Precyzyjne pozycjonowanie niezmiennie stanowi domenę serwotechnologii. Jednak nie w każdym przypadku konieczny jest serwomechanizm – dzięki odpowiednio wydajnym przemiennikom częstotliwości można rozwiązywać w sposób ekonomiczny wiele zadań nawet w obszarze zaawansowanej budowy maszyn pakujących. Już dawniej istniała możliwość wywoływania poszczególnych bloków pozycjonowania przez zewnętrzny układ sterowania, natomiast falownik Lenze 8400 TopLine pozwala realizować nawet proste przebiegi procesów przez sprzężenie wielu procesów pozycjonowania.

W budowie maszyn i urządzeń są realizowane różnorodne zadania, w których wydajność falownika jako precyzyjnego napędu pozycjonowania jest wystarczająca – co z kolei oznacza, że wysoka dynamika klasycznych serwonapędów nie jest konieczna. Przykłady można znaleźć w obszarze przepływu materiałów, a także w obszarach opakowań, montażu i manipulowania oraz produkcji. Z tego względu firma Lenze na bazie sprawdzonej serii falowników 8400 rozszerzyła zakres funkcji wersji TopLine. Nowe urządzenia umożliwiają jeszcze dokładniejsze pozycjonowanie.
Przykładem jest wspomagane graficznie sterowanie sekwencją programową, w której można łączyć ze sobą do 100 operacji. Oprócz właściwych procesów pozycjonowania możliwe są inne operacje, takie jak sprawdzanie wejść cyfrowych lub ustawianie wyjść cyfrowych. Ponadto falowniki Lenze 8400 TopLine mogą być połączone w trybie wieloosiowym przez wał elektryczny. Zastępuje on tradycyjne mechaniczne sprzężenie przez wał królewski.

Nie w każdym przypadku konieczny jest serwomechanizm. Dzięki falownikom Lenze 8400 w wersji TopLine możliwe jest precyzyjne pozycjonowanie – również synchronicznie w wielu osiach

Dzięki komunikacji poprzecznej wszystkie zespolone napędy mają identyczną kątową wartość zadaną, według której podąża napęd slave, synchronicznie pod względem kąta lub prędkości obrotowej. Pozwala to ustawić stosunek między wartością zadaną i napędem slave – tzw. elektroniczną przekładnię. Rozwiązanie to ma szereg zalet w porównaniu do rozwiązania czysto mechanicznego. W przypadku różnych produktów konieczne są różne przełożenia przekładni – Lenze 8400 TopLine umożliwia to bez problemów. Ponadto, ze względu na brak elementów mechanicznych, ulega zmniejszeniu wielkość przemieszczanej masy. Redukuje to bezwładność masową i zwiększa efektywność energetyczną.

Łatwiejsza budowa linii

Ważnym warunkiem budowy wałów elektrycznych jest szybka komunikacja poprzeczna. Wszędzie tam, gdzie potrzebny jest ruch synchroniczny, wymagane są dokładne prędkości, prędkości obrotowe, kąty i momenty obrotowe. Aby uzyskać komunikację poprzeczną między osiami, urządzenia dysponują odpowiednią magistralą osiową i modułami funkcjonalnymi, zapewniającymi synchronizację prędkości lub kąta. Komunikacja jest przede wszystkim potrzebna do budowy wałów elektrycznych w celu synchronizacji i działania niezależnie i równolegle do seryjnej magistrali systemowej CAN. Zalety magistrali osiowej wynikają przede wszystkim ze zmniejszenia nakładów na konfigurację, łatwiejszej budowy linii i kaskadowania oraz optymalnego wykorzystania szerokości pasma magistrali dzięki synchronizacji na poziomie sprzętowym. Mniejsze nakłady na konfigurację wynikają z tego, że włączenie magistrali osiowej do aplikacji odbywa się przeważnie za pomocą wolnych połączeń bloków funkcjonalnych. W automatyce opartej o magistralę osiową można zbudować dwie podstawowe topologie komunikacyjne: strukturę liniową lub prostą strukturę kaskadową.
Falowniki 8400 TopLine mogą pracować w zakresie mocy od 0,25 kW do 2,2 kW przy napięciu 230 V i od 0,37 kW do 45 kW przy napięciu 400 V zarówno z serwomotorami asynchronicznymi, jak i synchronicznymi. Urządzenia dysponują odpowiednim układem regulacji i są wyposażone w interfejsy dla resolwera, enkodera inkrementalnego i absolutnego (jednoobrotowego i wieloobrotowego).

Napędy obrotowe i podnoszące są typowymi przypadkami zastosowania przemiennika częstotliwości z wbudowaną funkcją pozycjonowania

Przemiennik częstotliwości o właściwościach serwomechanizmu: z pomocą falownika Lenze 8400 TopLine można również napędzać synchroniczne serwosilniki z magnesami trwałymi

Zintegrowane pozycjonowanie

Do szybkiego pozycjonowania, w praktyce, w falownikach 8400 już od wersji
HighLine jest dostępne wbudowane pozycjonowanie tabelaryczne. Dzięki niemu można zapisać do 15 pozycji o różnych profilach jazdy w postaci ramp liniowych lub ramp typu S. Pozycjonowanie tabelaryczne jest podstawą szybkiego dostosowywania parametrów w przypadku zmiany produktu – również w wyniku możliwości swobodnej konfiguracji profili – bez stosowania dodatkowego sprzętu i oprogramowania. Pozycje zapisane w tabeli w przemienniku są przesyłane do sterownika PLC bezpośrednio przez zaciski lub podłączoną magistralę polową. Następnie napęd dokonuje automatycznego przesunięcia do poszczególnych pozycji i sygnalizuje ich osiągnięcie do układu sterowania. Aby dynamicznie reagować na zmiany procesu w maszynie, dostępna jest funkcja ręcznego sterowania. Jeżeli podczas trwającego procesu zostanie podana nowa wartość pozycji, przemiennik natychmiast ją przetwarza i płynnie przemieszcza napęd do nowej pozycji. Rampy typu S zapewniają łagodne ruchy przy małym zużyciu mechanicznym.
W obrębie rodziny falowników Lenze 8400 zdolność pozycjonowania w sposób skalowany rozpoczyna się już od wersji StateLine z dość prostym pozycjonowaniem wyłączeniowym. W przypadku większych wymagań w zakresie prędkości i dokładności można stosować wersję HighLine w połączeniu ze standardowym silnikiem asynchronicznym z enkoderem HTL. Pozwala to na uzyskanie dokładności jednego inkrementu na wale silnika, co w przypadku 2048-impulsowego generatora odpowiada dokładności 0,05^o na wale silnika. Możliwe do uzyskania są cykle do 180 taktów na minutę. Typowymi zastosowaniami są urządzenia do cięcia, a także urządzenia obrotowe i podnoszące.

Uruchamianie

Platforma urządzeń oferuje kompleksową parametryzację i programowanie za pomocą centralnego oprogramowania Lenze Engineer. Dysponuje ono funkcjami wspomagającymi szybką pracę już w bezpłatnej wersji podstawowej „Statelevel”. Za pomocą rejestratora danych można przedstawiać np. parametry eksploatacyjne w czasie w taki sam sposób, jak na oscyloskopie. Tworzy to podstawę szybkiej i przejrzystej diagnostyki podczas uruchamiania – i to bez dodatkowych przyrządów pomiarowych. Dzięki wykorzystaniu plików dziennika można zapisywać i odczytywać stany falownika. Zmniejsza to czas potrzebny na przeprowadzenie analizy błędów również podczas późniejszej pracy maszyny.
Centralną jednostką pamięci dla wszystkich parametrów przemiennika jest wymienny moduł pamięci. Pozwala to na parametryzację urządzeń jeszcze przed ich uruchomieniem. Na miejscu wystarczy tylko włożyć moduł do przemiennika, a oś napędowa będzie natychmiast gotowa do pracy. Ponieważ podczas uruchamiania czasochłonna parametryzacja regulatora napędu nie jest potrzebna, a dane można kopiować do modułów dowolną ilość razy, istnieje duży potencjał w zakresie oszczędności, przede wszystkim w produkcji seryjnej. Kolejna zaleta występuje w przypadku serwisowania: w sytuacji wymiany urządzenia zamiast uruchomienia czasochłonnego programowania wystarczy po prostu włożyć moduł pamięci. Czynność tę może również wykonać personel zajmujący się konserwacją w zakładzie produkcyjnym.

Podsumowanie

Możliwości stosowania falowników 8400 TopLine wskazują, że za pomocą odpowiednio przygotowanych przemienników częstotliwości można w sposób ekonomiczny rozwiązywać precyzyjne zadania w zakresie pozycjonowania i pracy synchronicznej.

inż. Marcin Funk
Autor jest pracownikiem Działu Zarządzania Produktem
w firmie Lenze