Kiedy serwonapęd jest dobrym wyborem?

Zastosować serwonapęd, czy jednak nie? W wielu maszynach wybór jest oczywisty.

Jednak w innych niewłaściwa strategia sterowania potrafi po cichu „zjadać” czas cyklu, wydajność osi, możliwości rozbudowy oraz długoterminowe koszty eksploatacji.

Kiedy stosować serwonapędy? 

Serwonapędy stosujemy gdy wymagana jest wysoka precyzja, duża dynamika, a także kontrola pozycji, prędkości lub momentu. Sprawdzają się w aplikacjach, gdzie liczy się powtarzalność, szybkie reakcje i dokładna synchronizacja ruchu. Decydujące czynniki nie pojawiają się w tabelce danych.

Wychodzą na jaw dopiero w:

• rzeczywistym zachowaniu ruchu pod obciążeniem
• architekturze systemu i strategii sterowania
• współpracy pomiędzy wieloma osiami
• tym, jak maszyna pracuje po 3, 5 czy 10 latach w terenie

Niezależnie czy to aplikacje pickandplace, indeksowanie obrotowe, czy nawijanie i kontrola naprężenia – właściwe rozwiązanie zależy od logiki aplikacji, a nie od przyzwyczajeń czy założeń. Wybór zasady działania oraz architektury napędu wpływa na osiągi, koszty, wydatki w całym cyklu życia. W zależności od aplikacji istnieją różne sposoby osiągnięcia oczekiwanych rezultatów.

Serwonapędy Lenze

Lenze oferuje serwonapędy jak: i750, i950 single oraz i950 DCLink (nowość), które wyróżniają się bardzo wysoką jakością regulacji i dynamiką, dzięki czemu idealnie nadają się do precyzyjnego pozycjonowania oraz ruchów po zadanej ścieżce. Można je elastycznie integrować z modułowymi konstrukcjami maszyn, a ich filozofia opiera się na zasadzie „parametryzacja zamiast programowania”.

Dodatkowo:

• Pokrywają zakres mocy do 110 kW,
• Oferują autotuning,
• Zastosowana One Cable Technology (OCT) znacząco ogranicza ilość okablowania i upraszcza uruchomienie,
• Dostępne są zintegrowane funkcje bezpieczeństwa – 
•  STO, FSoE, PROFIsafe, (w zależności od wariantu) – umożliwiają stosowanie w aplikacjach o podwyższonych wymaganiach bezpieczeństwa.
• Serwonapędy ze wspólną szyną DC oferują korzyści szczególnie w układach wieloosiowych: bardziej kompaktowa architektura, mniejszą liczbę linii zasilających, lżejszy, bardziej efektywny projekt.

Przykłady zastosowań w maszynach

Typowym zastosowaniem dla serwonapędu i750 jest pakowanie pierwotne o wysokich częstotliwościach cyklu. W maszynie form-fill-seal przenośnik podający, zgrzew dolny, górny oraz osie podawania i odbioru muszą pracować synchronicznie w bardzo krótkich przedziałach czasowych. 

Profile ruchu często obejmują:

• płynne krzywe przyspieszeń i hamowań,
• pracę z elektronicznymi krzywkami,
• precyzyjną współpracę kilku osi po zmianie długości produktu.

W takich przypadkach i750 stosuje się jako centralnie sterowany napęd wieloosiowy, utrzymujący synchronizm osi oraz redukujący koszty okablowania dzięki wspólnej szynie DC i technologii OCT. Jest to szczególnie ważne, gdy często zmienia się format, a mimo to wymagane są krótkie czasy cyklu.

Aplikacje pickandplace

Serwonapęd i750 jest powszechnie stosowany również w robotyce i celkach pickandplace. Typowa cela pobiera produkt z ruchomego przenośnika i precyzyjnie odkłada go do tacek lub opakowań wtórnych. 

Wymagania obejmują:

• szybkie ruchy po trajektorii,
• powtarzalne pozycjonowanie przy zmiennych ścieżkach,
• centralne taktowanie,
• ścisłą współpracę kilku osi (np. trzech lub czterech osi robota delta + synchronizacja przenośnika).

Dzięki temu jakość odkładania pozostaje stała, nawet jeśli prędkość taśmy się zmienia lub produkty pojawiają się w krótkich odstępach.

Stół obrotowy

Serwonapęd i950 sprawdza się szczególnie wtedy, gdy trzeba rozwiązać zróżnicowane zadania pozycjonowania i synchronizacji w różnych architekturach maszyn. Typowym przykładem jest indekser stołu obrotowego w stacjach montażowych lub testujących. 

W takich aplikacjach często realizuje się:

• ruch do zdefiniowanych pozycji kątowych,
• cykliczne indeksowanie,
• profile ruchu z możliwością swobodnej regulacji (np. łagodny dojazd do delikatnych elementów),
• pracę z absolutnym odniesieniem.

i950 udostępnia funkcje pozycjonowania i może być integrowany centralnie, zdecentralizowanie lub w architekturze hybrydowej, w zależności od konstrukcji maszyny. Umożliwia to elastyczne rozbudowywanie instalacji o dodatkowe stacje bez konieczności zmiany podstawowej koncepcji.

Maszyna do nawijania

Drugim obszarem zastosowań i950 są procesy ciągłe, takie jak nawijanie folii, papieru czy tekstyliów. Średnica nawoju zmienia się w trakcie pracy, natomiast naprężenie wstęgi musi pozostać stałe. 

Popularne są tu układy:

• regulacji tancerza,
• regulacji naprężenia,
• sterowania prędkością i momentem.

Serwonapęd wspiera te struktury regulacji, zapewniając powtarzalne naprężenie materiału – niezależnie od tego, czy jest to odwijak, nawijak, czy układ pracujący w trybie liniowym lub masterfollower 

Modernizacja istniejących maszyn

Modernizacja istniejących maszyn to kolejny praktyczny obszar zastosowania. Wiele urządzeń wciąż pracuje na starszych kontrolerach serwo, których wymiana może być kosztowna, jeśli wymaga zmian w programie sterującym. 

Serwonapęd i950 umożliwia odwzorowanie zachowania wycofywanych urządzeń (np. poprzez odpowiedni moduł komunikacyjny) i dalsze wykorzystanie istniejącej architektury PLC.

W praktyce oznacza to:

• przeniesienie aplikacji na i950,
• parametryczne dostosowanie jej do nowego sprzętu,
• podłączenie fieldbus w sposób umożliwiający pozostawienie programu PLC bez zmian.

Skraca to przestoje i zmniejsza ryzyko projektowe – co jest kluczowe podczas modernizacji prowadzonych w trakcie produkcji.

Integracja z kontrolerami firm trzecich

Zarówno i750, jak i i950, są często stosowane w połączeniu ze sterownikami innych producentów. Firmy OEM integrują osie poprzez standardowe profile napędów (np. CiA402) i przemysłowe magistrale czasu rzeczywistego (np. EtherCAT).

Typowy przykład to maszyna specjalna, w której system sterowania jest już określony, a technologia napędowa musi zostać płynnie w nią włączona. Serwoosie odpowiadają wówczas za sterowanie ruchem – od prostej regulacji prędkości, przez pozycjonowanie, aż po synchronizację wielu napędów – podczas gdy logika sekwencyjna pozostaje w znanym środowisku narzędziowym OEM.