Siłowniki serwoelektryczne z obsługą magistrali EtherCAT: większa dokładność synchronizacji wieloosiowej i efektywność realizacji projektów

Wiele stanowisk do testów symulacyjnych i platform ruchu o 6 DOF wymaga precyzyjnej koordynacji wieloosiowej. Sporo projektów przechodzi testy sprzętowe, ale zapewnia niezadowalającą wydajność dynamiczną. Podstawową przyczyną jest często magistrala komunikacyjna, a nie ciąg, skok lub prędkość cylindrów elektrycznych.

Wady tradycyjnego sterowania impulsowego / Modbus-RTU

Sterowanie impulsowe lub Modbus-RTU są nadal powszechnie stosowane do sterowania wieloma siłownikami ze względu na koszty, jednak nakładają oczywiste ograniczenia w przypadku systemów o wysokiej wydajności:

1. Duże odchylenie synchronizacji. Opóźnienie kumuluje się wraz z większą liczbą osi. Błąd synchronizacji może osiągnąć dziesiątki milisekund, powodując drgania i przesunięcie położenia na platformach 6-DOF.

2. Ciężkie prace związane z okablowaniem. Sterowanie impulsami wymaga oddzielnego okablowania dla każdej osi. System 6-osiowy jest wyposażony w masywne kable, co zwiększa obciążenie pracą związaną z instalacją i rozwiązywaniem problemów.

3. Długi cykl uruchamiania. Parametry wymagają ręcznej regulacji osi po osi, co w przypadku dużych systemów ruchu zajmuje czasami tygodnie.

4. Ograniczona informacja zwrotna. Rzeczywistego położenia, obciążenia i temperatury nie można odczytać w czasie rzeczywistym, co pozostawia niewielkie szanse na wczesne ostrzeżenie o usterce.

Podstawowe zalety serwocylindrów elektrycznych opartych na technologii EtherCAT (dane z testów laboratoryjnych)

Natywne serwocylindry magistrali czasu rzeczywistego EtherCAT zapewniają niezawodne rozwiązanie dla systemów wieloosiowych. Nasz test laboratoryjny dla konfiguracji 6-osiowej pokazuje:

• Czas synchronizacji cyklu: 1 ms, błąd synchronizacji wieloosiowej ＜ 100 μs

• Obsługuje dziesiątki siłowników połączonych łańcuchowo, drastycznie redukując okablowanie

• Dwukierunkowe dane w czasie rzeczywistym: położenie, ciąg, prąd i kody błędów przesyłane do sterownika

• Kompatybilny z głównymi kontrolerami ruchu, obsługujący tryby kontroli pozycji, prędkości i siły

W przypadku zastosowania na platformach ruchomych 6-DOF sześć serwocylindrów elektrycznych ściśle współpracuje ze sobą za pośrednictwem sieci EtherCAT. Przełączanie położenia, symulacja turbulencji i ruchy posuwisto-zwrotne o wysokiej częstotliwości przebiegają płynnie i z dużą powtarzalnością. Rozwiązanie to pasuje również do stanowisk do prób wytrzymałościowych i sprzętu do symulacji drgań.

Trzy kluczowe pułapki w realizacji projektu

1. Wybierz siłowniki z natywnym napędem EtherCAT. Niektóre produkty wykorzystują zewnętrzne moduły konwersji do realizacji EtherCAT. Moduły konwersji wprowadzają dodatkowe opóźnienia i niestabilność. W przypadku precyzyjnych projektów wieloosiowych wybierz serwocylindry z natywną obsługą EtherCAT CoE na poziomie sterownika.

2. Dopasuj parametry kontrolera i magistrali Sam sprzęt nie może zagwarantować wysokiej wydajności synchronizacji. Twój kontroler ruchu powinien obsługiwać EtherCAT CoE. Aby utrzymać błąd synchronizacji w docelowym zakresie, wymagane jest prawidłowe ustawienie rozproszonego zegara DC i wyłączenie niepotrzebnych komunikatów w tle. Wiele projektów kończy się niepowodzeniem na tym etapie konfiguracji.

3. Standaryzacja kabli i instalacji obiektowych Zakłócenia elektromagnetyczne w obiektach przemysłowych pogarszają stabilność magistrali. Używaj ekranowanych kabli Ethernetu przemysłowego i unikaj ich układania obok kabli dużej mocy. Oceń wpływ opóźnienia podczas dodawania wzmacniaczy w przypadku układu łańcuchowego na duże odległości.

   

Referencje projektu w świecie rzeczywistym

Jeden z integratorów systemów symulacyjnych zbudował platformę o 6 DOF, wykorzystując cylindry elektryczne sterowane impulsowo. Jednostka powodowała przesunięcie położenia podczas ruchu z dużą prędkością i wymagała długiego dostrajania na miejscu. Po przejściu na natywne rozwiązanie siłownika elektrycznego EtherCAT:

• Błąd synchronizacji wieloosiowej kontrolowany w ciągu 90 μs

• Obciążenie pracą związaną z okablowaniem obiektowym zmniejszone o 60%

• Całkowity okres uruchomienia skrócony z 14 dni do 4 dni

• Monitorowanie obciążenia osi w czasie rzeczywistym umożliwia wczesne ostrzeganie o przeciążeniu

Wniosek

Ciąg, skok i prędkość to widoczne parametry serwocylindrów elektrycznych. Możliwości komunikacji autobusowej są czynnikiem niewidocznym, ale decydującym. W przypadku platform 6-DOF i wieloosiowych stanowisk testowych wymagających wysokiej synchronizacji, serwonapędy natywne EtherCAT eliminują drgania, desynchronizację i długie cykle uruchamiania z poziomu warstwy komunikacyjnej, obniżając długoterminowe koszty eksploatacji i konserwacji.