Napęd pod kontrolą

Serwonapędy są nieodzownym elementem układów sterowania wielu maszyn i urządzeń przemysłowych. To właśnie dzięki nim możliwe jest nadzorowanie pracy osi. Kontrolowana jest zarówno pozycja, jak i moment siły. Przyjrzyjmy się nieco bliżej urządzeniom tego typu.

Jak sama nazwa wskazuje, serwonapęd jest układem napędowym, który składa się z silnika oraz układu sterującego jego pracą. Serwonapędy wykorzystywane są przede wszystkim wszędzie tam, gdzie chcemy kontrolować przemieszczenia wału silnika oraz sterować jego prędkością. Układ sterujący serwonapędu wyposażony jest w moduł kontrolujący położenie wału (rezolwer lub enkoder), który na podstawie dostarczanych mu danych o położeniu steruje silnikiem. Bardziej złożone sterowniki serwonapędów pozwalają na wykonywanie przygotowanych wcześniej na komputerze lub mikrokontrolerze programów sterowania będących ciągiem poleceń dla silnika - np. obróć wał w lewo o 90°, odczekaj 2,5 sekundy, a następnie wykonaj piętnaście obrotów w prawo z prędkością 20 obrotów na minutę, zatrzymaj itd. W serwonapędach wykorzystuje się dowolny typ silnika, jednak najbardziej popularne są silniki z magnesami trwałymi i silniki krokowe.

Bardzo często w serwonapędach wykorzystuje się przetwornice częstotliwości, które stosuje się nie tylko do regulowania prędkości obrotowej, ale również do ustalania kąta przemieszczenia wału serwosilnika. Istotne jest również to, że wykorzystywane serwosilniki wyposażone w przetwornicę częstotliwości bazują na technologii bezszczotkowej z magnesami trwałymi umieszczonymi na wirniku, a zasilane są napięciem przemiennym.
Jak już wspomniałem, w typowym serwonapędzie wyróżnić można trzy główne elementy: urządzenie wykonawcze, czyli silnik, regulator lub sterownik, który odpowiedzialny jest za realizowanie określonego algorytmu oraz układ sprzężenia zwrotnego. Ten ostatni odczytuje aktualną pozycję silnika. W zależności od modelu i przeznaczenia silnika prostownik może być zasilany napięciem jedno- lub trójfazowym. Stopień pośredni to kondensator i ewentualnie dławik. Falownik odpowiedzialny jest za wytwarzanie napięcia wyjściowego. Warto podkreślić, że serwonapędy znajdują zastosowanie wszędzie tam, gdzie konieczne jest nie tylko pozycjonowanie ale również wysoka dynamika ruchu oraz możliwości regulacyjne. Stąd też serwonapędy są nieodzownymi elementami budowy linii produkcyjnych oraz obrabiarek CNC.

Cechy serwonapędów
Dostępne na rynku serwonapędy cechują się bardzo prostą instalacją oraz możliwością łatwego ich programowania. W wielu modelach stosuje się tzw. funkcję autotuningu pozwalającą na samoczynnie dostrojenie się urządzenia. Co więcej, niektóre modele są urządzeniami korzystającymi z trybu plug-and-play, dzięki czemu podczas instalacji wystarczy je tylko podłączyć do budowanego systemu, a reszta czynności konfiguracyjnych wykona się automatycznie. Interesującym rozwiązaniem technicznym jest możliwość samodostrojenia się napędu do układu mechanicznego. Tryb kontroli może być odpowiedzialny zarówno za pozycję jak i prędkość momentu. Istnieje możliwość sterowania wejściami impulsowymi, analogowymi, binarnymi oraz Mechatrolink. W zależności od modelu serwonapędy osiągają moc od 0,05 do ponad 15 kW.
W niektórych modelach w serwonapęd wbudowany jest kontroler pozycji, dzięki któremu możliwe jest konstruowanie układów napędowych i układów automatyki przemysłowej przy wykorzystaniu sterowników PLC. W wielu wypadkach przydatna jest też możliwość programowania pozycjonowania przy wykorzystaniu zarówno współrzędnych absolutnych, jak i względnych. Wymiana danych z urządzeniem zewnętrznym odbywa się poprzez port RS 232 lub RS 485. W najtrudniejszych warunkach przemysłowych dobrze sprawdzają się również serwonapędy w wykonaniu specjalnym, np. przeciwybuchowym.

 Pozostałą część artykułu znajdziecie Państwo na łamach MM Magazyn Przemysłowy 5/2011 


Damian Żabicki