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G120 EPos配置方案及應用場景

閱讀：754        發(fā)布時間：2022-12-14

 

EPos功能就是基本定位器功能，它可計算出軸的運行特性，使軸以時間最佳的方式移動到目標位置。EPos功能主要包括：

  • 設定值直接給定（MDI）功能

  • 選擇程序段功能

  • 回參考點功能

  • 點動功能

  • 運行到固定擋塊功能

EPos功能通過處理給定的加速度、速度和位置值生成運行特性曲線，給到位置控制器，來實現軸位置的閉環(huán)控制（見圖1）。

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圖1  基本定位器和位置控制

 

 

 

Part 2

G120（CU250S-2）編碼器接口介紹

 

 

 

 

 

實現位置控制是需要配置編碼器的。G120的控制單元  CU250S-2共有三個編碼器接口，分別為端子接口，SubD接口以及DriveCliQ接口。這三個接口可以連接的編碼器的類型（見圖2）。

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圖2  CU250S-2控制單元編碼器接口及可以連接的編碼器類型

在使用位置控制時，可以選擇配置一個編碼器或者兩個編碼器，根據編碼器配置的數量，以及編碼器反饋值的去向就產生了下面的幾種配置方案。

 

 

 

Part 3

G120EPos配置方案

 

 

 

 

EPos控制需要用戶配置的有兩個閉環(huán)，一個是外環(huán)位置環(huán)，一個是內環(huán)速度環(huán)。對于EPos控制并不要求這兩個環(huán)都配置編碼器，其中速度環(huán)可以選擇開環(huán)或閉環(huán)，位置環(huán)則必須帶編碼器，但可以選擇使用電機軸上的編碼器或者負載側的編碼器。這樣就產生了下面的三種配置方案：

1)配置方案一：位置控制和轉速控制使用電機軸上的同一個編碼器
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圖3  位置控制和速度控制使用電機軸上的同一個編碼器


方案說明：圖3中位置控制器的反饋來自安裝在電機側的編碼器，轉速控制器的反饋也來自電機側的編碼器，這種位置控制的配置方式就是位置控制和轉速控制使用電機軸上的同一個編碼器。
 方案特點：這種方案對于轉速控制，電機旋轉的速度無需經過復雜的計算，就可以真實的反饋到速度控制器中，實現速度的閉環(huán)控制。但是對于位置控制，位置值首先需要使用編碼器計算出電機旋轉的圈數，然后通過減速比的計算，從而得出位置的反饋值。這里位置反饋值的準確度會受到減速比以及負載運行狀態(tài)的影響。
 方案的優(yōu)勢：

  • 這種配置可以節(jié)約成本，僅使用一個編碼器就可以讓轉速控制和位置控制都實現了閉環(huán)控制

  • 當負載側無法安裝編碼器時，此方案會是一個很好的選擇

  • 控制性能相對較好

  • 只需配置一個編碼器，調試會變得相對輕松

 

方案的限制：

  • 位置控制的準確度有一定程度的降低，降低程度取決于齒輪比

  • 在編碼器的類型選擇上會有限制

注意事項：
  • 由于編碼器是安裝在電機軸上，故只能選擇旋轉類型的編碼器，對于線性絕對值編碼器就無法使用這種配置方案了
  • 當使用增量編碼器反饋位置值時，當設備掉電后，當前的位置值無法保存，重新上電后，需要重新設置參考點
  • 當負載側出現機械滑差時，不能使用該配置。例如：使用皮帶傳動或是設備經常出現打滑的情況等
2)配置方案二：位置控制使用負載側的編碼器，轉速控制不使用編碼器
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圖4  僅位置控制使用負載側的編碼器


方案說明：圖4中位置控制器的反饋來自安裝在負載側的編碼器，轉速控制器采用V/f開環(huán)控制或是無編碼器的矢量控制，這種位置控制的配置方式就是位置控制使用負載側的編碼器，轉速控制不使用編碼器。
方案特點：這種方案對于位置控制，由于編碼器安裝在負載側，從編碼器上就可以直接得出位置值，直接反饋到位置控制器實現位置閉環(huán)。對于轉速控制，由于沒有使用編碼器，轉速的控制方式只能是v/f開環(huán)控制或無編碼器的矢量控制，這種控制方式由于內環(huán)轉速控制精度的降低，整體的控制精度也會降低很多。
方案的優(yōu)勢：
  • 這種配置可以節(jié)約成本，僅使用一個編碼器
  • 對于某些既要必須在負載側安裝編碼器又要節(jié)省成本的場合，此方案會是一個很好的選擇
  • 對速度控制動態(tài)響應要求不是很高的場合也能達到較好的控制效果
  • 只需配置一個編碼器，調試會變得相對輕松
方案的限制：
  • 位置控制的精度和動態(tài)響應有所降低
  • 由于速度環(huán)沒有連接編碼器，要想達到較好的控制效果，會對負載的類型有所限制
注意事項：
  • 因為編碼器是直接安裝在負載側，根據負載的類型來選擇合適的編碼器，對于線性往復運行的負載通常選擇線性絕對值編碼器，對于旋轉往復運行的負載通常選用旋轉絕對值編碼器
  • 對于工作在低頻大慣量的負載，不建議使用該方案
  • 在提升設備或是對電機的動態(tài)響應要求較高的場合不建議使用該種配置方案
  • 在使用該配置方案時 “移動到固定點停止”EPos功能無效 
3)配置方案三：位置控制使用負載側的編碼器，轉速控制使用電機軸上的編碼器
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圖5 位置控制使用負載側的編碼器，轉速控制使用電機軸上的編碼器


 方案說明：圖5中位置控制器的反饋值來自安裝在負載側的編碼器，轉速控制器的反饋值來自安裝在電機軸上的編碼器，這種位置控制的配置方式就是位置控制使用負載側的編碼器，轉速控制使用電機軸上的編碼器。
方案特點：這種方案位置閉環(huán)使用負載側的編碼器，避免了負載側打滑或減速比不準確導致的位置偏差。速度環(huán)使用電機軸上的編碼器，做速度閉環(huán)，可以達到很好的動態(tài)響應效果。
方案的優(yōu)勢：
  • 這種配置能夠提供*佳的控制效果，位置控制的精度和動態(tài)響應較高
  • 應用場合較多，使用范圍較廣
方案的限制：
  • 需要兩個編碼器，增加了成本
  • 對安裝設備提出了一些要求
注意事項：
  • 在CU250S-2配置兩個編碼器時，必須是做速度控制用的編碼器需要配置在編碼器1里面，做位置控制用的編碼器需配置在編碼器2里面。不能顛倒，速度控制的閉環(huán)只能使用編碼器1里面的反饋值
  • 需要考慮兩個編碼器分別使用控制單元上的哪兩個接口，例如端子接口只能輸出24V的電源并且只能連接HTL增量編碼器和旋轉變壓器，如果選擇的編碼器都是5V供電的編碼器，則只能使用SUB D 接口和DriveCliQ接口來連接了
4)三種配置方案的對比
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表1 三種配置方案的對比

 

 

 

Part 4

應用場景分析

 

 

 

 

EPos功能常使用在電梯，升降機，自動扶梯，輸送帶，輸送機，堆垛機，包裝機，輥床臺等場景。在這些場景下可以使用的配置方式也有所不同，這里介紹幾個典型的應用場景供大家參考。

1)場景一：汽車輸送框架的輥床
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圖6 汽車輸送框架輥床示意圖

 

汽車輸送框架輥床是給汽車生產線輸送框架的設備。汽車輥床臺需要提升和下放，并且需要在較短時間內精準到位。
 這個應用場景就采用方案一，即位置控制和轉速控制使用電機軸上的同一個旋轉絕對值編碼器來實現位置控制。
這種場景下采用配置方案一的好處：
  1. 負載側不好安裝位置編碼器
  2. 運動范圍是旋轉往復運行的和電機軸上必須安裝旋轉類型的編碼器匹配
  3. 節(jié)約成本
2)場景二：某汽車廠焊裝線的水平輥床

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圖7 汽車廠焊裝線的水平輥床

 

汽車廠焊裝線的水平輥床是用來輸送汽車零部件的設備，該輥床使用3KW的三相異步電動機來驅動。該場景就采用了方案二，即位置控制使用負載側的編碼器，速度控制采用SLVC的控制方式。
這種場景下使用配置方案二的好處是：
  1. 由于負載慣量小，速度環(huán)用SLVC的控制方式就能實現位置控制較好的動態(tài)響應效果
  2. 節(jié)約了成本
3)場景三：堆垛機
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圖8 立體倉庫的堆垛機

 

這是一個自動化立體倉庫的巷道堆垛機，它可以快速精準的完成立體倉庫取貨和放貨的工作，它的行走控制采用的就是配置方案三，位置環(huán)使用的是安裝在負載側的激光測距儀，速度環(huán)使用的是安裝在電機軸上的HTL增量編碼器。
這種場景下使用配置方案三的好處是：
  1. 堆垛機的慣量較大，在啟動和停止階段使用帶編碼器的速度閉環(huán)能達到較好的動態(tài)響應效果
  2. 堆垛機的行走距離較遠，位置控制采用獨立的位置檢測編碼器能實現精確的定位效果
  3. 堆垛機在運行時，速度較高，對定位精度和動態(tài)響應都有較高的要求

 

 

 

Part 5

總結

 

 

 

 

  1. 對于EPos控制需要配置編碼器，在選擇編碼器接口時要注意查看所連接的編碼器類型是否是該接口支持的類型。
  2. 對于三種配置方案，每種方案都有自己的優(yōu)勢和局限性，都對負載及編碼器有一些要求，都有各自的使用注意事項，所以在方案選擇時要多關注這些點。
  3. 在實際的應用場景中，對于同一個負載可能存在多種配置方式都可以使用的情況。所以在實際配置選型時，要結合負載的運行軌跡，機械的連接形式，負載的慣量大小，工藝對動態(tài)響應的要求，對位置控制精度的要求，在負載側和電機側安裝編碼器的難易，及項目成本等綜合考慮來確定。

 

 

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