6 Общая характеристика структуры и компонентов simodrive
Привод SIMODRIVE имеет модульную структуру, в которую входят:
Двигатель с датчиком положения и скорости.
Приводной модуль (силовой модуль с платой управления).
Система питания.
6.1 Общая характеристика двигателей
По условиям работы и требованиям к точности в станках с ЧПУ различают следующие приводы:
Привод шпинделя (HSA).
Привод подачи (VSA).
Привод вспомогательного механизма.
Для приводов шпинделя (главного движения) применяют:
асинхронные серводвигатели типа 1РН7 с воздушным охлаждением (рис. 2.1,а) и 1РН4 с водяным охлаждением (рис. 6.1,б);
встраиваемые двигатели для прямого привода с водяным охлаждением 1РН2 (рис. 6.2);
двигатели с полым валом 1РМ4 водяного охлаждения (рис. 6.3,а) и 1РМ6 воздушного охлаждения (рис. 6.3,б).
а б
Рисунок 6.1 – Общий вид двигателя 1PH7 (а) и двигателя 1PH4 (б)
Рисунок 6.2 – Общий вид двигателя 1PH2
а б
Рисунок 6.3 – Общий вид двигателя 1PM4 (а) и двигателя 1PM6 (б)
Для приводов подачи применяются:
синхронные серводвигатели 1FT5 с самоохлаждением или с принудительной вентиляцией, а также 1FT6 с водяным охлаждением (рис. 6.4);
синхронные двигатели 1FK6 с самоохлаждением (рис. 6.5).
Для вспомогательных приводов механизмов смены инструментов, а также установочных перемещений, например, перемещения задней бабки токарного станка, применяют стандартные асинхронные двигатели без встроенных датчиков контроля перемещений.
Рисунок 6.4 – Общий вид двигателя 1FT6
Рисунок 6.5 – Общий вид двигателя 1FK6
6.2 Обзор датчиков
Различают инкрементальный и абсолютный метод измерения. У инкрементальных датчиков после каждого отключения питания необходимо реферирование станка, так как положение часто не сохраняется в СЧПУ и движения станка при отключении питания не регистрируются.
Абсолютные датчики, напротив, регистрируют движения при отключении питания и выдают актуальную позицию при восстановлении питания, не требуют реферирования.
На рисунке 6.6 показаны варианты конструкций ротационных (круговых) датчиков и элементы для их подключения.
Рисунок 6.6 – Датчики для приводов SIMODRIVE
В двигателях главного движения применяются различные типы датчиков
Инкрементальные круговые датчики. К этому типу относятся:
Датчики положения и скорости шпинделя с импульсными сигналами TTL и HTL (High Voltage).
Датчики угла поворота с аналоговыми сигналами sin/cos уровня напряжения 1 Vpp (Volt peak to peak: напряжение от пика до пика).
Измерительная инкрементальная система датчика типа SIМAG Н для регистрации угла поворота полых шпинделей (двигатели 1РН2, 1FE1), состоящая из шестерни и считывающей головки (заменяет прежнюю версию SIZAG 2).
Датчики абсолютного значения (кодовые датчики положения). К этому типу относятся:
Датчики с синхронным последовательным интерфейсом (SSI).. (Передача сигналов датчика производится под управлением контроллера, что не всегда возможно).
Датчики с кодером по данным (интерфейс EnDat).
Датчики с интерфейсом PROFIBUS-DP.
Датчики углового положения типа резольвер (resolver).
Инкрементальные и кодовые датчики являются энкодерами в том смысле, что они создают импульсы, характеризующие движение.
При этом в инкрементальных датчиках, содержащих синусный (А) и косинусный (В) каналы, а также канал R для референтной метки начала оборота, порядок чередования импульсов позволяет определить направление вращения, подсчет импульсов в счетчиках – расстояние, а определение числа импульсов за единицу времени – скорость. Диаграммы сигналов TTL и аналоговых сигналов sin/cos уровня напряжения 1 Vpp показаны на рисунках 6.7 и 6.8, соответственно.
Рисунок 6.7 – Диаграммы сигналов TTL инкрементального датчика
Рисунок 6.8 – Диаграммы сигналов sin/cos уровня напряжения 1 Vpp инкрементального датчика
В кодовых датчиках информация о положении создается с помощью N дорожек, каждая из которых отображает 1 бит информации (рис. 6.9).
Рисунок 6.9 – Принцип создания кода положения в абсолютном датчике
Разрешение N зависит от конструкции датчика. Однооборотные датчики последовательного интерфейса SSI имеют разрешение 12 бит (4096 дискрет на оборот), а многооборотные – 24 бита (4096 дискрет x 4096 оборотов). Такое же разрешение имеют датчики с интерфейсом PROFIBUS-DP. У датчиков с кодером интерфейса по данным (EnDat) разрешение на 1 оборот в 2 раза больше – 8192 дискрет, количество оборотов – 4096.
Следует учесть, что инкрементальные и кодовые датчики являются оптоэлектрическими приборами и питаются напряжением постоянного тока.
Резольверы в отличие от энкодеров представляют собой электрическую машину, которая питается от специального источника синусоидального напряжения.
Резольвер – это синусно-косинусный вращающийся трансформатор (СКВТ) с четырьмя обмотками – двумя на статоре и двумя на роторе (обмотки: возбуждения, квадратурная, синусная и косинусная). Величина поворота вала двигателя определяется по сдвигу синусной и косинусной составляющих напряжения.
Резольвер генерирует последовательность синусоидальных и косинусоидальных волновых импульсов аналогового напряжения, которые определяют абсолютное положение вала в пределах одного оборота. Эти аналоговые напряжения обычно преобразуются в цифровые сигналы интерфейсной платой резольвера.
Резольверы отличаются от энкодеров не только техническим исполнением, но и монтажом. У энкодеров система электронного управления, как правило, встроена в корпус, что минимизирует работы по подключению, но ограничивает диапазон рабочих температур. Напротив, при создании системы управления с резольвером, источник питания резольвера и интерфейсная плата находятся вне зоны рабочих температур. Это позволяет эксплуатировать резольвер в среде с повышенной температурой (до 100°С).
Практически все современные приводы главного движения (переменного и постоянного тока) допускают использование энкодеров в линии обратной связи и лишь для небольшой части из них необходимо применять резольверы.
В приводах подачи с прямолинейно движущимися рабочими органами для регистрации положения применяются, главным образом, линейные измерительные системы.
На станках с ЧПУ применяются закрытые (защищенные от загрязнений) измерительные системы. Закрытые датчики линейных перемещений поставляются в двух исполнениях:
с крупным профилем корпуса (измеряемая длина до 30 м);
с мелким профилем корпуса (измеряемая длина до 1240 мм).
В корпусе закреплена стеклокерамическая шкала, на которой нанесены тонким слоем хрома деления (технология DIADUR), причем точность делений лежит в пределах микрометров.
На рисунке 6.10 показано устройство датчика линейных перемещений.
Рисунок 6.10 – Устройство датчика линейных перемещений фирмы HEIDENHEIN