Optymalne rozwiązanie. Układ napędowy Sinamics V90

Podstawowy system serwo występuje w dwóch wariantach: trójfazowym 400 V z silnikami synchronicznymi serwo SIMOTICS S-1FL6 o wysokim momencie bezwładności (High Inertia/HI) oraz jednofazowym 230 V z silnikami o niskim momencie bezwładności (Low Inertia/LI). Silniki są dostępne w siedmiu wielkościach mechanicznych, a zakres mocy wynosi 0,05–7 kW (0,16–33,4 Nm). Duży wybór komponentów umożliwia optymalne dopasowanie układu napędowego do potrzeb aplikacji, w szczególności tych wymagających dużej dynamiki i precyzji pozycjonowania lub dokładnej regulacji prędkości i momentu obrotowego.

Duża dynamika i płynna praca

Moment bezwładności silnika SIMOTICS S-1FL6 Low Inertia (LI) jest 6–14-krotnie niższy niż w przypadku silników o podobnej mocy znamionowej w wersji High Inertia. Oznacza to o wiele lepsze właściwości dynamiczne (skrócenie czasu przyspieszania i hamowania), a tym samym obniżenie czasów cykli maszyny, w której są zainstalowane. Silniki te są bardzo kompaktowe (najmniejszy ma zaledwie 86 mm długości), dzięki czemu idealnie sprawdzają się w niewielkich maszynach. Silniki o niskim momencie bezwładności są przeznaczone do aplikacji typu montaż powierzchniowy PCB, plotery, maszyny drukarskie, maszyny pakujące oraz niewielkie przenośniki. Z kolei silniki o wysokim momencie bezwładności SIMOTICS S-1FL6 High Inertia (HI) są przeznaczone do aplikacji, w których wymagany jest wysoki moment obrotowy na wale – nawet do 33,4 Nm. Charakteryzują się niskimi tętnieniami prędkości obrotowej oraz dużą dokładnością momentu. SIMOTICS S-1FL6 HI mogą być stosowane w aplikacjach typu nawijaki, maszyny formowania metalu, drukarki sitodrukowe, nawijaki/odwijaki i systemy wysokiego składowania.

Proste uruchomienie i integracja

Podstawowe aplikacje wymagające napędów serwo mogą być szybko i bardzo łatwo implementowane. Ekspresowe uruchomienie napędu jest możliwe dzięki prostemu w obsłudze, bezpłatnemu programowi narzędziowemu SINAMICS V-Assistant (dostępny na stronie www.siemens.com/sinamics-v-assistant). Po zainstalowaniu programu na komputerze intuicyjne maski graficzne szybko przeprowadzą użytkownika przez proces uruchomienia. V-Assistant umożliwia swobodny dostęp do poszczególnych parametrów, sprawdzenie statusów napędu oraz rejestrację zmiennych w formie przebiegów czasowych (w celach diagnostycznych). Komputer jest łączony z napędem za pomocą standardowego przewodu ze złączem miniUSB. Alternatywnie napęd V90 może być bezpośrednio i niezależnie parametryzowany oraz uruchamiany z panelu obsługi 
Basic Operator Panel/BOP, zabudowanego bezpośrednio w urządzeniu. SINAMICS V90 jest zintegrowany w środowisku TIA Portal V14.

Pomimo bardzo kompaktowych wymiarów, w obudowie V90 wygospodarowano miejsce na gniazdo kart pamięci SD, co sprawia, że kopiowanie i przenoszenie parametrów między urządzeniami staje się bardzo łatwe. Zastosowanie kart pamięci upraszcza proces tworzenia kopii zapasowych lub uruchamiania wielu identycznych maszyn przy seryjnej produkcji.

Napęd SINAMICS V90 idealnie nadaje się do pracy z podstawowym sterownikiem S7-1200, klasycznym SIMATIC S7-1500 oraz nowym sterownikiem technologicznym SIMATIC S7-1500 T-CPU. Kontrola napędu serwo z pozycji sterownika SIMATIC jest intuicyjna, a konfiguracja poszczególnych osi napędowych odbywa się za pomocą obiektów technologicznych (Technology Object – TO). Podczas programowania wykorzystywane są gotowe bloki funkcyjne dostępne w bibliotece PLCopen, co znacznie upraszcza proces uruchomienia aplikacji.

System kablowy Motion-Connect MC300 zawiera konfekcjonowane przewody zasilające, enkoderowe oraz opcjonalny przewód do sterowania hamulcem. Takie rozwiązanie zapewnia dużą swobodę łączenia silnika z przekształtnikiem. Obrotowe złącza umożliwiają precyzyjne dopasowanie przewodów do konkretnej maszyny lub linii produkcyjnej. Przewody enkodera oraz hamulca wyposażone są w szybkozłącza, które znacznie przyspieszają montaż.

Optymalna wydajność serwo

SINAMICS V90 jest wyposażony w funkcję autotuning działającą w czasie rzeczywistym, którą można wykorzystać podczas dostrajania parametrów regulatora w procesie uruchomienia, ale również w trakcie normalnej pracy, gdy parametry obciążenia ulegną zmianie. Alternatywnie dostrajanie parametrów regulatora SINAMICS V90 jest możliwe za pomocą funkcji zwanej „autotuning jednym przyciskiem”. Optymalizacja parametrów zamkniętej pętli regulacji jest aktywowana przez zdefiniowany wcześniej w napędzie sygnał. Po aktywacji funkcji napęd automatycznie analizuje, w jaki sposób zachowuje się napędzana maszyna i na tej podstawie dobiera odpowiednie współczynniki zamkniętej pętli regulacji. Funkcja ta ułatwia optymalizację układu regulacji zgodnie z potrzebami konkretnej maszyny.

Silniki SIMOTICS S-1FL6 mogą być wyposażone w 13-bitowe inkrementalne układy pomiarowe lub absolutne 20-bitowe enkodery (20 bitów na obrót i 12 bitów na zliczanie obrotów), dzięki czemu dopasowanie do aplikacji optymalnego układu pomiarowego nie stanowi problemu.

Ekonomiczne rozwiązanie

Standardowo SINAMICS V90 jest wyposażony w szereg trybów sterowania. Oprócz pozycjonowania z wykorzystaniem sterownika i trybów regulacji prędkości lub momentu obrotowego dostępna jest także funkcja wewnętrznego pozycjonowania (EPOS). Umożliwia ona zdefiniowanie bezpośrednio w napędzie tabeli przejazdów, zawierającej informacje o pozycji wraz z wymaganymi prędkościami i przyspieszeniami. Procedura bazowania osi napędowej jest również zdefiniowana wewnętrznie, po wyborze trybu EPOS. W trybie wewnętrznego pozycjonowania napęd niezależnie przeprowadza wymagane obliczenia, dzięki czemu nadrzędny sterownik nie musi być dodatkowo obciążany procesem regulacji pozycji. Wyzwalanie konkretnej pozycji z tabeli przejazdów jest możliwe przy wykorzystaniu wejścia cyfrowego, interfejsu Modbus RTU/USS 
lub Profinet. Wymienione funkcje znacząco ograniczają koszty całego systemu oraz czynią konfigurację bardziej elastyczną. Oprócz typowego sterowania w zamkniętej pętli napęd umożliwia szybkie przełączanie między poszczególnymi trybami regulacji pozycji, prędkości lub momentu. Ta funkcjonalność często jest wykorzystywana w maszynach pakujących i nie wymaga dodatkowych kosztów. Praca cykliczna z wieloma sekwencjami start-stop jest typowa dla aplikacji wykorzystujących napędy serwo. Częste hamowanie wiąże się z koniecznością zamiany energii kinetycznej na ciepło emitowane przez rezystory hamowania. SINAMICS V90 ma zintegrowany rezystor hamowania, co eliminuje konieczność stosowania dodatkowych elementów i tym samym obniża koszty. W aplikacjach, które wymagają rozpraszania dużej ilości energii, możliwe jest podłączenie do napędu dodatkowego zewnętrznego rezystora.

Bezpieczeństwo bez dodatkowych kosztów

Wszystkie silniki SIMOTICS S-1FL6 mają stopień ochrony IP65, dzięki czemu z powodzeniem mogą być stosowane w trudnych warunkach środowiskowych. Wysoki stopień ochrony dotyczy również złącz kablowych oraz trzpienia wału z dodatkowym uszczelniaczem. Funkcja bezpieczeństwa Safe Torque Off (STO) jest zintegrowana w napędzie. STO kontroluje, czy na wale silnika nie jest wytwarzany moment obrotowy. Funkcja nie wymaga dodatkowych zewnętrznych komponentów – gwarantuje tym samym, że napęd będzie w sposób bezpieczny wyłączony szybciej niż przy zastosowaniu tradycyjnych wyłączników elektromechanicznych. Funkcja bezpieczeństwa jest zgodna z Safety Integrity Level 2 (SIL 2), zgodnie z wymaganiami normy IEC 61508.

Niezawodny, wydajny i prosty w obsłudze

Dzięki nowej gamie napędów firma Siemens znacząco rozszerzyła zakres aplikacji, których wymagania można spełnić, stosując rodzinę urządzeń SINAMICS. Nowy system napędowy SINAMICS V90 tworzy idealny duet ze sterownikami S7-1200, S7-1500, S7-1500 T-CPU, co sprawia, że producenci maszyn mogą szybko i wygodnie wdrażać aplikacje serwo, optymalizując jednocześnie koszty. 

SIEMENS Sp. z o.o.
ul. Żupnicza 11, 03-821 Warszawa
tel. 22 870 82 00
fax 22 870 91 77
www.siemens.pl/napedy

źródło: Automatyka 12/2016