Решение SEW-EURODRIVE для стандартных задач привода - технологические модули.

Ведущий инженер ЗАО "СЕВ-ЕВРОДРАЙФ" А.Г. Доррер

1. Введение
Настоящая статья продолжает серию публикаций о продукции фирмы SEW-EURODRIVE.
В предыдущих номерах были рассмотрены мотор-редукторы и преобразователи частоты различных серий.
В этой статье будет дано описание решений для стандартных задач электропривода - технологических модулей для приводных преобразователей MOVIDRIVE.

2. Приводные преобразователи MOVIDRIVE
Приводные преобразователи серии MOVIDRIVE обеспечивают высокое качество регулирования и превосходную динамику для приводов переменного тока в диапазоне мощностей двигателя от 0,55 до 132 кВт. MOVIDRIVE может управлять как асинхронными двигателями с датчиками обратной связи или без них, так и синхронными серводвигателями. Благодаря унификации силовой части и программного обеспечения, разработчик оборудования и пользователь работают с одним набором параметров и одним интерфейсом независимо от типа двигателя.
Тип датчика обратной связи (резольвер, импульсный датчик, различные датчики абсолютного отсчета) определяется установленной дополнительной платой.
По каталогам можно заказать широкий спектр дополнительного оборудования - сетевые интерфейсы, фильтры, дроссели, тормозные резисторы и т.д.
Бесплатно поставляется программа MOVITOOLS для настройки приводов . В ее состав входят утилиты для ввода в эксплуатацию и параметрирования (SHELL), осциллографирования переходных процессов привода (SCOPE) и ряд других.

Рис.1 Семейство преобразователей MOVIDRIVE

3. Система управления позиционированием и циклом работы IPOS
Приводные преобразователи MOVIDRIVE в стандартном исполнении уже оснащены встроенной системой управления позиционированием и циклом работы, сокращенно IPOS (Integrated POsitioning System).
IPOS, образно говоря, является программируемым логическим контроллером (ПЛК), встроенным в преобразователь. С помощью IPOS разработчик установки может создать привод с необходимым именно ему уникальным алгоритмом работы.
Преимуществом такой структуры является перенос задачи управления движением на уровень преобразователя. Сокращается объем данных, передаваемых между контроллером и приводом. В итоге уменьшается времени реакции системы и вследствие этого улучшается качество регулирования.
Также существенно снижаются требования к быстродействию и вычислительной мощности системы управления верхнего уровня. Для некоторых типов установок можно полностью отказаться от применения контроллера.

Большинство команд IPOS соответствуют стандартному набору для ПЛК. В дополнение к стандартным, IPOS имеет функции, необходимые для управления приводом. К ним относятся: доступ ко всем параметрам преобразователя и его дополнительных устройств, команды выхода в нулевую (реперную) точку, различные команды позиционирования.
Программы IPOS создаются и отлаживаются пользователем с помощью персонального компьютера. После загрузки программа сохраняется в энергонезависимой памяти преобразователя.
Для создания программ используется бесплатно поставляемое программное обеспечение MOVITOOLS. В его состав входят две программы для создания программ IPOS: Ассемблер (Assembler) и Компилятор (Compiler). Ассемблер оперирует непосредственно с командами процессора. С его помощью даже начинающий программист может легко решить несложные приводные задачи. Например, позиционирование по 3 - 4 точкам с выбором координаты, переключение режимов работы через двоичные входы и т.п.. Примеры таких программ даны в переведенном на русский язык руководстве по системе IPOS. Его можно загрузить из Интернета с адреса http://www.sew-eurodrive.de/englisch/pdf/09191755.pdf
Компилятор требует знания языка программирования C. Программа, созданная с помощью Компилятора, может содержать различные типы переменных. Компилятор позволяет легко и наглядно программировать циклы, многоуровневые подпрограммы и другие сложные алгоритмы. С помощью Компилятора можно решить такие сложные задачи, как, например, позиционирование привода с заданием координаты, маршевой скорости и ускорения через сетевой интерфейс. При этом в программу легко встраиваются дополнительные режимы: ручной подачи, поиска нулевой точки, а также обработка сигналов аппаратных и программных концевых выключателей и т.д.

4. Технологические модули - готовые решения для типовых задач привода
Основываясь на успешном многолетнем опыте применения системы IPOS, инженеры SEW-EURODRIVE создали готовые программы (технологические модули) для различных типовых задач привода:
• Позиционирование для механизмов с линейным перемещением
• «Летучая пила»
• Позиционирование поворотных механизмов
• Мерная подача бесконечного материала
• «Электронный кулачок» (Electronic Cam)
• «Внутренняя синхронизация» (I-Sync)
• Намотка/размотка с постоянным натяжением

Технологические модули могут загружаться только в преобразователи MOVIDRIVE так называемой «технологической версии». В обозначении преобразователя должна быть аббревиатура ....-0Т, например, MOVIDRIVE в технологической версии для двигателя 1,5 кВт: MDX61B 0015-5A3-4-0T.

4.1 Преимущества при использовании технологических модулей
Основное преимущество использования технологических модулей - пользователю не требуются навыки программирования. Программа уже создана и отлажена разработчиками. Для любой из задач можно выбрать управление приводом через двоичные сигналы или по интерфейсу промышленной шины.
Во все технологические модули заложены несколько режимов работы (автоматический, ручной подачи, обучения и т.п.). Наличие дополнительных режимов позволяет вводить в оборудование новые функции без затрат на программирование или аппаратную часть.
При вводе в эксплуатацию требуется знать только параметры механизма - диаметры, передаточные числа, координаты точек, скорости, ускорения и т.п. Программное обеспечение MOVITOOLS в диалоговом режиме просит ввести необходимые данные. Для удобства пользователя программа снабжена системой помощи с иллюстрациями для каждого из запрашиваемых значений.

После ввода параметров механизма MOVITOOLS генерирует программу на Ассемблере с учетом всех данных, указанных пользователем. Исполняемая программа загружается в преобразователь MOVIDRIVE и, по желанию пользователя, MOVITOOLS запускает программу-монитор. Монитор (в зависимости от типа аппликационного модуля) показывает режим работы привода, координату, скорость, состояние входов/выходов, а при управлении от интерфейса промышленной шины расшифровывает данные обмена с контроллером.
С помощью программы-осциллографа SCOPE можно наглядно увидеть переходные процессы в приводе, оценить влияние введенных параметров на поведение системы, а затем сохранить информацию в файле.
После ввода в эксплуатацию всегда можно подключиться к работающему преобразователю, с помощью программы-монитора провести диагностику самого преобразователя и аппликационного модуля, а при необходимости вернуться к вводу в эксплуатацию. Все введенные параметры можно сохранить на компьютере в виде файла для загрузки в привод или последующей модификации.

Объем данной статьи позволяет описать только часть технологических модулей.
Для тех, кто проектирует оборудование c пошаговой подачей материала на заданную длину, рекомендуем ознакомиться с описанием на русском языке «Модульное позиционирование» по адресу
http://www.sew-eurodrive.de/englisch/pdf/11221755.pdf
Описание модуля «Летучая пила» на русском языке находится по адресу
http://www.sew-eurodrive.de/englisch/pdf/11227753.pdf

4.2 «Электронный кулачок» (Electronic Cam)

 Рис.2 Пример диалогового окна программы «Электронный кулачок»

По аналогии с механическим кулачком его электронный аналог определяет закон движения ведомого привода в зависимости от координаты ведущего. Такое решение позволяет отказаться от жестких механических связей, избавиться от их износа, что повышает качество регулирования и быстродействие привода. А это, в свою очередь, ведет к повышению производительности оборудования.
В памяти MOVIDRIVE хранится 6 различных кривых, описывающих профиль движения. Выбор кривой производится одной командой. Благодаря этому переналадка оборудования занимает гораздо меньше времени по сравнению с механической системой.

4.3 «Внутренняя синхронизация» (I-Sync) позволяет двум приводам, не связанным механически, двигаться синхронно или в заданном соотношении скоростей (электронный редуктор).
I-Sync имеет ряд преимуществ по сравнению с традиционным решением, базирующемся на аппаратном уровне (внешний контроллер или дополнительная плата синхронизации). Во-первых, не требуются аппаратные средства. Во-вторых, каждый из приводов может быть переведен в автономный режим не только с контролем скорости, но и с контролем позиции. В-третьих, возможен вход в синхронный режим не только по равенству пройденного пути, но и по равенству скоростей ведущего и ведомого приводов.

Рис.3 Пример применения. Перемоточное устройство в металлообработке

4.4. Технологический модуль "Управление приводом намоточно-размоточных устройств"
Данный модуль предназначен для применения в установках для намотки или размотки рулонного материала. Его описание на русском языке можно загрузить из Интернета с адреса
http://www.sew-eurodrive.de/englisch/pdf/10510850.pdf
Модуль "Управление приводом намоточно-размоточных устройств" подходит для применения на предприятиях по обработке следующих материалов: бумага, картон, пластмасса, текстиль, листовой металл.

"Управление приводом намоточно-размоточных устройств" отличается всеми преимуществами, характерными для технологических модулей SEW-EURODRIVE:
• Удобный пользовательский интерфейс.
• Ввод только тех параметров, которые необходимы для управления приводом намоточно-размоточных устройств (передаточные отношения, диаметры, сила натяжения).
• Диалоговый режим редактирования параметров вместо трудоемкого программирования.
• Режим мониторинга для наглядной диагностики.
• Отсутствие необходимости в навыках программирования.
• Быстрое освоение системы.

Рис.4 Диалоговое окно ввода параметров механизма

Модуль "Управление приводом намоточно-размоточных устройств" обладает следующими функциональными возможностями:
Расчет диаметра рулона. Для реализации этой функции необходимо, чтобы на валике протяжки был установлен либо импульсный датчик ведущего управляющего сигнала, либо привод MOVIDRIVE® с обратной связью по частоте вращения.
Выбор характеристики намотки. Многие материалы с увеличением диаметра рулона требуют снижения растягивающего напряжения. Удобный редактор позволяет задавать характеристику намотки в соответствии с конкретными требованиями. Для этого предусмотрено два варианта задания параметров: по таблице или с помощью гиперболической функции.
Определение коэффициентов трения. Зависящие от частоты вращения коэффициенты трения механических узлов и редуктора определяются при прогоне привода в режиме обучения. Эти коэффициенты необходимы для точного расчета силы натяжения.
Расчет силы натяжения. Максимально точное задание силы натяжения - необходимое условие исправной работы намоточно - размоточного устройства.
При расчете уставки силы натяжения учитываются следующие параметры:
- диаметр рулона;
- характеристика намотки;
- коэффициенты трения механических узлов.
Различные функции диагностики. Во время работы программа-монитор выводит на индикацию все основные данные, например текущее значения диаметра, скорость подачи полотна, значения силы натяжения и длины материала.

Простое подключение к устройству управления высшего уровня (ПЛК) Схема и временные диаграммы сигналов приведены в руководстве по технологическому модулю. Пользователю нужно подключить лишь те входы/выходы преобразователя, которые необходимы для выбранных режимов работы.

Модуль может работать в следующих режимах:
• Старт-стопный режим для заправки материала и обслуживания механизма
• Режим обучения, определение параметров трения
В этом режиме привод автоматически определяет коэффициенты трения редуктора и механических узлов в зависимости от частоты вращения. Эти коэффициенты трения необходимы для точного расчета силы натяжения.
• Автоматический режим, постоянный вращающий момент
Независимо от диаметра рулона величина вращающего момента остается постоянной. Поэтому натяжение полотна уменьшается обратно пропорционально диаметру рулона. В данном режиме работы функция характеристики намотки не активна.
• Автоматический режим, постоянное натяжение полотна
Уставка вращающего момента зависит от диаметра рулона, коэффициентов трения и характеристики намотки. Благодаря этому натяжение полотна, т. е. растягивающее напряжение в материале, остается постоянным. В данном режиме работы функция характеристики намотки активна.

Рис.5 Окно мониторинга модуля «Табличное позиционирование»

5. Выводы
Применение преобразователей MOVIDRIVE с технологическими модулями и функциями помогает решать типовые задачи привода с максимальным эффектом.
• Используется проверенное техническое решение от компании с мировым именем
• На стадии проектирования экономится время благодаря сокращению затрат на разработку электрических схем и отсутствию программирования.
• Сокращается время ввода в эксплуатацию благодаря диалоговому режиму, мониторингу и системе помощи в программе MOVITOOLS. Программа-осциллограф SCOPE делает результаты настройки максимально наглядными.
• Быстрое устранение проблем при эксплуатации, т.к. преобразователь MOVIDRIVE распознает несколько десятков неисправностей, связанных как с аппаратной частью, так и с управлением от ПЛК.
• К услугам разработчика и пользователя техническая поддержка, гарантийное и сервисное обслуживание как в России, так и по всему миру