AKADEMIA GÓRNICZO-HUTNICZA W KRAKOWIE SERWOMECHANIZM DZIAŁAJĄCY W UKŁADZIE REGULACJI AUTOMATYCZNEJ

Transkrypt

1 AKADEMIA GÓRNICZO-HUTNICZA W KRAKOWIE Kaedra Auomayki Napędu i Urządzeń Przemysłowych SERWOMECHANIZM DZIAŁAJĄCY W UKŁADZIE REGULACJI AUTOMATYCZNEJ Wsęp eoreyczny 1 Serwomechanizmy jako układy regulacji Serwomechanizmem nazywamy układ regulacji auomaycznej ze wzmocnieniem mocy, służący do precyzyjnego serowania położeniem obieku (np. klapą, zaworem, aneną, lufą czołgu, serem saku). Serwomechanizmy znajdują więc częse zasosowanie w nowoczesnych maszynach echnologicznych, precyzyjnych obrabiarkach, układach regulacji emperaury czy eż różnego rodzaju insalacjach odpylania, nawiewu hal przemysłowych ip. Serwonapęd (serwomoor) sanowiący inegralną część serwomechanizmu, o urządzenie wykonawcze najczęściej odpowiednio dobrany silnik elekryczny, przewarzający sygnał serujący małej mocy na przesunięcie liniowe lub kąowe o dużej sile lub momencie siły. W obecnie produkowanych urządzeniach sosuje się niemal wyłącznie układy serwomechanizmów cyfrowych ze serowaniem mikroprocesorowym, umożliwiające realizowanie przemieszczeń z dokładnością rzędu mikromerów. W niniejszym opracowaniu przedsawiono na wsępie podsawowe, hisoryczne problemy związane z budową, serowaniem i analizą serwonapędów w oparciu o układ serwomechanizmu przekaźnikowego z silnikiem szeregowym prądu przemiennego. W dalszej części opisano wysokiej klasy układ serwomechanizmu z silnikiem bezszczokowym ze serowaniem mikroprocesorowym oraz omówiono związaną z nim nową klasę problemów pojawiających się w czasie monażu układu, w fazie jego konfiguracji oraz w okresie późniejszej eksploaacji. Celem opracowania jes porównanie obu serwonapędów, przeanalizowanie ich wad i zale oraz zapoznanie czyelnika ze współczesnymi endencjami w rozwoju serowania ego ypu układami auomayki. 1

2 2 Serwomechanizm liniowy Podsawowa konsrukcja układu regulacji drogi kąowej lub liniowej zawiera; zadajnik, sumaor, regulaor, wzmacniacz mocy (zasilacz), serwomoor (elemen wykonawczy) obiek ( ramię manipulaora - dla ruchu obroowego lub sół monażowy dla ruchu posuwisego) oraz czujnik ( wraz z przewornikiem) pomiarowy. Konsrukcja układu regulacji drogi w ruchu posuwisym pokazana jes na rysunku 1. R S T R we1 R we2 R s U ser α U sα I R s Ψ e ω() α() -15 [V] h z U z Poencjomer zadający Regulaor proporcjonalny Rysunek 1 - układ regulacji drogi w ruchu posuwisym Przekszałnik yrysorowy nawrony Silnik obcowzbudny Sół szlifierski W układzie ym zasosowano; silnik obcowzbudny prądu sałego jako serwomoor, nawrony przekszałnik yrysorowy jako wzmacniacz mocy, zaś regulaor drogi ypu proporcjonalnego oraz sumaor zrealizowano jednoukładowo na bazie wzmacniacza operacyjnego. Równania reprezenujące własności sayczne oraz dynamiczne kolejnych elemenów serwomechanizmu; Silnik (przyjmuje się, że indukcyjność w obwodzie wornika jes do pominięcia L=); d ω( ) Usα () = Ψe ω() + I() Rs, J = Me(), Me() = Ψe I(), α() = ω()d, d α( s) 1 1 Rs G(s) = =, B = J 2 Usα( s) Ψe s ( B s + 1) Ψe Wzmacniacz mocy (przekszałnik yrysorowy oraz ransformaor przekszałnikowy); Usα() = Kp User() h a U a Przekładnia ; ha() [m] = R[m] α()[rd], ha( s) Tor główny ; Go(s) = = Kr Kp U ( s) 1 1 Ψe s ( B s + 1) R = kvo s ( B s +1) 1 przy czym; kvo = Kr Kp R, Ψe V Uzaś[ V ] Tor sprzężenia od drogi ; Ua() = Kpo ha(), przy czym; Kpo = m lpo[ m] Transmiancja zasępcza dla powyższego serwomechanizmu; Kz G(s) =, 2 2 Tn s + 2 ξ Tn s + 1 2

3 reprezenuje własności oscylacyjne procesu regulacji. Przykładowy przebieg pokazano na rysunku 2. χ y A 1 y usal Rysunek 2 - przebieg odpowiedzi skokowej układu serwomechanizmu bez korekcji 1 Jedynym paramerem umożliwiającym korekę jakości procesu regulacji jes łączne wzmocnienie oru owarego; wzmocnienie regulaora i wzmacniacza mocy: Kv lub sprzężenia zwronego: Kpo. Zaem nie isnieje możliwość jednoczesnego i niezależnego wpływania na przeregulowanie χ oraz chwilę czasową wysąpienia pierwszego maksimum 1. Możliwość ę daje koreka powyższego układu poprzez wprowadzenie dodakowego sprzężenia od prędkości wału silnika (sprzężenie achomeryczne). Orzymuje się schema blokowy pokazany na poniższym rysunku 3. U z U U ser 1 1 ω 1 α h a K R K P ψe B R s+1 s k ω k U a K po Rysunek 3 - serwomechanizm ze sprzężeniem achomerycznym Analizując powyższy schema można określić, że jes o sprzężenie od pochodnej wielkości regulowanej. Możliwe do orzymania przebiegi odpowiedzi skokowych (w układzie z korekcją), pokazano na rysunkach 4 i 5. y χ 2 y usal Rysunek 4 - rodzina przebiegów o ej samej warości czasu 1 1 3

4 χ y y usal 1 2 Rysunek 5 - rodzina przebiegów o ym samym przeregulowaniu χ Wspólną cechą obu rozwiązań jes oscylacyjny charaker przebiegu procesu regulacji. ωn ξ e 2 1 ξ 2 h () = A Kz 1 sin( ωn 1 ξ + ϕ przy czym; ϕ = arc g 2 1 ξ ξ W obu przypadkach realizacji serwomechanizmu waro zwrócić uwagę na fak, że: 1. inensywność serowania obiekem (silnikiem) maleje wraz ze zmierzaniem do sanu usalonego, przebiegi regulacji są ypu oscylacyjnego (w efekcie ego isnieją powarzające się odcinki czasu, w kórych serowanie osiąga małe a wręcz zerowe warości ). 3 Serwomechanizm nieliniowy z regulaorem o charakerysyce przekaźnikowej Idea serwomechanizmu przekaźnikowego sanowi dość nauralne rozwinięcie idei serwomechanizmu liniowego. Konieczność odwarzania wymuszeń ypu skokowego w możliwie krókim czasie, przy jednoczesnym obciążeniu zewnęrznym momenem mechanicznym, wymaga wprowadzenia znacznych warości wzmocnienia prędkościowego Kv. Przy ograniczeniach wzmocnień regulaorów liniowych, regulaor o charakerysyce przekaźnikowej jes elemenem zapewniającym duże wzmocnienie, szczególnie dla małych warości sygnału błędu regulacji. Analiza własności serwomechanizmu przekaźnikowego doyczy określenia przede wszyskim jego sabilności lub niesabilności. Ponado isonym problemem jes sposób dochodzenia do warości zadanej. W wielu przypadkach mogą pojawić się oscylacje o ograniczonej, lecz sałej ampliudzie - cykl graniczny. Powyższy problem można rozważać dwoma meodami. 1 meodą linearyzacji harmonicznej, w kórej własność elemenu nieliniowego (regulaor przekaźnikowy) jes reprezenowana poprzez funkcję opisującą. Jakość układu regulacji określa się w dziedzinie częsoliwościowej. W przypadku swierdzenia wysąpienia cyklu granicznego, meoda a pozwala oszacować pulsację oraz ampliudę drgań usalonych. 2 meodą płaszczyzny fazowej, w kórej jakość procesu określa się na podsawie kszału rajekorii fazowych wykreślonych na płaszczyźnie; x2 = f(x1) czyli prędkość = f (droga). Podsawą ej meody jes więc przedsawienie własności serwomechanizmu przy danej charakerysyce regulaora przekaźnikowego - w dziedzinie czasu wychodząc bezpośrednio z równań różniczkowych dla części elekromechanicznej (silnik wraz z manipulaorem). 3.1 Analiza jakości serwomechanizmu meodą płaszczyzny fazowej Dla wygody zapisu maemaycznego przyjmuje się współrzędne fazowe (zmienne sanu); x1() = ε() = hzad ha(), x2() = dx1()/d. Takie przyjęcie współrzędnych oznacza usalenie linii przełączeń przekaźnika a zarazem osiągnięcie sanu zadanego - przy x1= zn. pokrywającej się z osią x2. 4

5 Zgodnie z wcześniej przyoczonym opisem własności dynamicznych elemenów wykonawczych serwomooru równania sanu (różniczkowe) przyjmują posać; dx1()/d = x2(), dx2()/d = [-x2() Kv U], przy czym U = M sign(-x1), zn U = +M dla x1<, U = -M dla x1>. dx2( ) x2( ) ± Kv Równanie pojedynczej rajekorii fazowej można więc zapisać; = -, dx1( ) B x2( ) po rozdzieleniu zmiennych i scałkowaniu orzymuje się; x1() - x 1 = - B(x2() x 2 ± B Kv ln ( x 2 ± Kv) /( x 2 ± Kv), [x przy czym x 1 i x 2 oznaczają współrzędne warunków począkowych, zaś znaki ± odpowiadają znakowi sygnału U. Rodzinę rajekorii fazowych, rajekorię dla wybranych warunków począkowych pokazuje poniższy rysunek 6. b) a) x 1 u=+1 =+1 k V =+1 =-1 x 1 u=-1 k V -k V x 2 x x 2 -k V Rysunek 6 - rajekorie fazowe serwomechanizmu nieliniowego z ograniczeniem prędkości Analiza rodziny rajekorii fazowych oraz przebiegu zmiennej x2() wyjaśnia dość powszechne określenie; regulacja z ograniczeniem prędkości. W prakyce możliwa jes modyfikacja układu regulacji poprzez wprowadzenie lokalnej pęli regulacji prądu. W ej konsrukcji sygnał serujący pochodzący z przekaźnikowego regulaora położenia jes sygnałem zadającym dla regulaora prądu. W konsekwencji sygnał wyjściowy z regulaora prądu jes sygnałem serującym przekszałnikiem yrysorowym. W ym przypadku równania sanu przyjmą posać; dx1()/d = x2, dx2()/d = - Ka U. Ka U Równanie pojedynczej rajekorii fazowej można zapisać; dx2()/dx1() = -. x2 Po rozdzieleniu zmiennych i scałkowaniu orzymuje się; x1 - x 1 = ± [x (x 2 ) 2 /(2*Ka)]. Trajekorie są parabolami. W ym przypadku sosuje się określenie; regulacja z ograniczeniem przyspieszenia. Rodzinę rajekorii fazowych, oraz rajekorię dla wybranych warunków począkowych pokazuje poniższy rysunek 7. 5

6 b) a) x 1 u=+1 =+1 =+1 x 1 u=-1 =-1 x 2 x x 2 Rysunek 7 - rajekorie fazowe serwomechanizmu nieliniowego z ograniczeniem przyspieszenia W obu powyższych przypadkach porrey fazowe układu regulacji wykazują znaczną niedoskonałość procesu regulacji. Serowanie przekaźnikowe uzależnione ylko od jednej zmiennej w ym przypadku od x1 powoduje powsanie długorwałych oscylacji przy dochodzeniu do sanu usalonego lub eż powsają usalone oscylacje wokół warości zadanej; układ jes na granicy sabilności. 3.2 Korekcja działania serwomechanizmu przekaźnikowego Sprzężenie achomeryczne Podobnie jak w przypadku liniowym ak i w regulacji przekaźnikowej radykalną zmianę jakości układu regulacji uzyskuje się przez wprowadzenie dodakowego sprzężenia od prędkości (pochodnej z wykonywanej drogi liniowej bądź kąowej). Tym razem sygnał dochodzący ze srony obieku do przekaźnika ma posać: x1 + K*x2. Wobec ego serowanie U jes określone zależnością: U = M * sign[x1()+k*x2()]. Na płaszczyźnie fazowej pojawia się linia przełączeń określona zależnością: x2 = - x1/k (poprzednio x1 = ) rysunek 8. Rysunek 8 - rodzina rajekorii dla sprzężenia achomerycznego Ta modyfikacja układu pozwala na wyraźne zmniejszenie ilości isonych oscylacji oraz ich ampliudy w rakcie dochodzenia do sanu usalonego. 6

7 Regulaor od zmiennych sanu Analizując powyższe przypadki można wysnuć wniosek: osani eap regulacji hamowanie należy przeprowadzić zgodnie z rajekorią przechodzącą przez środek układu współrzędnych. Ogólnie można powiedzieć, że: najlepszy serwomechanizm serwomechanizm czasoopymalny, realizujący w najkrószym czasie zadanie przesawiania jes serwomechanizmem przekaźnikowym z nieliniowym sprzężeniem od prędkości. Poniżej na rysunku 9 podane są porrey fazowe serwomechanizmu czasoopymalnego dla obu powyżej przyoczonych realizacji. a) a) u=+1 u=-1 u=+1 u= OGRANICZENIE PRĘDKOŚCI OGRANICZENIE PRZYSPIESZENIA b) b) u=-1 u=+1 u=-1 u=+1 Rysunek 9 - rajekorie fazowe serwomechanizmu czasoopymalnego Schema blokowy algorymu regulaora czasoopymalnego dla przypadku regulacji z ograniczeniem przyspieszenia, przedsawia poniższy rysunek M x 2-1 2M -x 1 x 1-1 x 2 x 2 2 mnoż. M -M u x 1 Rysunek 1 - schema regulaora czasoopymalnego 7

8 4 Wnioski dla serwomechanizmów liniowych i nieliniowych Porównując powyższe rozwiązania echniczne oraz uzyskiwane jakości procesów regulacji można wyciągnąć wniosek, że najlepszym rozwiązaniem jes akie, kóre w minimalnym czasie doprowadza do osiągnięcia sanu usalonego. W rozwiązaniu z regulacją ciągłą zagadnienie synezy po wprowadzeniu dodakowego sprzężenia od prędkości - sprowadza się w efekcie do orzymania procesu regulacji z ograniczoną oscylacją co do inensywności jak i ilości wyraźnych oscylacji przy relaywnie krókim czasie uzyskania sanu usalonego. W rozwiązaniu przekaźnikowym, wprowadzenie dodakowego sprzężenia od prędkości daje efek podobny do powyższego. Dodakowo zrealizowanie krzywej komuacji zgodnej z podsawowa rajekorią fazową układu doprowadza do uzyskania żądanej drogi w skończonym minimalnym czasie. Isonym jes urzymanie w procesie regulacji sałego, maksymalnego serowania podanego na silnik. Taki san zapewnia pokonanie oporów ruchu w procesie regulacji. Efek en uzyskuje się w regulacji przekaźnikowej. W najprosszych konsrukcjach serwomechanizmów bez konieczności wprowadzania dodakowego sprzężenia achomerycznego spełnienie w pewnym zakresie powyższych rezulaów uzyskiwano poprzez zasosowanie regulaora przekaźnikowego; rójsanowego z hiserezami.. Charakerysykę regulaora oraz możliwy proces regulacji prezenuje poniższy rysunek 11. u ε -1 u=+m u= u=-m Rysunek 11 - charakerysyka regulaora i obraz fazowy procesu regulacji Na podsawie powyższego porreu fazowego serwomechanizmu można swierdzić, że zasosowanie srefy nieczułości i hiserez przy jednoczesnym braku dodakowego sprzężenia pozwala uzyskać proces regulacji o ograniczonej ilości oscylacji. Skukiem jednak jes niezerowa warość błędu regulacji w sanie usalonym. Serwomechanizmy o opisanej wcześniej konsrukcji sosowano w licznych układach auomayki. 8

9 5 Serwomechanizm cyfrowy ze serownikiem AXV i silnikiem bezszczokowym Serwomechanizm ze serownikiem AXV o zaawansowany echnologicznie układ reprezenujący nową koncepcję serowania układów napędowych. Jej rozwój możliwy sał się dopiero po zasosowaniu w układach auomayki mikroprocesorów i procesorów sygnałowych (DSP). Prezenowany układ auomayki o bardzo szybki serwonapęd zaliczany do grupy napędów falownikowych, kórego serownik bazuje na procesorze DSP VECON i umożliwia uzyskanie konroli układu w czasie rzeczywisym oraz jego współpracę z oprogramowaniem kompuerowym, pozwalającym na bezpośrednie zadawanie i zmianę paramerów układu oraz na bieżącą konrolę jego sanu. Zasosowany w ym serwonapędzie falownik opary na ranzysorach IGBT umożliwia bezsopniową regulację częsoliwości i ampliudy napięcia podawanego na silnik, a ym samym płynną regulację jego prędkości obroowej. Isonym elemenem w całym układzie serwomechanizmu, decydującym o jego zaawansowanych możliwościach serowania, jes układ zasilający silnik w połączeniu z mikroprocesorowym serownikiem i oprogramowaniem zainsalowanym na kompuerze PC. W sposób schemayczny omawiany serwomechanizm przedsawiono na rysunku 12, gdzie wyróżniono jego podsawowe elemeny składowe. Rysunek 12 - schema blokowy serwomechanizmu z silnikiem bezszczokowym Układ zasilający przewarza napięcie przemienne rójfazowe o sałej częsoliwości z sieci zasilającej (zewnęrznej), na napięcie sałe, a nasępnie o napięcie sałe zamienia na napięcie zmienne o regulowanej częsoliwości i ampliudzie. Umożliwia o pełną i płynną regulację prędkości silnika bezszczokowego. Elemeny składowe serwomechanizmu o zaznaczone na rysunku 12 kolejno: 1. Napięcie zasilające (zewnęrzna linia zasilająca). 2. Trójfazowy mosek prosowniczy. 3. Obwód pośredniczący zawiera kondensaory wygładzające. Napięcie sałe ma warość U DC = 2 U ZAS, gdzie: U ZAS - napięcie linii zasilającej 4. Falownik (inweror) z ranzysorami IGBT. Przewarza napięcie sałe na zmienne rójfazowe z regulowaną ampliudą i częsoliwością. 5. Konfigurowalny serownik układu serwomechanizmu. Zawiera elemeny serujące układem, podłączone sprzężenia zwrone oraz zapewnia połączenie z kompuerem PC i oprogramowaniem. 6. Napięcie wyjściowe. Napięcie zmienne o regulowanej warości w zakresie od 95% U ZAS. 7. Enkoder, układ pomiarowy prędkości i położenia wirnika w silniku. Połączony w pęlę sprzężenia zwronego dla regulacji prędkości i położenia napędu. 9

10 M. Silnik bezszczokowy, w kórym magnesy rwałe umieszczono w wirniku, zaś uzwojenia sojana zasilane są z inwerora ranzysorowego IGBT, zapewniającego zw. komuację elekroniczną, czyli odpowiednie przełączanie napięć na kolejne uzwojenia w sojanie silnika. Serwomechanizm falownikowy z bezsopniową regulacją częsoliwości (prędkości) pracuje jako układ auomaycznej regulacji, czyli posiada pęlę sprzężenia zwronego prędkościowego. Ze względu na zasosowanie serowanych elemenów półprzewodnikowych (ranzysory, yrysory), konieczne jes również połączenie pęli sprzężenia prądowego, regulującego przepływ prądu przez silnik. Ta pęla jes podrzędna w sosunku do układu regulacji prędkości. Dla zapewnienia precyzyjnego określenia położenia wału silnika, jak również dosarczenia informacji niezbędnych dla prawidłowej realizacji komuacji elekronicznej w serowniku układu, konieczne jes również zasosowanie pęli sprzężenia zwronego położeniowego. Zasosowanie zaawansowanego cyfrowego serowania napędem serwomechanizmu umożliwia uzyskanie nasępujących funkcji auomayki: Serowanie i konrola momenu obroowego. Regulacja prędkości oraz przyspieszenia napędu. Nasawianie, konrola i precyzyjne serowanie położeniem wału silnika. Możliwość uzyskania synchronicznej pracy 2 i więcej napędów na drodze połączenia elekrycznego. Ponado w serowniku wbudowane są dodakowe urządzenia i inerfejsy umożliwiające podłączanie do niego dodakowych urządzeń i sygnałów z zewnąrz: 3 wejścia analogowe różnicowe (11 biów + znak). 4 wyjścia analogowe (9 biów + znak). 8 programowalnych wejść cyfrowych. 8 programowalnych wyjść cyfrowych. 1 wyjście przekaźnika 1A 25V (napęd OK). 1 cyfrowy por rozszerzeń I/O (12 wejść + 4 wyjścia). 1 por RS 485 asynchroniczny z opoizolacją. 2 szybkie synchroniczne pory szeregowe P2P dla komunikacji między napędami. 5.1 Podsawowe paramery elekryczne serwonapędu Serownik serwomechanizmu może być zasilany z sieci rójfazowej, w zakresie napięć 2 VAC (-15%) do 46 VAC (+1%). Można również zasilić układ z sieci jednofazowej 23 VAC, w en sposób zmniejszając moc o 4%. Częsoliwość sieci zasilającej: 4-7 Hz (± 15%). W układzie laboraoryjnym zasosowano serownik firmy SIEI: AXV 6/9, zasilany z sieci rójfazowej 3x4VAC o nasępujących paramerach (abela 1): Moc znamionowa: 2,8 kw Sprawność: 96,5 % Tabela 1 - podsawowe paramery elekryczne serwonapędu Zasilanie 23 VAC Zasilanie 4 VAC Zasilanie 46 VAC Prąd zasilania długookresowy (ciągły) 5 A 5 A 5 A Prąd wyjściowy znamionowy długookresowy (ciągły) Prąd wyjściowy maksymalny (5 minuowy)

11 5.2 Złącza i inerfejsy serownika AXV obudowa zewnęrzna Rozmieszczenie wszyskich złącz na obudowie serownika AXV pokazano na rysunku 13. X4 pory szeregowe X3 X2 SWITCH 12 RS 485 (X1) złącze S2 - enkder złącze S1 - enkder złącze C2 LED-info sekcja zasilania złącze C1 Rysunek 13 - złącza i inerfejsy serownika Sekcja zasilania i hamowania Opis złącza dla przyłączenia zasilania sieciowego oraz rezysora hamującego zamieszczono w abeli 2. Tabela 2 - opis złącza zasilania zewnęrznego Konak U V W L1 L2 L3 BR- DC+ DC- BR+ Opis Faza U dla silnika Faza V dla silnika Faza W dla silnika Faza L1 zasilania Faza L2 zasilania Faza L3 zasilania Do podłączenia zewnęrznego rezysora hamującego (brake resisor) Dodani biegun obwodu prądu sałego Ujemny biegun obwodu prądu sałego Do podłączenia zewnęrznego rezysora hamującego (brake resisor) (aby użyć rezysancję wewnęrzną połącz z DC+) Na liswie łączeniowej zasilania znajdują się również końcówki łączeniowe rezysancji hamującej. Wszyskie serwonapędy SIEI są wyposażone w wewnęrzny układ hamowania działający w oparciu o układ moska ranzysorowego IGBT, umożliwiający rozpraszanie ciepła przy niewielkich prędkościach (niewielka ilość ciepła, niewielkie moce). Dosępna jes również pewna sandardowa wewnęrzna rezysancja hamująca, kórej średnia moc wynosi 1W, a dopuszczalny prąd: 6A (serownik AXV 6/9). W celu załączenia sandardowej rezysancji wewnęrznej należy wykonać mosek łączeniowy pomiędzy końcówkami DC+ i BR+ na złączu zasilania (abela 2). Ten warian zasosowano przy prowadzonych pracach laboraoryjnych. 11

12 Jeżeli moce wydzielane w rakcie hamowania są większe, należy dołączyć rezysancję zewnęrzną o odpowiedniej warości i zakresie mocy. Posępowanie dla obu przypadków i sposób połączeń pokazano na rysunku 14. DC+ DC+ R BR BR- DC- BR- DC- BR+ BR+ Rysunek 14 - sposób załączenia dodakowego rezysora hamującego (zewnęrznego) Sugerowana znormalizowana rezysancja zewnęrzna dla napędu wykorzysywanego na sanowisku wynosi: Rezysancja: 8 [Ohm] Moc:,9 [kw] Sekcja regulacji i konroli napędu Złącza należące do ej sekcji umożliwiają podanie do serownika niezbędnych sygnałów napięciowych lub prądowych z zewnąrz, pobranie sygnałów konrolnych ze serownika do urządzeń pomiaru i konroli (mierniki elekryczne, oscyloskop ip.) oraz połączenie pomiędzy serownikiem, a elemenem wykonawczym silnikiem bezszczokowym. Złącze C1 Opis złącza erminalu C1 zamieszczono w abeli 3. Tabela 3 - złącze C1 Oznaczenie Funkcja Opis 1 RP wejście analogowe posiive ±1V, Zin = 1 kohm 2 RN wejście analogowe negaive ±1V, Zin = 1 kohm 3 R1P wejście analogowe 1 posiive ±1V, Zin = 1 kohm 4 R1N wejście analogowe 1 negaive ±1V, Zin = 1 kohm 5 AO wyjście analogowe ±1V, 5mA 6 AO1 wyjście analogowe 1 ±1V, 5mA 7 GND Analogowa "masa" GND V 8 DI cyfrowe wejście 24-3V, 6,6 kohm 9 DI1 cyfrowe wejście V, 6,6 kohm 1 DI2 cyfrowe wejście V, 6,6 kohm 11 DI3 cyfrowe wejście V, 6,6 kohm 12 DO cyfrowe wyjście 24V, 1mA, PNP owary kolekor 13 DO1 cyfrowe wyjście 1 24V, 1mA, PNP owary kolekor 14 DO2 cyfrowe wyjście 2 24V, 1mA, PNP owary kolekor 15 DO3 cyfrowe wyjście 3 24V, 1mA, PNP owary kolekor 16 RLM Syk wspólny przekaźnika 25Vac, 1A resisive 17 RLO Syk przekaźnika normal open 25Vac, 1A resisive 18 RLC Syk przekaźnika normal close 25Vac, 1A resisive 19 24V Zewnęrzne zasilanie kary regulaora 24-3Vdc, 6mA 2 V Wspólne zewnęrzne zasilanie V 12

13 Złącze C2 Tabela 4 - złącze C2 Oznaczenie Funkcja Opis 1 R2P wejście analogowe 2 posiive ±1V, Zin = 1 kohm 2 R2N wejście analogowe 2 negaive ±1V, Zin = 1 kohm 3 AO2 wyjście analogowe 2 ±1V, 5mA 4 AO3 wyjście analogowe 3 ±1V, 5mA 5 GND analogowa "masa" GND V 6 DI4 cyfrowe wejście V, 6,6 kohm 7 DI5 cyfrowe wejście V, 6,6 kohm 8 DI6 cyfrowe wejście V, 6,6 kohm 9 DI7 cyfrowe wejście V, 6,6 kohm 1 DO4 cyfrowe wyjście 4 24V, 1mA, PNP owary kolekor 11 DO5 cyfrowe wyjście 5 24V, 1mA, PNP owary kolekor 12 DO6 cyfrowe wyjście 6 24V, 1mA, PNP owary kolekor 13 DO7 cyfrowe wyjście 7 24V, 1mA, PNP owary kolekor 14 REA powórzenie przewornika kanał A 24V, 1mA, NPN owary kolekor 15 REB powórzenia przewornika kanał B 24V, 1mA, NPN owary kolekor 16 REI powórzeń przewornika kanał I 24V, 1mA, NPN owary kolekor Złącze S2 Tabela 5 - złącze S2 Oznaczenie Funkcja Opis 1 ENC A Analogowo/cyfrowe wejście przewornika kanał A 1V pk-pk /... 5V 2 ENC B Analogowo/cyfrowe wejście przewornika kanał B 1V pk-pk /... 5V 3 ENC I Analogowo/cyfrowe wejście przewornika kanał I 1V pk-pk /... 5V 4 GND analogowa "masa" GND V 5 COS - Wejście analogowe przewornika COS negaive 1V pk-pk absolue one cycle 6 SIN - Wejście analogowe przewornika SIN negaive 1V pk-pk absolue one cycle 7 HALL 1 Czujnik Hall'a 1 posiive... 5V, prosoką 8 HALL 2 Czujnik Hall'a 2 posiive... 5V, prosoką 9 HALL 3 Czujnik Hall'a 3 posiive... 5V, prosoką 1 GND Analogowa "masa" GND V 11 PTC+ Cyfrowe wejście moniora ochrony ermicznej 12 RESEX Analog oupu resolver negaive exiaion 2V pk-pk / 8kHz 13 GND analogowa "masa" GND V 14 ENC A- Analogowo/cyfrowe wejście przewornika kanał A negaive 1V pk-pk /... 5V 15 ENC B- Analogowo/cyfrowe wejście przewornika kanał B negaive 1V pk-pk /... 5V 16 ENC I- Analogowo/cyfrowe wejście przewornika kanał I negaive 1V pk-pk /... 5V 17 COS Wejście analogowe przewornika COS 1V pk-pk absolue one cycle 18 SIN Wejście analogowe przewornika SIN 1V pk-pk absolue one cycle 19 GND analogowa "masa" GND V 2 HALL 1- czujnik Hall'a 1 negaive... 5V, prosoką 21 HALL 2- czujnik Hall'a 2 negaive... 5V, prosoką 22 HALL 3- czujnik Hall'a 3 negaive... 5V, prosoką 23 ABREN Enable resolver supply poziom niski - akywne 24 RESEX Analog oupu resolver posiive exiaion 2V pk-pk / 8kHz 25 AUX+ Programowalne zasilanie przewornika V / 25mA 13

14 Złącze o służy do połączenia enkodera umieszczonego przy silniku ze serownikiem. Połączenie serownika z ym erminalem dokonywane jes z wykorzysaniem 25 żyłowego kabla z odpowiednim 25 pinowym złączem (D-sub). Szczegółowy opis złącza S2 zamieszczono w abeli 5. Złącze S1 Złącze o wykorzysywane jes w synchronicznym rybie pracy kilku połączonych ze sobą serwonapędów, do przyłączenia nadrzędnego enkodera (enkoder Maser). W naszych pracach laboraoryjnych nie jes ono wykorzysywane. Sekcja komunikacji i informacji Złącza w ej sekcji służą do komunikacji serownika z kompuerem PC i oprogramowaniem formowym, programowania oraz wprowadzania zmian w nasawach serwonapędu, a akże wymiany informacji pomiędzy wieloma napędami pracującymi w rybie synchronicznym. Złącze RS485 Pozwala na komunikację serownika napędu z kompuerem PC, na kórym zainsalowane jes oprogramowanie firmowe. Jeżeli kompuer nie jes wyposażony w por szeregowy RS 485, wedy należy zasosować konwerer RS 232/RS 485. Na naszym sanowisku zasosowano dedykowany firmowy konwerer produkcji SIEI, PCI-485. Serownik AXV używa firmowego prookołu komunikacyjnego Slink-3. Linie inerfejsu RS 485 przyłączyć należy poprzez dodakową rezysancję 12 Ohm, dołączaną włącznikiem na panelu serownika (SWITCH 12). Sposób połączenia kompuera ze serownikiem, oraz blokowy schema wewnęrzny konwerera pokazano na rysunku 15. PCI-485 XS2 oznaczenia wejść konwerera serownik AXV swich e w pozycji ON XS1 X1 kabel 9 żyłowy Rysunek 15 - połączenie komunikacyjne: kompuer-serownik oraz schema blokowy konwerera Złącze X1 serownika łączymy poprzez kabel 9 żyłowy ze złączem XS1 konwerera. Nie jes konieczne sosowanie żadnych dodakowych zasilaczy do konwerera. Niezbędne zasilanie (+5V DC) jes dosarczane poprzez odpowiednie piny w złączu komunikacyjnym z płyy głównej serownika. Złącze X3, X4 Złącza wykorzysywane do szybkiego połączenia pomiędzy napędami przy synchronicznym rybie pracy kilku napędów. W naszym sanowisku laboraoryjnym nie są one wykorzysywane. 14

15 Dioda LED info Dioda LED umieszczona na panelu fronowym serownika AXV, wykorzysana jes do informacji o akualnym sanie pracy układu oraz o ewenualnych sanach alarmowych. Jeżeli nie wysępują sany awaryjne, LED świeci na zielono. Przy akywnej linii komunikacji RS485, dioda świeci na żóło. W momencie wysąpienia alarmu LED zaczyna mrugać, wyświelając określoną sekwencję, określającą kod źródłowy danego alarmu. Sekwencja o 5 kolejnych błysków, przerywanych pauzami. Błyski inerpreujemy jako: LED zielony warość LED czerwony warość 1 Przykład: Jeżeli sekwencja wygląda nasępująco: zielony x ( 2 4 ) = zielony x ( 2 3 ) = czerwony 1 x ( 2 2 ) = 4 czerwony 1 x ( 2 1 ) = 2 czerwony 1 x ( 2 ) = 1 suma wynosi 7, co oznacza kod alarmu nr 7 (Przegrzanie silnika) Opis kolejnych kodów alarmów oraz odpowiadających im sanów awaryjnych w układzie serwomechanizmu, zamieszczony jes w szczegółowej insrukcji obsługi serownika AXV, dosarczonej przez producena w wersji anglojęzycznej ( 5.3 Tryby pracy serwomechanizmu Serwomechanizm z silnikiem bezszczokowym posiada rzy ryby pracy: ryb regulacji prędkości prędkościowy, ryb regulacji (nasawy) położenia pozycyjny oraz ryb pracy synchronicznej kilku napędów połączonych ze sobą elekrycznie i wymieniających ze sobą informacje poprzez szybkie złącze szeregowe (AXV-NET). Układ zaprogramowany jes fabrycznie do realizacji rybu regulacji prędkości (ryb podsawowy). Kolejne z rybów pracy można uzyskać po przeprogramowaniu serownika oraz odpowiedniej zmianie sygnałów zewnęrznych podawanych na jego wejścia oraz zbieranych z jego wyjść. W naszych pracach laboraoryjnych wykorzysywane są dwa pierwsze ze wspomnianych rybów pracy układu. Tryb rzeci wymaga posiadania co najmniej dwóch napędów i z ego eż względu nie jes realizowany w rakcie ćwiczeń. Sposoby programowania serownika oraz realizacja odpowiednich połączeń zewnęrznych dla pracy układu w rybie regulacji prędkości i położenia sanowią inegralną cześć ćwiczenia laboraoryjnego i dlaego eż zamieszczone zosały w dalszej części insrukcji doyczącej jego realizacji prakycznej. 6 Wnioski dla serwomechanizmu cyfrowego W akualnych rozwiązaniach echnicznych dzięki zasosowaniu silników nowoczesnej konsrukcji, zasilaczy zbudowanych z elemenów energoelekronicznych oraz zasosowaniu odpowiednich algorymów serowania cyfrowego zapewniono spełnienie wszyskich wyżej posawionych wymagań. A więc ograniczenie przyspieszenia, ograniczenie prędkości, ograniczenie prądu, wykonanie zadania w skończonym (minimalnym) czasie. Serwomechanizm o ej konsrukcji jes przedmioem badań w rakcie ćwiczenia laboraoryjnego. 15