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如何快速看懂一款通用伺服驱动产品

2019-06-21控制工程网

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要快速看懂一款伺服驱动产品,大概需要从动力结构、性能、控制端口、操作体验等维度进行研判。
各位有没有发现,这几年市面上可供选用的伺服运控产品是越来越多了,同时,厂家们推出新品的速度和节奏也正呈现出愈来愈快的趋势。于是,如何快速地了解这些伺服产品,并从中有效的筛选出自己所需要的品牌系列,便成为广大设备用户和制造商所要面对的一个新的问题。
 
PicSource:清能德创 | Smart 7
 
本期,咱们就先和大伙聊聊如何快速看懂一款伺服驱动产品。
 
进入主题之前,有一点需要澄清下,本文的重点是通用自动化设备中的伺服驱动产品;而目前工业领域很多有着极强的行业应用属性的专业伺服产品,例如:机器人关节、AGV 驱动、风电变桨...,并不在今次的讨论范畴。
 
大家知道,驱动器的作用是为电机和执行机构的动作提供可控的电驱动力,因此,要读懂一款伺服驱动产品,首先还是得看一下它融入设备机电传动系统的方式是怎样的。具体来说,大致包括:
 
  
PicSource:Rexroth | IndraDrive
 
1. 从产品外观入手,去看它的硬件样式和动力结构,是单体独立型还是模块化系统型。
 
所谓单体独立型,指的是一款伺服产品中每一个型号的驱动模块都集成有完整的整流和逆变回路,可以单独构成一套驱动系统;而模块化系统型,是说该系列伺服驱动会包含不同容量级别的整流单元和逆变模块,需要按照共直流母线的方式组合使用才能构成完整的伺服驱动系统;而有一些单体独立型产品(如:SINAMICS S210、IndraDrive HCS01、Kinetix 5500...等)也是可以组成共直流母线的模块化驱动系统的。为设备选择不同结构类型的伺服驱动系统,将很大程度上决定其内部电气元件的布局和动力线路的分配方式。
 
  
PicSource:SINAMICS | S210
 
2. 从输入端,看这款产品组成的伺服驱动系统所需动力电源的类型和电压等级。
 
目前工业领域的伺服驱动系统大都会采用交流电作为动力电源输入,主要有单相 100 ~ 120 VAC、单相 200 ~ 240 VAC、三相 200 ~ 240 VAC、三相 380 / 400 VAC ... 等不同类型和级别。用户通常需要根据设备装机现场所在地区的工业用电标准,对其进行选择,否则就必须在驱动系统的动力电源侧加装相应的变压器。
 
  
PicSource:YASKAWA | Σ-7
 
3. 以不同维度看轴模块的动力输出能力:
 
轴端输出的容量范围,一般以功率和电流值计,不过个人还是觉得参考配套伺服电机的扭矩范围更为直观;
 
动力输出的兼容性,即可以搭载哪些类型的伺服电机,除了低、中、高惯量的永磁旋转电机,是否还支持各类旋转直接驱动电机、有铁芯或无铁芯直线电机、直线电动缸...等等;除了配套品牌的伺服产品,是否还开放了适配第三方品牌电机和执行机构的功能选项。
 
  
PicSource:Panasonic
 
同时我们需要明白,伺服其实是一种用于实现精细运动控制的电气传动技术,因此,伺服驱动产品接入设备系统后所表现出来的控制特性,也就是它能以多快的速度、多短的时间周期、对多么细微的负载误差作出响应并精准调节,亦是极为重要的。有关这一点,除了厂家给出的频响带宽(BandWidth)和响应频率值...等硬性指标以外,伺服驱动在控制环整定(tuning)功能上的软实力也是非常值得重点关注的,比如:是否带有自整定功能、能否实现动态自适应整定、有多少个限波滤波频率可以设定、限波频率可否做到自适应调节、是否支持振动抑制、可以手动或自动设定几个抑制频率、是否具备多轴同步纠偏功能...等等。
 
  
PicSource:SINAMICS
 
而作为运控动力组件,伺服驱动产品以什么方式接入到设备自动化系统的控制回路中,同样是会对其性能表现产生一定影响的。所以,接下来我们有必要来看下伺服驱动上的一些控制端口。
 
  
PicSource:Schneider Electric | Lexium 52
 
运控数据端口:
 
大致分为 PTI 脉冲串输入、电压或电流式模拟量、非实时工业总线、实时工业总线...几种。其中具备前三种端口、或实时工业总线中的 EtherCAT 端口的伺服驱动,基本上都能方便的兼容多家控制平台,可以被称为是元器件级别产品;而目前采用除 EtherCAT 以外其他实时工业总线协议的伺服驱动,大都只能支持特定品牌体系内的自动化控制系统,应该算是系统级产品。
 
  
  PicSource:SINAMICS | S210
 
反馈端口:
 
主要指的是电机反馈,须了解其支持的编码协议、分辨率、线芯配置,这其实与前面提到的第三方电机兼容性也有一定关系;有的驱动器还会有辅助反馈(或称第二反馈),此时除了与电机反馈类似的相关参数,还应留意辅助反馈的功能,是用作主轴编码器、还是全闭环反馈、抑或是二者可选。
 
  
PicSource:Kollmorgen | AKD
 
I/O 端口:
 
一方面,伺服驱动的很多功能都是基于外部元件的动作来实现的,因此需要配有相应的控制输入端口,例如:使能、行程限位、回零、高速套准、复位...等等;另一方面,运控设备的某些动作也是要根据伺服轴的状态(如:位置...等)来完成的,这就需要为驱动器配以特定的输出端口,如:高速凸轮输出、仿真编码器输出、模拟量输出...等等;而值得一提的是,随着运控总线的性能的不断提升,新款伺服驱动器上的 I/O 端口数量正呈现出不断减少的趋势,它们的功能正在逐步被转移到自动化系统的控制平台上。
 
  
PicSource:Rockwell Automation | Kinetix 5700
 
前面说的主要是伺服驱动与设备功能特性相关的一些产品要点,但事实上,随着运控系统轴数的不断增加,同时考虑到伺服技术本身的复杂性,在解读一款伺服驱动产品时,也十分有必要去设想一下其可能的操作过程和应用体验。个人经验看,大致会涵盖这样几个方面:
 
  
PicSource:Parker Hannifin
 
安装:
 
预估下伺服驱动在设备系统中的空间占用情况,需要考虑的因素有包括:功率密度如何、是否采用书本式设计、多个框架尺寸的高度是否一致、最小安装间距、是否包含双轴或多轴模块...等;
 
布线:
 
观察下各进线端口在这款产品的正面、底部和上方分别是怎样布局的,这会在一定程度上影响电气柜内的线路布置和电磁兼容性能;
 
  
PicSource:OMRON FA | 1S
 
调试:
 
看下这款产品所支持的调试方式都有哪些,例如:
 
直接现场按键操作;
 
有线连接,使用 PC 端驱动调试软件;
 
有线连接,使用基于集成控制平台的自动化系统软件;
 
无线通讯连接,使用 Web 网页浏览器;
 
无线通讯连接,基于移动终端 APP;
...
 
  
PicSource:B&R Automation | ACOPOS P3
 
总的来说,要快速看懂一款伺服驱动产品,大概是需要从动力结构、性能性能、控制端口、操作体验...等维度来进行研判的。而如果在设备方案中要考虑采用某款产品,那么就有必要针对具体的应用场景提出一些较为深入的问题了,例如:
 
品牌口碑及其过往产品的市场装机量如何?
 
适用于哪些行业应用领域?业绩怎样?
 
是否有配套的运控选型软件?
 
集成了哪些运控安全功能?如:安全扭矩关断、安全停车、安全速度监视、安全限速...
 
可采用哪些散热方式?
 
是否具备再生制动功能?
责任编辑:杨培
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