ΑΜ MPL-B320P-SJ72A Αλεν-Μπράντλεϊ MPLB430PSJ72AA Μοντέρες χαμηλής αδράνειας

Allen-Bradley MPL-B320P-SJ72A | Kinetix MP-Series Low-Inertia Brushless Servo Motor — 1.5kW, 3.05Nm, 5000RPM, 400V, 1024 Sin/Cos Hiperface Encoder, SpeedTEC DIN

Επισκόπηση

Ο Allen-Bradley MPL-B320P-SJ72A είναι ένας κινητήρας σερβοκινητήρα AC χωρίς ψήκτρες χαμηλής αδράνειας της σειράς Kinetix MP στην κατηγορία 400V, παρέχοντας 1,5 kW με συνεχή ροπή ακινητοποίησης 3,05 Nm και ονομαστική ταχύτητα 5.000 σ.α.λ. Το καθοριστικό χαρακτηριστικό που τον διαφοροποιεί από την μεταγενέστερη αναθεώρηση στην ίδια φυσική οικογένεια είναι η συσκευή ανάδρασης: ένας απόλυτος κωδικοποιητής μίας περιστροφής 1024 sin/cos που λειτουργεί στο πρωτόκολλο Hiperface.

Το Hiperface — ο υβριδικός κωδικοποιητής σειριακής/αναλογικής διεπαφής που αναπτύχθηκε από την Stegmann — συνδυάζει δύο κανάλια επικοινωνίας σε ένα καλώδιο: ένα αναλογικό κανάλι που εξάγει τους 1024 κύκλους ημιτόνου/συνημιτόνου ανά περιστροφή ακατέργαστου σήματος θέσης, και ένα ψηφιακό σειριακό κανάλι RS-485 που μεταφέρει δεδομένα απόλυτης θέσης, αναγνώριση κινητήρα και διαγνωστικές πληροφορίες.

Η μονάδα ελέγχου επεξεργάζεται και τα δύο κανάλια ταυτόχρονα, χρησιμοποιώντας τους αναλογικούς κύκλους sin/cos για παρεμβολή υψηλής ανάλυσης κατά τη διάρκεια της κίνησης και το ψηφιακό σειριακό κανάλι για την ανάγνωση της απόλυτης θέσης κατά την εκκίνηση. Αυτό που εξέρχεται από τον κωδικοποιητή ως 1024 κύκλοι φτάνει στη μονάδα ελέγχου παρεμβαλλόμενο σε πολύ λεπτότερη γωνιακή ανάλυση — η πρακτική ακρίβεια θέσης υπερβαίνει αυτό που υποδηλώνει μόνο ο αριθμός των κύκλων.

Αυτός ο συνδυασμός κωδικοποιητή και πρωτοκόλλου ήταν το πρότυπο ακριβείας ανάδρασης για τις πλατφόρμες μονάδων ελέγχου Kinetix 6000 και 7000 όταν ο MPL-B320P-SJ72A ενσωματώθηκε σε μηχανές παραγωγής.

Πολλές εγκαταστάσεις που εξακολουθούν να λειτουργούν αυτές τις γενιές μονάδων ελέγχου απαιτούν αυτήν ακριβώς τη διεπαφή ανάδρασης — μια νεότερη παραλλαγή ψηφιακού κωδικοποιητή υψηλής ανάλυσης δεν θα επικοινωνήσει στο κανάλι Hiperface γύρω από το οποίο είναι σχεδιασμένο το κύκλωμα ανάδρασης της μονάδας ελέγχου.

Βασικές Προδιαγραφές

Ο Κωδικοποιητής Hiperface — Πώς οι 1024 Sin/Cos Γίνονται Δεδομένα Λεπτής Θέσης

Ο κωδικοποιητής 1024 sin/cos στον MPL-B320P-SJ72A παράγει ένα πλήρες κύμα ημιτόνου και ένα πλήρες κύμα συνημιτόνου για κάθε 1/1024 της περιστροφής του κινητήρα. Σε ακατέργαστους όρους, 1024 κύκλοι ανά περιστροφή σημαίνουν ότι τα αναλογικά κανάλια ολοκληρώνουν έναν πλήρη ηλεκτρικό κύκλο 360° κάθε 0,352° περιστροφής του άξονα.

Ωστόσο, οι 1024 κύκλοι/περιστροφή είναι το σημείο εκκίνησης, όχι η τελική ανάλυση με την οποία λειτουργεί η μονάδα ελέγχου.

Το κύκλωμα επεξεργασίας ανάδρασης της μονάδας ελέγχου Kinetix δειγματοληπτεί την στιγμιαία πλάτος τόσο των καναλιών ημιτόνου όσο και συνημιτόνου με υψηλή ταχύτητα και υπολογίζει τη γωνιακή θέση εντός κάθε κύκλου χρησιμοποιώντας έναν υπολογισμό arctangent — μια διαδικασία που ονομάζεται παρεμβολή.

Οι λόγοι παρεμβολής 256:1 ή υψηλότεροι είναι συνηθισμένοι σε μονάδες ελέγχου σερβοκινητήρων ακριβείας, μετατρέποντας κάθε μηχανικό κύκλο 1/1024 σε 256 ή περισσότερες παρεμβαλλόμενες θέσεις.

Η αποτελεσματική ανάλυση στην είσοδο της μονάδας ελέγχου φτάνει επομένως στις δεκάδες χιλιάδες μετρήσεις ανά περιστροφή, ένα μέγεθος που καθορίζεται από το υλικό παρεμβολής της μονάδας ελέγχου και όχι μόνο από τον αριθμό των κύκλων του κωδικοποιητή.

Το δεύτερο κανάλι — ο σύνδεσμος Hiperface RS-485 — μεταφέρει το μητρώο απόλυτης θέσης. Κατά την ενεργοποίηση, η μονάδα ελέγχου διαβάζει αυτό το μητρώο για να γνωρίζει την ακριβή θέση του άξονα εντός της τρέχουσας περιστροφής χωρίς καμία κίνηση.

Στη συνέχεια, η μονάδα ελέγχου παρακολουθεί τη θέση από αυτήν την αναφορά χρησιμοποιώντας τα δεδομένα sin/cos παρεμβαλλόμενα με λεπτή ανάλυση.

Το αποτέλεσμα είναι ένα σύστημα ανάδρασης που συνδυάζει την απόλυτη βεβαιότητα εκκίνησης ενός ψηφιακού μητρώου θέσης με την ανάδραση ταχύτητας υψηλής ανάλυσης και υψηλού εύρους ζώνης ενός αναλογικού καναλιού sin/cos — δύο εργασίες, ένα καλώδιο, ένας σύνδεσμος κωδικοποιητή.

Απόλυτο Μίας Περιστροφής — Τι Παρέχει και Τι Δεν Παρέχει

Απόλυτο μίας περιστροφής σημαίνει ότι ο κωδικοποιητής γνωρίζει τη γωνιακή θέση εντός μίας πλήρους περιστροφής του άξονα από την ενεργοποίηση. Τη στιγμή που αρχικοποιείται η μονάδα ελέγχου Kinetix, διαβάζει μια τιμή θέσης μεταξύ 0 και 359,999...° από το σειριακό κανάλι Hiperface χωρίς να απαιτείται κίνηση του άξονα.

Αυτό που δεν παρέχει είναι η γνώση του πόσες πλήρεις περιστροφές έχουν συσσωρευτεί από την τελευταία αρχικοποίηση του κωδικοποιητή.

Μετά από διακοπή ρεύματος, εάν ο άξονας έχει κινηθεί κατά μία ή περισσότερες πλήρεις στροφές — μέσω αδράνειας, χειροκίνητης κίνησης ή μηχανικής ολίσθησης — η μονάδα ελέγχου θα διαβάσει μια σωστή γωνιακή θέση εντός της στροφής, αλλά δεν μπορεί να προσδιορίσει την απόλυτη θέση πολλαπλών στροφών χωρίς μια διαδρομή αναφοράς (homing).

Στην πράξη αυτό σημαίνει: μετά από κάθε κύκλο τροφοδοσίας σε έναν γραμμικό άξονα με περισσότερες από μία στροφές κινητήρα, απαιτείται μια επιστροφή αναφοράς για την επαναφορά της απόλυτης θέσης πολλαπλών στροφών.

Για περιστροφικούς άξονες με λιγότερο από μία περιστροφή συνολικής διαδρομής, ή για εφαρμογές όπου η απόλυτη θέση εντός της στροφής είναι επαρκής, ο κωδικοποιητής μίας περιστροφής εξαλείφει εντελώς την ανάγκη για homing. Η παραλλαγή πολλαπλών περιστροφών Hiperface — η σειρά με κωδικό MJ στην ίδια οικογένεια κινητήρων — επεκτείνει τη διατήρηση της απόλυτης θέσης σε πολλαπλές περιστροφές για εφαρμογές όπου η εξάλειψη της απαίτησης για homing σε όλη την πλήρη διαδρομή του άξονα είναι λειτουργική απαίτηση.

3,05 Nm Συνεχής, 7,91 Nm Μέγιστη — Η Ίδια Πλατφόρμα Απόδοσης

Οι προδιαγραφές ροπής του MPL-B320P-SJ72A είναι πανομοιότυπες με την μεταγενέστερη αναθεώρηση SJ72AA: 3,05 Nm συνεχής ακινητοποίηση, 7,91 Nm μέγιστη, 4,5A συνεχές και 14,0A μέγιστο ρεύμα ακινητοποίησης. Η αναθεώρηση του κωδικοποιητή δεν αλλάζει τον ηλεκτρομαγνητικό σχεδιασμό του κινητήρα, τον ρότορα με μαγνήτες σπάνιων γαιών ή τα χαρακτηριστικά περιέλιξης — μόνο η συσκευή ανάδρασης και η διεπαφή επικοινωνίας της άλλαξαν μεταξύ των αναθεωρήσεων.

Στην ονομαστική ταχύτητα 5.000 σ.α.λ. και έξοδο 1,5 kW, η περιέλιξη κλάσης Β 400V είναι η κατάλληλη κατηγορία τάσης για ευρωπαϊκές και παγκόσμιες τριφασικές βιομηχανικές παροχές 400–480V.

Ο ρότορας με μόνιμους μαγνήτες σπάνιων γαιών που παράγει 3,05 Nm συνεχώς σε ένα περίβλημα 100 mm, 50,8 mm στοίβας, διατηρεί την αδράνεια του ρότορα στα 0,000078 kg·m² — αρκετά χαμηλή ώστε η μάζα του κινητήρα να συμβάλλει ελάχιστα στη συνολική αδράνεια του συστήματος που βλέπει η μονάδα ελέγχου, επιτρέποντας στην διαθέσιμη μέγιστη ροπή 7,91 Nm να επιταχύνει κυρίως το φορτίο παρά τον ίδιο τον κινητήρα.

Η μόνωση κλάσης Η στους 180°C παρέχει το θερμικό περιθώριο που απαιτεί η συνεχής βιομηχανική χρήση.

Η σωστή τοποθέτηση — η διαδρομή θερμότητας του κινητήρα είναι μέσω της όψης φλάντζας του στη δομή του μηχανήματος — απαιτεί επαρκή θερμική επαφή μεταξύ της όψης τοποθέτησης του κινητήρα και του μηχανήματος. Η τοποθέτηση σε θερμικά μονωτικά υλικά ή με υπερβολικό κενό διεπαφής μειώνει την αποτελεσματική συνεχή ονομαστική ροπή του κινητήρα κάτω από την τιμή της πινακίδας.

Σύνδεσμος SpeedTEC DIN και Άξονας με Κλειδί

Ο κυκλικός σύνδεσμος SpeedTEC DIN ορθής γωνίας στην περιστρεφόμενη διαμόρφωση 180° είναι η ίδια μηχανική διεπαφή που χρησιμοποιείται σε όλη τη σειρά MPL σε αυτόν τον κωδικό συνδέσμου.

Ένας μηχανισμός ασφάλισης με μισόστροφη κίνηση ενεργοποιεί πλήρως τον σύνδεσμο στο χρόνο που απαιτείται για να περιστραφεί από ξεκλείδωτη σε κλειδωμένη θέση — αξιόπιστο, επαναλήψιμο και επιβεβαιωμένο από την απτική και ακουστική επιβεβαίωση πλήρους εμπλοκής.

Η περιστροφή 180° της κεφαλής ορθής γωνίας επιτρέπει τη ρύθμιση της κατεύθυνσης εξόδου του καλωδίου πριν από την ασφάλιση, προσανατολίζοντας το καλώδιο προς τη διαδρομή δρομολόγησης χωρίς τάση στο καλώδιο στον κινητήρα.

Η προεξοχή του άξονα με κλειδί παρέχει θετική περιστροφική εμπλοκή μεταξύ κινητήρα και ζεύξης.

Στα 3,05 Nm συνεχούς ακινητοποίησης και 7,91 Nm μέγιστης, το κλειδί αποτρέπει οποιαδήποτε περιστροφική ολίσθηση μεταξύ άξονα και κόμβου ανεξάρτητα από την κατάσταση της δύναμης σύσφιξης — ιδιαίτερα σημαντικό για εφαρμογές με συχνές αντιστροφές επιτάχυνσης όπου η κυκλική φόρτιση ροπής καταπονεί επανειλημμένα τη διεπαφή άξονα-ζεύξης σε εναλλασσόμενες κατευθύνσεις.

Το κλειδί παρέχεται με τον κινητήρα. ο κόμβος ζεύξης πρέπει να κατεργαστεί με αντίστοιχη υποδοχή κλειδιού στην σωστή ανοχή για τη διάμετρο του άξονα του κινητήρα.

Δεν υπάρχει εργοστασιακά εγκατεστημένη στεγανοποίηση άξονα. Χωρίς στεγανοποίηση, η βαθμολογία IP ποικίλλει ανάλογα με τον προσανατολισμό τοποθέτησης όπως σημειώνεται παραπάνω.

Για εγκαταστάσεις όπου το κενό του άξονα θα εκτεθεί σε υγρά διεργασίας, ψυκτικό υγρό ή σημαντική μόλυνση, το κατάλληλο κιτ στεγανοποίησης άξονα — παραγγέλλεται ξεχωριστά με αναφορά στον κατάλογο στεγανοποίησης άξονα MPL — παρέχει προστασία άξονα με βαθμολογία IP66 όταν εγκατασταθεί σωστά πριν τοποθετηθεί η ζεύξη.

Συμβατότητα Μονάδων Ελέγχου Kinetix και Ιδιαιτερότητες Πρωτοκόλλου Hiperface

Ο MPL-B320P-SJ72A και η διεπαφή κωδικοποιητή Hiperface είναι εγγενώς συμβατοί με τις οικογένειες μονάδων ελέγχου Kinetix 6000, Kinetix 6200/6500, Kinetix 7000, και Ultra3000 — οι πλατφόρμες μονάδων ελέγχου της Rockwell Automation που έχουν σχεδιαστεί για να επεξεργάζονται ανάδραση πρωτοκόλλου Hiperface στις κάρτες διεπαφής κινητήρα τους.

Το πρωτόκολλο Hiperface λειτουργεί μέσω ενός συγκεκριμένου καλωδίου και διάταξης ακροδεκτών στον ακροδέκτη ανάδρασης κινητήρα της μονάδας ελέγχου.

Η μονάδα ανάδρασης της μονάδας ελέγχου πρέπει να υποστηρίζει Hiperface — δεν το κάνουν όλες οι μονάδες Kinetix, και η μονάδα άξονα της μονάδας ελέγχου πρέπει να έχει ρυθμιστεί για τύπο ανάδρασης sin/cos και τις παραμέτρους σειριακής επικοινωνίας Hiperface.

Για συστήματα όπου η υπάρχουσα μονάδα ελέγχου είναι ήδη ρυθμισμένη για Hiperface με άλλο κινητήρα MPL, ο MPL-B320P-SJ72A είναι μια άμεση αντικατάσταση από πλευράς ανάδρασης, υποθέτοντας ότι η καλωδίωση τροφοδοσίας και φρένου του κινητήρα ταιριάζει επίσης.

Μια πρακτική παρατήρηση κατά την αντικατάσταση του SJ72A με τον μεταγενέστερο SJ72AA: ο SJ72AA χρησιμοποιεί μια διαφορετική διεπαφή κωδικοποιητή — ένα καθαρά ψηφιακό πρωτόκολλο ανάδρασης υψηλής ανάλυσης συμβατό με Kinetix 5500 και 5700 — όχι Hiperface.

Ο SJ72AA δεν είναι άμεση αντικατάσταση συμβατή με τον κωδικοποιητή για τον SJ72A σε μονάδα ελέγχου Kinetix 6000 ή Ultra3000 χωρίς να αλλάξει επίσης η μονάδα ανάδρασης της μονάδας ελέγχου ή η ίδια η μονάδα ελέγχου.

Συχνές Ερωτήσεις

Ε1: Ποια είναι η διαφορά μεταξύ του MPL-B320P-SJ72A και του MPL-B320P-SJ72AA;

Και οι δύο κινητήρες είναι φυσικά και ηλεκτρικά πανομοιότυποι — ίδιο πλαίσιο, ίδιο μήκος στοίβας, ίδια ροπή, ρεύμα, ταχύτητα, σύνδεσμος, άξονας και βαθμολογίες IP. Η μοναδική διαφορά είναι ο κωδικοποιητής. Ο SJ72A διαθέτει έναν απόλυτο κωδικοποιητή μίας περιστροφής 1024 sin/cos χρησιμοποιώντας πρωτόκολλο Hiperface, συμβατό με μονάδες ελέγχου Kinetix 6000, 7000 και Ultra3000.

Ο SJ72AA διαθέτει έναν νεότερο ψηφιακό κωδικοποιητή υψηλής ανάλυσης που χρησιμοποιεί διαφορετικό πρωτόκολλο ανάδρασης, συμβατό με Kinetix 5500 και 5700 εκτός από 6000 και 7000. Κατά την αντικατάσταση του SJ72A σε ένα υπάρχον μηχάνημα, ο κωδικοποιητής του κινητήρα αντικατάστασης πρέπει να ταιριάζει με το πρωτόκολλο ανάδρασης της εγκατεστημένης μονάδας ελέγχου — ο SJ72AA δεν μπορεί να αντικαταστήσει τον SJ72A σε μια μονάδα ελέγχου Kinetix 6000 ή Ultra3000 χωρίς αλλαγές στην πλευρά της μονάδας ελέγχου.

Ε2: Πώς η μονάδα ελέγχου επιτυγχάνει υψηλή ανάλυση θέσης από 1024 κύκλους sin/cos;

Η μονάδα ελέγχου δειγματοληπτεί τα στιγμιαία επίπεδα τάσης στα κανάλια εξόδου ημιτόνου και συνημιτόνου με υψηλό ρυθμό και υπολογίζει την κλασματική γωνία εντός κάθε κύκλου μέσω παρεμβολής arctangent.

Ένας λόγος παρεμβολής 256:1 μετατρέπει κάθε μηχανικό κύκλο 1/1024 σε 256 παρεμβαλλόμενες μετρήσεις θέσης, δίνοντας μια αποτελεσματική ανάλυση ανάδρασης περίπου 262.144 μετρήσεων ανά περιστροφή στη μονάδα ελέγχου — συγκρίσιμη με έναν ψηφιακό κωδικοποιητή 18-bit. 

Η πραγματική παρεμβαλλόμενη ανάλυση εξαρτάται από το υλικό επεξεργασίας ανάδρασης της μονάδας ελέγχου. Το βασικό σημείο: ο αριθμός των 1024 κύκλων δεν είναι η ανάλυση λειτουργίας. είναι η πρώτη ύλη που τα ηλεκτρονικά παρεμβολής της μονάδας ελέγχου μετατρέπουν σε ένα πολύ λεπτότερο σήμα θέσης.

Ε3: Ο κωδικοποιητής μίας περιστροφής στον SJ72A απαιτεί homing μετά από κύκλο τροφοδοσίας;

Για γραμμικούς άξονες ή περιστροφικούς άξονες με περισσότερες από μία στροφές κινητήρα συνολικής διαδρομής: ναι, μια διαδρομή αναφοράς (homing) απαιτείται συνήθως μετά από απώλεια τροφοδοσίας για την επαναφορά της απόλυτης θέσης πολλαπλών στροφών.

Το σειριακό κανάλι Hiperface παρέχει απόλυτη γωνιακή θέση εντός μίας περιστροφής κατά την ενεργοποίηση — αλλά δεν μπορεί να λάβει υπόψη πλήρεις στροφές που μπορεί να έχουν συμβεί κατά τη διάρκεια απώλειας τροφοδοσίας.

Για εφαρμογές όπου ο άξονας δεν μπορεί να κινηθεί κατά τη διάρκεια απώλειας τροφοδοσίας και η θέση εντός της στροφής κατά την ενεργοποίηση είναι γνωστό ότι είναι έγκυρη, η μονάδα ελέγχου μπορεί να αποδεχτεί απευθείας τη θέση του κωδικοποιητή χωρίς homing.

Η παραλλαγή πολλαπλών περιστροφών (κωδικός MJ) επεκτείνει τη διατήρηση της απόλυτης θέσης σε πολλαπλές περιστροφές, εξαλείφοντας αυτήν την απαίτηση για τις περισσότερες διαμορφώσεις άξονα.

Ε4: Τι συμβαίνει εάν ο σύνδεσμος SpeedTEC δεν είναι πλήρως κλειδωμένος;

Ένας μερικώς εμπλεκόμενος σύνδεσμος SpeedTEC κάνει ηλεκτρική επαφή, αλλά τα σήματα Hiperface sin/cos και σειριακό θα είναι ευάλωτα σε διακοπτόμενη επαφή που προκαλείται από δονήσεις.

Η αστοχία παρουσιάζεται ως σποραδικοί κωδικοί σφάλματος κωδικοποιητή στη μονάδα ελέγχου — συναγερμοί σφάλματος θέσης, συναγερμοί απώλειας ανάδρασης ή ασταθής συμπεριφορά ταχύτητας — αντί για ένα επίμονο σφάλμα που προσδιορίζει αμέσως την αιτία. 

Ο μηχανισμός ασφάλισης του συνδέσμου πρέπει να περιστραφεί στην πλήρως κλειδωμένη θέση μέχρι να αισθανθεί η επιβεβαίωση εμπλοκής. Σε κινητήρες που αφαιρούνται και επανεγκαθίστανται κατά τη συντήρηση, η επανα-επαλήθευση της εμπλοκής του συνδέσμου πριν από την ενεργοποίηση της μονάδας ελέγχου είναι η σωστή διαδικασία, και διαρκεί περίπου δύο δευτερόλεπτα.

Ε5: Ποιοι είναι οι κρίσιμοι έλεγχοι εγκατάστασης ειδικά για τον MPL-B320P-SJ72A;

Επιβεβαιώστε ότι η μονάδα ελέγχου Kinetix υποστηρίζει το πρωτόκολλο Hiperface πριν τη σύνδεση — χρησιμοποιήστε τη διαμόρφωση άξονα της μονάδας ελέγχου στο Studio 5000 για να επαληθεύσετε ότι ο τύπος ανάδρασης έχει οριστεί σε Hiperface/sin-cos, όχι σε αναλογικό ή ψηφιακό υψηλής ανάλυσης.

Επαληθεύστε ότι το καλώδιο ανάδρασης κινητήρα είναι κατάλληλο για Hiperface (το καλώδιο πρέπει να μεταφέρει τόσο τα αναλογικά ζεύγη sin/cos όσο και το διαφορικό ζεύγος RS-485 με σωστή θωράκιση — ένα τυπικό καλώδιο κωδικοποιητή που παραλείπει το ζεύγος RS-485 θα εμποδίσει την ανάγνωση απόλυτης θέσης, ακόμη και αν τα αναλογικά κανάλια συνδεθούν σωστά).

Εμπλέξτε πλήρως τον σύνδεσμο SpeedTEC πριν ενεργοποιήσετε τη μονάδα ελέγχου.

Επιβεβαιώστε ότι ο άξονας με κλειδί και η υποδοχή κλειδιού του κόμβου ζεύξης ταιριάζουν και ότι το στοιχείο συγκράτησης του κόμβου έχει σφιχτεί σύμφωνα με τις προδιαγραφές. Μετά την αρχική ενεργοποίηση, επαληθεύστε ότι η μονάδα ελέγχου διαβάζει μια σταθερή απόλυτη θέση πριν εκτελέσετε οποιαδήποτε εντολή κίνησης.