Идеальный исполнитель – новый сервопривод CMMT-AS от Festo

Если задуматься об идеальном сервоприводе с сетевым управлением, то какие особенности наиболее важны? Основные, пожалуй, такие:

• Простота параметризации и интеграции в систему управления,
• Удобство монтажа и компактные размеры,
• Невысокая стоимость при высоких технических характеристиках.

Именно этими исходными предпосылками и руководствовалась компания Festo при разработке семейства отдельно стоящих сервоприводов CMMT. В рамках этого семейства разработано два продукта: CMMT-AS – контроллер синхронных серводвигателей и CMMT-ST – контроллер шаговых серводвигателей. Уделим основное внимание версии CMMT-AS.

Общие сведения

Контроллер двигателя CMMT-AS представляет собой отдельно стоящий сервоусилитель для управления движением синхронного двигателя по одной оси. Основным способом управления является управление по сети Ethernet реального времени (EtherCAT, Profinet, Ethernet/IP или ModbusTCP).

В состав CMMT-AS входят:

• сетевой фильтр ЭМС
• электроника для стабилизации напряжения промежуточного контура
• выходной каскад (для управления двигателем)
• тормозной резистор (встроен в охлаждающий радиатор)
• тормозной прерыватель (включает тормозной резистор при необходимости в промежуточном контуре)
• температурные датчики (для контроля температуры силового модуля и воздуха в устройстве)

Контроллер двигателя имеет раздельное питание логики и нагрузки для высокой надежности и безопасности. Регулятор сервопривода позволяет подсоединить 2 энкодера: один двигателя, а второй внешний на выходном звене. Кроме того, контроллер имеет выход для прямого подключения удерживающего тормоза двигателя и выход для активации внешнего механического фиксатора. Вместо внутреннего тормозного резистора при необходимости можно подсоединить внешний тормозной резистор.

Конструктивные особенности

Основой конструкции CMMT-AS является эффективный литой радиатор (Рис.1). Прямо на его поверхность монтируется силовой полупроводниковый модуль для наилучшего охлаждения и максимальной мощности. Электроника разделена на три печатных платы: силовая, управления и обеспечения безопасности. Такое решение позволяет получить компактные размеры, лучшую электромагнитную совместимость, а также универсальность управляющих модулей для разных типоразмеров. Например, для однофазного контроллера мощностью 700Вт корпус имеет габариты 170x170x50мм.

Сам корпус сервопривода выполнен из высококачественного пластика и не принимает участие в охлаждении контроллера. Такое решение позволяет монтировать CMMT в шкафу управления практически вплотную друг к другу. Все клеммы и разъемы для подключения расположены сверху и с передней части корпуса. Это позволяет располагать CMMT в шкафу максимально низко. Таким образом, при наличии нескольких сервоприводов в системе можно существенно сокращать размеры шкафа управления (в некоторых случаях в разы).

Электрическое подключение

Для электрического подключения используются верхняя и передняя грани корпуса. В качестве разъемов подключения энкодеров, синхронизации и сетевых интерфейсов использованы стандартные разъемы RJ45 промышленного исполнения. Для подключения питания, обмоток двигателя, а также тормоза и термодатчика, логических и аналоговых сигналов, концевых выключателей и тормозного резистора (в том числе и встроенного) используются разъемные пружинные клеммы. Использование стандартных разъемов и клемм позволяет легко, быстро и с небольшими затратами на подключение смонтировать CMMT. Для подключения кабеля двигателя предусмотрен литой фиксатор кабеля (Рис.2), который также выполняет заземление корпуса двигателя через зажим экрана кабеля.

Существует два варианта подключения питания: индивидуальное и проходное. При индивидуальном подключении (однорядные ответные клеммы) питания на каждый контроллер подается независимо питание логики постоянного тока и питание нагрузки переменного тока при этом на каждый контроллер необходимо установить свое предохранительное устройство (автомат). В случае проходного (рис.3) подключения питания (использование двурядных клемм при соблюдении допустимого тока) возможно соединение нескольких контроллеров CMMT в параллель по питанию и звену постоянного тока. В этом случае достаточно подать питание только на первый контроллер, а остальные контроллеры подключить перемычками. Помимо питания возможно объединить и промежуточные контуры постоянного тока нескольких контроллеров при этом, в отличии от стандартных контроллеров мощность тормозных резисторов всех контроллеров суммируется.

Электрическое подключение сетевых интерфейсов управления (EtherCAT, Profinet, Ethernet/IP, ModbusTCP) выглядит похожим образом. На контроллере CMMT присутствует два интерфейсных разъема: вход и выход. От ПЛК приходит кабель на вход первого контроллера, а с выхода коротким кабелем перемычкой происходит подключение следующего на его вход и так далее. Такой принцип подключения питания и сетевых интерфейсов позволяет существенно упростить электромонтаж, снизить затраты и повысить компактность системы управления.

Функциональные особенности

Семейство контроллеров CMMT (Рис.4) – это универсальные сетевые сервоприводы. Встроенные интерфейсы на базе Ethernet протоколов реального времени обеспечивают современное высокоскоростное управление позиционированием и интерполированными перемещениями.

Универсальный основной энкодерный вход позволяет подключать серводвигатели с различными интерфейсами энкодера: Hiperface, EndDat, RS-422 инкементальный, sin/cos 1Vpp. Поддерживаются все линейки серводвигателей Festo, а также сторонние типы двигателей. Также предусмотрен дополнительный энкодерный вход для подключения внешней системы измерения. Этот вход воспринимает стандарты: RS-422 инкрементальный и sin/cos 1Vpp.

Отдельно от энкодерных входов предусмотрен интерфейс импульсной синхронизации. Через этот интерфейс возможно простым способом обеспечить прямую электронную синхронизацию до 16 сервоприводов.

Для простой настройки сторонней механики или при сложности в калькуляции нагрузки предусмотрена функция Auto Tuning (автонастройка). Эта функция запускается при параметризации через компьютер. При этом привод осуществляет тестовые перемещения. После процедуры можно записать полученные параметры в конфигурацию.

Для задач, где происходит существенное изменение параметров нагрузки и режима работы сервопривода (например, при смене захватных устройств манипулятора) предусмотрено 3 набора параметров. Переключение между ними может происходить во время работы. При этом учитывается не только параметры нагрузки, но и способы управления.

В качестве опции предусмотрена цветная панель оператора CDSB с тачскрином. Эта панель позволяет осуществлять диагностику устройства с выводом на экран и сбросом сообщений об ошибках и предупреждениях; проводить мониторинг состояния устройства с выводом на экран переменных устройства (перемещения, электрические, термические, логические сигналы и т.д.), а также производить некоторые настроечные операции (например, сетевые настройки). Эту панель можно устанавливать одну на шкаф с несколькими устройствами (контроллеры двигателя CMMT и ПЛК CPX-E) и переключать в горячем режиме между ними.

Сетевая интеграция

Одним из существенных моментов при разработке семейства CMMT стала гладкая интеграция контроллеров двигателей в системы управления. Поскольку при проектировании современного оборудования прослеживается тренд в применении интерфейсов на базе промышленного Ethernet, то за основу и взяты самые распространенные из них: EtherCAT, ProfiNET, Ethernet/IP и ModbusTCP. При этом протокол EtherCAT становится для Festo базовым для всех новых электронных устройств (Рис.5). Уже сейчас доступны ПЛК с функциями управления движением семейства CPX-E, которые оснащаются EtherCAT-мастером, а также целый ряд периферийных устройств. Выбор в пользу EtherCAT сделан не случайно. Это высокоскоростной интерфейс, который поддерживает полную функциональность управления движением как при простом позиционировании, так и при интерполяции. Более того, EtherCAT является своего рода приемником интерфейса CANopen (базовый интерфейс Festo до настоящего момента) на более современном физическом уровне. Так, например, профиль CiA402, с успехом реализованный в CANopen, теперь поддерживается и в EtherCAT.

Для гладкой интеграции в систему управления разработаны функциональные блоки максимально точно соответствующие специализированном профилям. Для EtherCAT – это профиль управления движением CiA402, для PROFINET – это профиль управления сервоприводом PROFIdrive. Такой подход позволяет с легкостью интегрировать контроллеры двигателя CMMT в системы с ПЛК Omron (семейство NX/NJ), Beckhoff, Festo, Siemens, Rockwell Automation и т.д.

Программное обеспечение Festo Automation Suite

Одновременно с разработкой сервоусилителей CMMT и контроллеров движения CPX-E компания Festo разработала новый программный комплекс для настройки, параметризации, диагностики и программирования новых линеек электронных устройств – Festo Automation Suite. Этот программный продукт позволяет как работать с устройствами индивидуально, так и создавать комплексные проекты (Рис.6).

Все начинается с создания общей архитектуры системы управления на заглавном экране. Помещением устройства в рабочее поле в проект сразу интегрируется соответствующий плагин. Соединение устройств между собой (например, линия от ПЛК к сервоприводу) сразу же инициализирует сетевое взаимодействие и в ПЛК будут доступны переменные сервопривода без дополнительных установок и инициализаций функциональных блоков.

Обращение к каждому элементу запускает свой модуль, также интегрированный в Festo Automation Suite. Для CMMT-AS – это модуль конфигурации сервопривода (Рис.7).

Кроме того, прямо из интерфейса Festo Automation Suite доступна для скачивания вся документация соответствующих используемых элементов (через интернет).

График выхода на рынок версий семейства CMMT

Поскольку переход на новую платформу автоматизации для Festo – серьезный шаг, то и продукты будут появляться поэтапно. В настоящий момент уже доступны версии CMMT-AS 350 и 700 Вт с однофазным питанием 220В и EtherCAT протоколом. До конца 2018 года должны стать доступны версии с трехфазным питанием 380В мощностью до 2.5 кВт с интерфейсами EtherCAT и PROFINET. В течении 2019 года появится контроллер шагового двигателя CMMT-ST и версии CMMT-AS с протоколами Ethernet/IP и ModbusTCP.

Идеальный исполнитель – сервопривод CMMT

Разрабатывая новую линейку сервоприводов CMMT, компания Festo сделала все, чтобы создать идеальный сетевой сервопривод. И можно сказать это получилось.

В самом деле:

• контроллеры двигателей CMMT легко и быстро настроить с помощью Festo Automation Suite,
• встроенные Ethernet промышленные интерфейсы с поддержкой профилей управления движения обеспечивают гладкую интеграцию в систему управления,
• инновационная конструкция обеспечивает компактные размеры, простоту подключения и монтажа