Frekvenční měnič 1.3 Všeobecné vlastnosti frekvenčních měničů HIWIN Velká šířka pásma kontroléru Výsledkem optimalizovaných algoritmů řízení pohybu a skutečnosti, že kontrolér je možné přizpůsobit dané aplikaci jen pomocí součinitele zesílení nadřazené jednotky (tzv. společného zesílení), je velmi krátká doba odezvy, která splňuje všechny požadavky vysoce dynamického profilu pohybu. Citlivost na otáčky > 1 200 Hz Vysoká dynamika zrychlení Plně digitální proudový kontrolér s vektorovým řízením umožňuje dosažení mimořádně vysoké efektivity servořízení. Změna otáček z 3 000 ot/min na +3 000 ot/min trvá jen 0,006 sekundy. 0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.006 s Kompenzace chyb Frekvenční měniče se vyznačují sofistikovanou kompenzací chyb, která optimalizuje přesnost polohy systému mechanického pohonu. Tabulka korekce chyb může obsahovat až 16 000 položek. Potlačení vibrací Mechanické vibrace celého systému, které vznikají během pohybu, je možné velmi účinně snížit pomocí funkce potlačení vibrací frekvenčního měniče. Chyba [µm] Chyba [µm] 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 Přesnost: 51.7 Reprodukovatelnost, obousměrná: 1.2 0 500 1000 1500 2000 Cílová poloha [mm] Bez kompenzace chyb Přesnost: 1.4 Reprodukovatelnost, obousměrná: 0.8 0 500 1000 1500 2000 Cílová poloha [mm] S kompenzací chyb Elektronická zařízení a emulace enkodéru Frekvenční měniče nabízejí řadu funkcí. Vestavěná elektronická zařízení například upravují frekvenci řídicích impulzů z regulačního prvku vyšší úrovně pro zpracování v pohonu. Další funkcí je emulace enkodéru. Umožňuje úpravu rozlišení signálů enkodéru vysílaných do regulačního prvku vyšší úrovně, což zamezuje problémům s kompatibilitou mezi rozlišením enkodéru a regulačního prvku vyšší úrovně. Hostitelkontrolér 1 µm Elektronické zařízení Emulace enkodéru Frekvenční měnič Vstupní okruh enkodéru 1 µm
intelligence IN MOTION Frekvenční měnič 1.4 Konfigurační software Lightening Spouštěcí software Lightening firmy HIWIN poskytuje řadu nástrojů k optimalizaci činnosti regulace. Patří k nim osciloskop pracující v reálném čase, nástroje pro frekvenční analýzu (FFT a Bodeho diagram), kompenzace chyb a konfigurace vstupů a výstupů. Nástroj ke kompenzaci chyb Pro optimalizaci přesnosti polohy pohonu nástroj ke kompenzaci chyb zadává naměřené hodnoty zjištěné při referenčním měření vysoce přesným laserovým interferometrem do tabulky korekce chyb. Tím se kompenzují například odchylky stoupání kuličkového šroubu nebo chybu enkodéru. Nástroj k optimalizaci kontroléru Frekvenční měnič je výkonný, snadno použitelný nástroj k optimalizaci frekvence řídicího obvodu. Frekvenční odezva kontroléru je znázorněna v grafu. Díky této grafické podpoře je optimalizace celkového chování řídicího obvodu poměrně jednoduchá. Součinitel zesílení nadřazené jednotky: společný zisk Po definování jednotlivých součinitelů zesílení pomocí různých softwarových nástrojů je další optimalizace dosaženo prostřednictvím součinitele zesílení nadřazené jednotky se společným ziskem. Společný zisk lze definovat pro fázi pohybu, fázi stabilizaci na poloze a výdrže v poloze. Centrum I/O Centrum I/O umožňuje snadné uspořádání různých I/O funkcí digitálních vstupů a výstupů frekvenčního měniče a jejich přizpůsobení různým hardwarovým rozhraním regulačních prvků vyšší úrovně u uživatele. V centru I/O také můžete kontrolovat stav vstupů a výstupů a invertovat signály. Nástroj pro analýzu Nástroj pro analýzu umožňuje zobrazení, analýzu a korekci rezonančních vibrací v hnací soustavě. S grafickou podporou je možné stanovit rezonanční frekvenci pomocí analýzy FFT a provést její korekci vhodným filtrem (dolní propustí nebo úzkopásmovou zádrží). MĚNIČE A SERVOMOTORY hiwin s.r.o., INFO@hiwin.cz, www.hiwin.cz 6 / 7
Frekvenční měnič 1.5 podporuje rotační servomotory, lineární a momentové motory, a tedy i celou řadu typů motorů HIWIN. Široký rozsah podporovaných rozhraní enkodéru (digitální, analogové 1V SS, EnDat 2.2, Resolver HIWIN) a analogové a digitální Hallovy senzory umožňují rozmanité použití frekvenčního měniče D1-N, zejména s lineárními motory ve spojení s různými systémy pro měření polohy. D1-N rovněž umožňuje snadné řízení motorů od jiných výrobců s uvedenými rozhraními enkodéru. Dostupná komunikační rozhraní jsou EtherCAT CoE (viz strana 13), EtherCAT mega-ulink (viz strana 13), rozhraní krok/směr a rozhraní ±10 V. Bezpečnostní funkce STO (safe torque off, bezpečné odpojení zátěže) vyhovuje normě IEC61800-5-2 (je certifikovaná firmou TÜV Nord) a je do frekvenčního měniče přímo integrovaná. V případě chyby je možné proud a tím i točivý moment motoru bezpečně odpojit prostřednictvím frekvenčního měniče D1-N, aniž by bylo nutné přerušit napájecí napětí frekvenčního měniče. Pro odpojení napájecího napětí není nutný žádný složitý hardware a dokonce i opětovné zapnutí je výrazně rychlejší a plynulejší. Otáčky Safe Torque Off (bezpečné odpojení momentu) Čas Všechny konektory na frekvenčním měniči D1-N jsou označeny a instalovány jako zásuvné. Lanka pro I/O signály je možné upevnit přímo k pružinovým svorkám. Odpadá tak zdlouhavé montování šroubů a zařízení lze rychleji vyměnit. Diagnostiku chyb je možné provádět na vlastním zařízení díky alfanumerickému displeji. Software Lightening umožňuje rychlou a pohodlnou konfiguraci frekvenčního měniče D1-N a jeho spuštění pomocí rozhraní mini USB. Software lze zdarma stáhnout na webu www.hiwin.de.
intelligence IN MOTION 1.5.1 Rozhraní frekvenčního měniče D1-N Konektor pro napětí meziobvodu a brzdný rezistor EtherCAT Napájení Rozhraní USB Lightening pro frekvenční měnič D1-N Konfigurační software Lightening je možné stáhnout z našich webových stránek www.hiwin.de. STO (Safe Torque Off) Konektor pro kabely daisy chain (uzavřený cyklus) s funkcí STO Monitorování teploty motoru MĚNIČE A SERVOMOTORY hiwin s.r.o., INFO@hiwin.cz, www.hiwin.cz 8 / 9
Hlavní displej, klávesnice, LED, zobrazení chyb a stavu Vstupy / výstupy / jmenovitá hodnota Připojení enkodéru Připojení motoru Řídicí napětí 24 V a konektor pro elektrickou brzdu 1.5.2 Objednací kód frekvenčního měniče D1-N D1-N 18 E 0 2 0 Frekvenční měnič HIWIN D1-N Špičkový proud (hodnota amplitudy): 09: 9 A 18: 18 A 36: 36 A 90: 90 A Komunikace: E: EtherCAT CoE (standard) F: EtherCAT mega-ulink S: Rozhraní krok/směr, ±10 V Enkodér: 0: EnDat 2.2, analogový 1 V SS ; digitální TTL 2: Analogový 1 V SS ; digitální TTL Chladič 0: Bez chladiče 1: S chladičem Napájení: 2: 230 V AC, 1 nebo 3 fáze (9 A, 18 A, 36 A) 6: 230 400 V AC, 1 3 fáze (90 A)
intelligence IN MOTION 1.5.3 Technická specifikace frekvenčního měniče D1-N Tabulka 1.1 Technická specifikace Typ: D1-N D1N-09 D1N-18 D1N-36 D1N-90 Napájení Napětí 100 až 240 V AC ±10 % 200 až 420 V AC ±10 % Frekvence 50 až 60 Hz ±5 % Počet fází 1 nebo 3 3 Řídicí napětí 24 V DC ±10 % Maximální řídicí proud 1,5 A Výstupní proud Stejnosměrný proud (efektivní) 2,1 A 4,2 A 8,5 A 21 A Špičkový proud (efektivní) 6,4 A 12,7 A 25,5 A 63,6 A Maximální doba trvání špičkového proudu 1 sekunda Typ řízení Vektorové řízení IGBT PWM Spínací frekvence 16 khz 8 khz Podporované druhy motorů Lineární motory, momentové motory, střídavé (AC) servomotory Rozhraní enkodéru Napájecí napětí enkodérů +5 V DC ±5 %, 500 ma Analogový enkodér Sin/Cos 1 V SS (Z, /Z, diferenciální); max. vstupní frekvence < 1 MHz Digitální enkodér TTL (A, /A, B, /B, Z, /Z, diferenciální) max. vstupní frekvence < 5 MHz Resolver HIWIN Volitelný prvek EnDat 2.2 Standard Hallovy senzory Digitální (A, B, C), posun 120 Výstup enkodéru Výstup enkodéru (s vyrovnávací pamětí) Odesílání vstupních signálů enkodéru vč. čtyřnásobení (max. 18 000 000 inkr./s, RS422 diferenciální) Emulace enkodéru Odesílání vstupních signálů enkodéru, lze libovolně škálovat (max. 18 000 000 inkr./s, RS422 diferenciální) Vstupy Regulace Digitální Funkce Krok/směr, směr vpravo/vlevo, signály AB (čtyřnás.) jmenovitých hodnot polohy Vstupní frekvence Diferenciální: 4 000 000 inkr./s Jednoduchá: 500 000 inkr./s Řízení otáček Analogové Vstupní odpor 10 kω Vstupní napětí ±10 V DC Rozlišení 12bitové Digitální Funkce Krok/směr, směr vpravo/vlevo Frekvence PWM Min. 36,5 khz; max. 100 khz Min. doba trvání pulzu 220 ns MĚNIČE A SERVOMOTORY hiwin s.r.o., INFO@hiwin.cz, www.hiwin.cz 10 / 11
Tabulka 1.1 Technická specifikace (pokračování) Typ: D1-N D1N-09 D1N-18 D1N-36 D1N-90 Vstupy Řízení točivého Analogové Vstupní odpor 10 kω jmenovitých momentu Vstupní napětí ±10 V DC hodnot Rozlišení 12bitové Digitální Funkce Krok/směr, směr vpravo/vlevo Frekvence PWM Min. 36,5 khz; max. 100 khz Min. doba trvání pulzu 220 ns EtherCAT Funkce Komunikace PDO (flexibilní mapování) Komunikace SDO Metoda Distributed Clocks Režimy CiA402 Režim polohy profilu (1) Režim rychlosti profilu (2) Cyklický režim synchronní polohy (8) Cyklický režim synchronní rychlosti (9) Návrat do výchozí polohy (6) Vstupy/výstupy, které 10 digitálních vstupů Funkci lze volně vybrat lze parametrizovat 3 digitální výstupy Funkci lze volně vybrat Ovládání brzdy 24 V DC, max. 1 A Zachycení vstupu Doba odezvy < 7 ns (vstup PCP) Vačkový kontrolér Doba odezvy < 7 ns (výstup PT), 5 V DC Stejnosměrný meziobvod Přepětí +HV > 404 V DC +HV > 800 V DC Podpětí +HV < 60 V DC +HV < 158 V DC Brzdný rezistor Připojení Vnitřní (50 Ω/150 W) a/nebo vnější Pouze vnější Práh aktivace +HV > 390 V DC +HV > 735 V DC Práh deaktivace +HV < 380 V DC +HV < 695 V DC Tolerance ±5 % Chlazení Externí chladič Ne Ne Ano Ano Integrovaný ventilátor Ne Ano Ano Ano Filtr EMC Bez integrovaného filtru EMC Bezpečnostní funkce STO (Safe Torque Off) Uživatelské rozhraní LCD, 4tlačítkový ovládací panel Parametrizační rozhraní USB 2.0 Hmotnost 2,05 kg 2,20 kg 3 kg 5,8 kg Okolní podmínky Okolní teplota Provoz: 0 až 50 C (nad 50 C s klimatizací) Doprava/skladování: 25 až 65 C Vlhkost vzduchu 0 až 90 %, nekondenzující Nadmořská výška za provozu Až 1 000 m n. m. Vibrace 1 G (10 až 500 Hz) Stupeň krytí IP20 Stupeň znečištění prostředí 2
intelligence IN MOTION 1.5.4 Volitelné prvky frekvenčního měniče D1-N Rozhraní EtherCAT Nový frekvenční měnič D1-N podporuje ethernetový sběrnicový systém EtherCAT. Ether- CAT je otevřená technologie, kterou upravují mezinárodní normy IEC 61158, IEC 61784 a ISO 15745-4. EtherCAT je velmi rychlý průmyslový ethernetový systém, který se rovněž hodí pro použití v aplikacích řízení pohybu, u nichž je rozhodujícím parametrem čas. D1-N podporuje protokol CoE (CAN-over-EtherCAT) a lze jej tedy zabudovat do každého hlavního kontroléru EtherCAT, který tento protokol podporuje. D1-N dále pracuje podle standardizovaného profilu frekvenčního měniče CiA 402, a lze jej proto snadno zabudovat do řídicího softwaru TwinCAT firmy Beckhoff jako osu v NC systému. Rozhraní mega-ulink podporuje patentovaný protokol mega-ulink, který je založen na rozhraní EtherCAT. Rozhraní EtherCAT mega-ulink je možné použít pro komunikaci a řízení mezi průmyslovým počítačem a frekvenčním měničem. Komunikace se uskutečňuje prostřednictvím standardního ethernetového rozhraní na PC a rozhraní EtherCAT na frekvenčním měniči. Komunikaci a řízení mezi PC a kontrolérem pohonu zajišťuje knihovna dll (MPI.dll). Podrobný popis této knihovny a pokyny k jejímu použití jsou k dispozici na webu www.hiwin.de. MĚNIČE A SERVOMOTORY hiwin s.r.o., INFO@hiwin.cz, www.hiwin.cz 12 / 13
1.5.5 Rozměry frekvenčního měniče D1-N D1-N-09 4.2 5 ±0.1 238.5 ±0.1 65 ±0.5 4.9 75 ±0.5 231 ±0.2 75 ±0.5 24.15 ±0.1 25 ±0.1 Jednotka: mm 75.1 ±0.2 181.6 ±0.2 D1-N-18 4.2 5 ±0.1 238.5 ±0.1 65 ±0.5 4.9 75 ±0.5 231 ±0.2 75 ±0.5 24.15 ±0.1 25 ±0.1 Jednotka: mm 75.1 ±0.2 181.6 ±0.2
intelligence IN MOTION D1-N-36 4.2 5 ±0.1 238.5 ±0.1 65 ±0.5 4.9 75 ±0.5 231 ±0.2 75 ±0.5 24.15 ±0.1 25 ±0.1 Jednotka: mm 101.3 ±0.2 181.7 ±0.2 D1-N-90 32.1 ±0.1 55 ±0.1 258 ±0.1 6 ±0.1 272 ±0.2 231.4 ±0.2 75 ±0.5 Jednotka: mm 5 119.2 ±0.2 110 ±0.5 253.7 ±0.2 MĚNIČE A SERVOMOTORY hiwin s.r.o., INFO@hiwin.cz, www.hiwin.cz 14 / 15
1.5.6 Příslušenství frekvenčního měniče D1-N 1.5.6.1 Kabely Tabulka 1.2 Kabely pro frekvenční měnič D1-N Číslo zboží Označení Konektor Obrázek Délka 8-10-0864 Parametrizační kabel CN3 2 m USB Tabulka 1.3 Kabely k motoru pro frekvenční měnič D1-N Číslo zboží Délka [m] Typ motoru Popis 8-10-0069 3 Lineární motor Kabel k motoru HIWIN, vhodný pro tažné řetězy, 8-10-0070 5 1,5 mm2, 8-10-0071 8 s konektorem M23 na straně motoru, s otevřenými konci na straně D1-N 8-10-0072 10 8-10-0593 3 Lineární motor Kabel k motoru HIWIN, vhodný pro tažné řetězy, 2,5 mm2, s konektorem M23 na straně motoru, s otevřenými konci na straně D1-N 8-10-0594 5 8-10-0595 8 8-10-0596 10 8-10-0109 3 Momentový motor Kabel k motoru HIWIN, vhodný pro tažné řetězy, 8-10-0110 5 8-10-0111 8 8-10-0112 10 1,5 mm2, s konektorem M17 na straně motoru, s otevřenými konci na straně D1-N Tabulka 1.4 Kabely k enkodéru pro frekvenční měnič D1-N Číslo zboží Délka [m] Typ motoru Popis 8-10-0685 3 Analogový Kabel k enkodéru HIWIN, vhodný pro tažné řetězy, 8-10-0686 5 s konektorem M17 na straně motoru, s konektorem Sub-D do konektoru X11 na straně D1-N 8-10-0687 7 8-10-0688 10 8-10-0690 3 Digitální Kabel k enkodéru HIWIN, vhodný pro tažné řetězy, 8-10-0691 5 s konektorem M17 na straně motoru, s konektorem Sub-D do konektoru X10 na straně D1-N 8-10-0692 7 8-10-0693 10
intelligence IN MOTION 1.5.6.2 Konektor Tabulka 1.5 Sada konektorů pro frekvenční měnič D1-N Číslo zboží Označení Typ Kontakty Množství 8-10-0800 D1-N-09, D1-N-18, D1-N-36 8-10-0897 D1-N-90 X1: Napájení Konektor 4 1 X2: Brzdný rezistor Konektor 4 1 X3: Připojení motoru Konektor 4 1 X4: Řídicí napětí Konektor 4 1 X6: Vstupy/výstupy Konektor 20 1 X7/X8: Bezpečnostní funkce Konektor 3 2 X9: Teplotní čidlo Konektor 2 1 X10/X11: Enkodér Konektor Sub-D 15 2 X12: Enkodér Zdířka pro konektor Sub-D 15 1 Stínění konektoru motoru Hadicová spona 1 1 Ke každému frekvenčnímu měniči D1-N se dodává vhodná sada konektorů. 1.5.6.3 Brzdný rezistor Frekvenční měniče s napájením 230 V jsou vybaveny vnitřním brzdným rezistorem o výkonu 150 W. Pokud tento odpor nestačí, brzdný výkon lze zvýšit zařazením uvedeného vnějšího brzdného rezistoru. Uvedený brzdný rezistor je také možné podle potřeby použít u motorů s napájením 400 V bez vnitřního brzdného rezistoru. Tabulka 1.6 Brzdný rezistor pro frekvenční měnič D1-N Číslo zboží Označení Odpor [Ω] Jmenovitý výkon Hmotnost [g] L1 [mm] L2 [mm] W [mm] H [mm] L [mm] [W] 8-09-0015 Brzdný rezistor 80 300 305 155 144 36 27 600 H W L L2 L1 4,5 Jednotka: mm MĚNIČE A SERVOMOTORY hiwin s.r.o., INFO@hiwin.cz, www.hiwin.cz 16 / 17
1.5.6.4 Síťový filtr Tabulka 1.7 Síťový filtr pro frekvenční měnič D1-N Číslo zboží Označení Typ Jmenovitý proud [A] Svodový proud [ma] Množství 8-09-0485 Síťový filtr k frekvenčnímu měniči D1-N, FN2412-8-44 8,0 3,4 1 1fázový Feritové jádro 2 8-09-0379 Síťový filtr k frekvenčnímu měniči D1-N, FN3258-7-45 8,0 33 1 3fázový Feritové jádro 2