Неприхотливый общепромышленный ПЧ Delta серии VFD-C2000 может быть использован для решения многих задач позиционирования, где достаточна точность около миллиметра.
Позиционирование является одной из основных задач электропривода, особенно в задачах управления движением (motion control). Например, это может быть позиционирование рабочего органа манипулятора или подъемника, инструмента или детали в оборудовании для обработки и резания различного материала, управление движением маркировочной головки и маркируемого материала, перемещение дозаторов в системе наполнения, датчиков в лабораторном оборудовании и системах контроля качества и т.п.
Если шуточно обобщить, то машиностроители сталкиваются всего с тремя проблемами — это «не едет», «переезжает» или «не доезжает».
Прецизионное позиционирование с точностью от десятых долей миллиметра и выше, учитывающее множество дополнительных факторов, успешно решается с помощью сервоприводов производства Delta Electronics семейства ASD.
Однако и общепромышленный ПЧ Delta VFD-C2000 со всей своей неприхотливостью и широким рядом моделей разной мощности может быть использован для многих задач позиционирования. Например, в приложениях (не прецизионных), для которых достаточна точность позиционирования около миллиметра.
Далее описывается порядок конфигурирования универсального ПЧ серии VFD-C2000 для решения задачи позиционирования и процедура передачи уставки позиции по протоколу Profibus из ПЛК Siemens S7, используя TIA PORTAL.
Для того, чтобы иметь возможность работать в режиме позиционирования, необходимо установить в ПЧ VFD-C2000 дополнительную плату энкодера, соответствующую его типу, например, EMC-PG01, а также плату CMP-01 интерфейса Profibus-DP. Для исключения отказа энкодера необходимо соединить землю (GND) его платы к общей линии земли GND.
Установка и конфигурация энкодера
Правильный выбор энкодера является основополагающим фактором успеха для решения конкретной задачи позиционирования. Например, если требуется быстрая реакция, необходимо обратить внимание на частоту сигнала энкодера и его совместимость с частотой опроса платы EMG-PG01.
Для максимального соответствия требованиям применения ПЧ VFD-C2000 поддерживают разные типы энкодеров как производства компании Delta, так и других производителей, на разное напряжение питания и по разным схемам подключения. Более подробная информация изложения в разделе 3 руководства пользователя VFD-C2000.
Конфигурация двигателя
Считается, что синхронные двигатели на постоянных магнитах более подходят для задач позиционирования. ПЧ VFD-C2000 в режиме позиционирования могут управлять как синхронными, так и обычными асинхронными двигателями.
Для использования ПЧ в векторном режиме необходимо провести процедуру автотестирования двигателя. Если есть возможность отсоединить двигатель от нагрузки, то рекомендуется провести автонастройку с вращением ротора, поскольку это может улучшить характеристики позиционирования.
Поиск начального положения
Инкрементальные энкодеры не запоминают свою позицию при пропадании питания, поэтому сразу же после включения необходимо найти точку отсчета, относительно которой будут задаваться дальнейшие перемещения.
Процесс поиска начального положения называется хомингом (homing). В этом процессе задействованы 3 дискретных входа ПЧ: два для концевых выключателей предельных позиций, ограничивающих область поиска и один — собственно сигнал достижения начальной точки отчета.
Схема поиска точки отсчета (Reference ORG) представлена на рисунке ниже (NL и PL — конечные путевые выключатели).
Для VFD-C2000 существует множество режимов поиска начального положения, задаваемого параметром 0-40. В руководстве по эксплуатации ПЧ приведены 8 возможных диаграмм скоростей поиска начальной позиции.
Позиционирование
После того, как правильно настроен векторный режим ПЧ и успешно найдена начальная позиция, для включения режима позиционирования требуется выполнить 3 простых шага:
После этого управление будет выполняться внешним ПЛК, в данном случае Siemens S7, по протоколу Profibus DP.
Единицей измерения перемещения являются импульсы или фронты импульсов энкодера. За каждый оборот вала экодер со стандартным двухфазным выходным сигналом ABZ генерирует N имульсов и 4N фронтов (передние и задние фронты A и B сигналов). Таким образом, энкодер с разрешением 2500 импульсов на оборот генерирует 2500х4 = 10 000 фронтов, которые и считаются преобразователем частоты.
При использовании ПЛК в VFD-C2000 команды позиционирования всегда задаются в количестве фронтов. В нашем примере именно это количество должно пересылаться через Profibus PZD память.
Если энкодер выдает 1024 импульса на оборот, тогда в одном обороте будет 4096 фронтов. Поэтому, если мы измеряем перемещение в оборотах, команда на перемещение должна равняться 4096 x число оборотов.
Настройка ПЛК S7-1500 и сети Profibus-DP
TIA портал начинает «видеть» преобразователь частоты VFD-C2000 после установки файла Delta C2000.gsd в конфигурацию оборудования
Далее необходимо определить данные, которые будут пересылаться из ПЧ в ПЛК и обратно.
После этого в ПЛК заводятся теги, а также добавляются необходимые функциональные блоки обмена в организационный блок OB1. Фрагмент программы обмена ПЛК S7-1500:
В данном примере в ПЧ из ПЛК будут передаваться
ПЛК будет циклически получать из преобразователя частоты реальное положение вала двигателя.
Таким образом, настройка режима позиционирования преобразователя частоты, поиск начальной позиции, само позиционирование и мониторинг реального положения вала осуществляется с помощью программы ПЛК Siemens.
При написании программы следует помнить, что ПЛК Siemens наследуют архитектуру регистров компании Motorola, в результате чего по сети Profibus DP вначале пересылается младший байт слова позиции, а затем старший.
Отладка
Все передаваемые в ПЧ данные, а также данные, получаемые из него, отображаются в стандартной таблице Watch table TIA Portal. Пользователь имеет возможность не только контролировать, но и изменять эти данные в реальном времени.
Кроме того, позицию можно считывать со стандартного пульта VFD-C2000.
Векторный режим ПЧ VFD-C2000
Точность и качество отработки команд позиционирования во многом зависит от качества настройки векторного режима ПЧ VFD-C2000. Построен он по классической схеме с использованием преобразований Кларка и Парка и переходом к вращающейся системе координат с обратной связью.Множество тонких настроек позволяет добиться большей точности, удерживающего момента и плавности хода.
Архитектура векторного режима ПЧ VFD-C2000:
C помощью дополнительных параметров можно настроить полосу пропускания регуляторов на высокой, низкой и нулевой скорости, времена разгона и замедления, токи намагничивания.
Заключение
Штатный режим позиционирования P2P универсального ПЧ Delta Electronics серии ПЧ VFD-C2000обладает достаточным функционалом для решения большинства задач позиционирования средней точности.
Команда на позиционирование может поступать как в виде импульсов на импульсный вход привода, так и по широко распространенным полевым шинам Modbus, Profibus, CAN от управляющих устройств Delta Electronics или сторонних производителей. Кроме того, самим ПЧ и его позиционированием можно управлять с помощью встроенного в преобразователь ПЛК.Независимо от источника задания позиции (команды), ПЧ сам ищет начальную точку и обрабатывает сигналы концевых выключателей по одному из 8-ми готовых алгоритмов при первом включении питания.
Широкий ряд моделей с мощностью до 500 кВт, возможность использования недорогих асинхронных двигателей, неприхотливость, доступность на складе, конкурентоспособная цена, встроенный полноценный ПЛК, совместимость с популярными полевыми шинами, бесплатное ПО —все это позволяет быстро решать часто встречающиеся задачи позиционирования в различных отраслях и делают эти решения привлекательными по цене.
Настоящая статья не является пошаговым руководством, а лишь демонстрирует принцип реализации непрецезионного позиционирования с помощью общепромышленных ПЧ Delta Electronics VFD-C2000.
Более подробную информацию можно получить в документах на английском языке ниже, а также у авторизованного дистрибьютора Delta Electronics IABG в России.
Состав системы позиционирования на базе ПЧ Delta VFD-C2000:
| № | Наименование | Количество |
|---|---|---|
| 1 | ПЧ Delta VFD-C2000 | 1 |
| 2 | Двигатель с энкодером | 1 |
| 3 | EMC-PG01 - плата энкодера | 1 |
| 4 | ПЛК S7-1500 с прошивкой Profibus версии не ниже 1.8 (если ниже, требуется обновление) | 1 |
| 5 | TIA PORTAL V12/V13 | 1 |
| 6 | Кабель Profibus DP с разъемами со встроенными нагрузочными резисторами, удовлетворяющий спецификации Profibus | 1 |
