunktionen gibt es noch weitere Fragen zu klären. Ist die Sprache in der Lage, Ihre Prozesse zu unterstützen? Ist sie so komplex, dass Sie übermäßig viel Zeit für ihre Erlernung aufwenden müssen? Unterstützt das Produkt Multitasking? Multitasking ist eine Technik, die es Ihnen ermöglicht, verschiedene Programme für verschiedene Prozesse zu schreiben, was die Programmierung komplexer Maschinen vereinfacht.
All diese Fragen können schwer zu beantworten sein, vor allem, wenn Sie neu in der elektronischen Bewegungssteuerung sind. Die meisten Unternehmen, die Steuerungen anbieten, unterstützen sie gut. Stellen Sie während Ihres Auswahlprozesses viele Fragen. Das hilft Ihnen nicht nur bei der Bewertung des Produkts, sondern auch bei der Bewertung des Supports. Denken Sie auch an die zukünftige Entwicklungstätigkeit in Ihrem Unternehmen. Wählen Sie Anbieter, die jetzt und in den kommenden Jahren Produkte und Support anbieten können.