Категория: Руководства
Приводная система SIMODRIVE 611 выполнена в единой конструкции по модульному принципу. Благодаря стандартным интерфейсам и соединениям пользователь может построить конфигурацию с любым сочетанием координатных осей и шпинделей.
Приводная система состоит из следующих компонентов:
1. Трансформатор (при необходимости согласования напряжений).
2. Сетевой фильтр и коммутирующий дроссель для снижения уровня радиопомех, генерируемых преобразователями частоты.
3. Модуль питания (нерегулируемый UE-модуль или регулируемый модуль питания/рекуперации E/R).
4. Силовые модули (преобразователи частоты для двигателей).
5. Платы управления (аналоговые, цифровые и универсальные), настроенные на определенные типы и технологии использования двигателей.
Приводная система подключаются к сети с глухозаземленной нейтралью (TN-сеть) напряжениями 400В. 415В или 480В частотой 50/60 Гц в такой последовательности: трансформатор (при необходимости), фильтр, коммутирующий дроссель, модуль питания.
Модуль питания вырабатывает постоянное напряжение 490В или 680В для промежуточного контура, а также напряжения для электроники.
Напряжение промежуточного контура может быть нерегулированным или регулированным. Нерегулированное напряжение применяется для приводов мощностью 5, 10 и 28 кВт с незначительными динамическими нагрузками. Регулированное напряжение от модулей E/R применяется для приводов мощностью от 16 до 120 кВт в следующих случаях:
· высокие динамические требования к приводам станков;
· частые циклы торможения и высокая энергия торможения;
· выдвигаются требования оптимизации эксплуатационных затрат.
С помощью регулируемых модулей питания/рекуперации избыточная энергия промежуточного контура, которая возникает, например, в режиме торможения, возвращается в сеть. Таким образом, получаются оптимизированные параметры для охлаждения распределительного шкафа и рентабельный баланс энергии для пользователя.
Кодовым переключателем можно выбрать разные рабочие функции модулей E/R:
1 Регулированный режим на напряжении промежуточного контура 600 В DC или 625 В DC с нагрузкой синусоидальным током.
2 Нерегулированный режим на напряжении промежуточного контура 490 В DC (при 3 AC 400 У) с или без сетевой рекуперации.
3 Прямое использование сети TN 3 AC 480 В +6 % -10 %; 50 Гц/60Гц на нерегулированное напряжение промежуточного контура 680 В DC с сетевой рекуперацией.
Внешний вид модуля питания изображен на рисунке 5.3.
Рисунок 5.3 - Внешний вид модуля питания для SIMODRIVE 611
Напряжение промежуточного контура от силового модуля подается на все силовые модули линейки приводов SIMODRIVE 611.
Силовые модули управляются системой ЧПУ через платы управления. Цифровые сигналы управления передаются по приводной шине ЧПУ. Внешний вид силового модуля SIMODRIVE 611 приведен на рисунке 5.4.
Рисунок 5.4 – Внешний вид силового модуля Simodrive 611 (плата управления снята)
Структурная схема приводной системы SIMODRIVE 611 показана на рисунке 5.5.
Рисунок 5.5 – Структурная схема приводной системы SIMODRIVE 611
Цифровые платы управления системы SIMODRIVE 611 вставляются в силовые модули и используются для управления трехфазными серводвигателями 1FT6/1FK или линейными двигателями 1FN приводов подачи, а также двигателями 1PM/1PH/1FE1 для привода шпинделя.
К цифровым платам управления можно подключать датчики, встроенные в двигатели, а также внешние измерительные системы, выдающие сигналы sin/cos,
Схема подключения силового модуля SIMODRIVE 611 и платы управления с цифровым интерфейсом приведена на рисунке 5.6.
Рисунок 5.6 - Схема подключения преобразователя SIMODRIVE 611 digital
В двигатели 1FT6/1FK и 1PM/1PH могут быть встроены инкрементные фотоэлектрические датчики с выходными сигналами напряжением 1В, а также абсолютные датчики EnDat с питанием +5В. которые выполняются однооборотными (13 разрядов) и многооборотными (25 разрядов).
Для определения положения подвижного узла при небольшом перемещении рекомендуется использовать измерительную линейку HEIDENHAIN LB 382up, которая позволяет точно определить положение рабочего узла. Внешний вид измерительной линейки HEIDENHAIN LB 382up представлен на рисунке 5.7.
Рисунок 5.6 - Внешний вид измерительной линейки HEIDENHAIN
Для определения положения подвижного узла при значительном его перемещении целесообразно использовать измерительную линейку HEIDENHAIN LIM 581, внешний вид которой представлен на рисунке 5.8.
Рисунок 5.8 - Внешний вид измерительной линейки HEIDENHAIN LIM 581
Технические характеристики измерительных линеек LB 382up и LIM 581 приведенные в таблицах 5.1 и 5.2, соответственно.
Таблица 5.1 - Технические характеристики измерительной линейки HEIDENHAIN LB 382up
LB 382 up to ML 3040mm
5.3 Разработка структурной схемы системы ЧПУ станка и её конфигурирование
При разработке структурной схемы системы управления станка важно показать, какие именно технические средства и их модификации использованы в этой системе.
Пример представления структурной схемы представлен на рис. 5.9.
В состав этой системы управления входят:
· система ЧПУ SINUMERIK 840D;
· программируемый контроллер автоматики SIMATIC S7-300 с процессором CPU-314C и станцией ЕТ200М с модулями ввода-вывода для распределенной периферии;
· панель оператора 12'' TFT с жидкокристаллическим экраном;
· комплект измерительных линеек, обеспечивающих точность отсчета не хуже 0,001мм;
· комплект модулей цифрового управления приводами подач типа SIMODRIVE 611;
· комплект высокомоментных сервомоторов для приводов подач;
· преобразователь SIMOREG для привода главного движения с двигателем постоянного тока;
· комплект средств для ручного управления.
Рисунок 5.9 – Структурная схема системы управления токарного станка HOESCH DB3000
Порядок проектирования структурной схемысистемы управления заключается в следующем.
Объект управления декомпозируется, т.е. разделяется на ряд конструктивных узлов и механизмов. В результате декомпозиции должны быть получены структурные компоненты, которые включают у себя один объект управления, например, привод.
После этого осуществляется анализ сигналов, необходимых для управления каждым структурным компонентом.
Для анализа входных и выходных дискретных сигналов их следует разделить по функциональному назначению. В приведенных ниже таблицах сигналы разделены на следующие группы (пример):
• входные сигналы, ответственные за питание системы (табл. 5.3);
• входные сигналы управления элементами гидроавтоматики (табл. 5.4);
• входные сигналы, ответственные за позиционирование и работу системы управления приводом подачи суппорта (табл. 5.5).
• выходные сигналы контроллера, которые относятся к управлению приводом подачи (табл. 5.6).
После определения количества и атрибутов (свойств) информационных и управляющих сигналов производится выбор базовой системы, например, SINUMERIK 810D, и ее компоновка необходимыми средствами управления. Эта процедура называется конфигурированием системы управления.
Таблица 5.3 - Входные дискретные сигналы, ответственные за питание (пример, фрагмент)
Разрешение включения станка
В существующей системе рынка действуют специальные программы, которые позволяют автоматизировать процесс выбора аппаратных средств и проектирования конфигураций. Такая программа разработана и для систем программного управления SINUMERIK известного немецкого концерна SIEMENS.
Для конфигурирования системы ЧПУ SINUMERIK фирма SIEMENS предлагает применять конфигуратор NCSD, который представляет собой универсальную программу по интерактивному каталогу продукции фирмы. При запуске программы устанавливается меню для выбора средств и “дерево” проекта.
Процесс проектирования начинается из выбора базового комплекта – SINUMERIK 802, SINUMERIK 810 или SINUMERIK 840. Дальше с учетом необходимой производительности выбирается тип центрального процессора ЧПУ. Проверка выбранного процессора осуществляется по количеству управляемых осей координат.
В базовой конфигурации система комплектуется NCU 561.4. Это устройство ЧПУ может выполнять только простые задачи управления по двум координатам – линейной оси и шпинделя. При этом линейная ось выполняет только позиционирование, а интерполяция реализуется в виде связи двух осей (для нарезания резьбы). Для обеспечения управления более сложными процессами потребуется установить другой модуль NCU, выбрав его из приведенных на вкладке “NCU” (рис. 5.10).
Выбор NCU производится с учетом количества необходимых групп режимов работы (ГРР), количества каналов программирования и количества поддерживаемых осей. Следует учесть, что нормальная конфигурация предусматривает одну группу режимов работы (ГРР). В предлагаемой на рисунке 5.4 таблице в скобках приведено максимальное количество групп, которые могут быть созданы в этой системе.
Рисунок 5.10 – Вид вкладки “NCU” для выбора устройства числового управления
Одна группа режимов работы объединяет каналы ЧПУ осями и шпинделями в один обрабатываемый блок, то есть представляет собой многоканальное устройство ЧПУ. Внутри группы каждая ось может программироваться в любом канале. Если канал один, а осей 5, то управление осями производится последовательно в одном рабочем цикле.
После выбора процессора выбирается панель оператора. При этом учитываются требования к характеру и содержанию информации, которая должна выводиться оператору и вводится оператором. Система может быть снабжена разными панелями. Одна из панелей показана на рисунке 5.11.
Рисунок 5.11 - Внешний вид панели оператора ОР 012
Дополнительно к панели оператора можно выбрать станочный пульт, кнопочные панели и переносные терминалы, электронные маховички для ручного управления координатными перемещениями, а потом осуществить выбор программного обеспечения для организации человеко-машинного интерфейса.
После выбора панели оператора и средств ручного управления переходим к конфигурированию аппаратуры для управления автоматикой.
На этом этапе сначала нужно определить тип центрального процессора контроллера. Для выбора предлагается три типа – CPU 314, CPU 315-2 DP и CPU 317-2 DP. Они отличаются быстродействием, объемом рабочей памяти, в которой выполняется пользовательская программа, и количеством поддерживаемых каналов ввода-вывода. Поэтому, приступая к выбору CPU, необходимо иметь представление о примерном объеме пользовательской программы, а также о количестве входных и выходных сигналов (аналоговых и дискретных). Требуемое количество входных и выходных сигналов необходимо ввести в соответствующих полях на вкладке «SM-модули» в окне «Входы/Выходы». Вместо задания количества входов-выходов можно выбрать количество модулей (окно «Список модулей вх/вых»). Если входные и выходные устройства удалены от главного шкафа управления, следует предусмотреть станции удаленного ввода-вывода, например, станцию ЕТ200М.
Далее можно выбрать функциональные модули FM353 и FM354.
Функциональные модули FM используются для управления шаговыми двигателями (FM 353) и серводвигателями (FM 354) в задачах позиционирования. При этом шаговый двигатель должен управляться через силовой модуль FM STEPDRIVE, а серводвигатель – через интерфейс ±10В аналогового преобразователя SIMODRIVE 611. В случае выбора модуля FM 353 необходимо будет указать тип модуля STEPDRIVE, зависящий от крутящего момента шагового двигателя.
Важнейшим этапом процесса конфигурирования является выбор электродвигателей для станка.
Двигатели представлены рядом каталогов: серводвигатели 1FT, 1FK, линейные двигатели 1FN, шаговые двигатели 1FL, двигатели для привода главного движения (шпинделя) 1PM, 1PH, 1FE.
Для выбора двигателя конфигуратор предоставляет пользователю их описание, технические данные и характеристики, конструктивное выполнение, наличие тормоза, степень защиты и направление вывода кабеля. Здесь же можно выбрать модули питания, управляющие модули и преобразователи.
На заключительном этапе выбираются монтажные комплекты, клеммные блоки и разъемы для монтажа системы. В последнем пункте проекта выбирается необходимая документация и программное обеспечение.
Пример конструктивного представления сконфигурированной системы ЧПУ SINUMERIK 810D приведен на рисунке 5.12.
Рисунок 5.12 – Конструктивное представление проекта системы ЧПУ SINUMERIK 810D
Устройство ЧПУ SINUMERIK 810D (рис. 5.12) монтируется в стойке преобразователя SIMODRIVE 611, как показано на рисунке 5.13. Эта стойка, а также модуль простой периферии EFP, контроллер SIMATIC S7-300, состоящий из двух стоек, соединенных друг с другом интерфейсными модулями IM 361, могут быть расположены в шкафу управления. При этом панель оператора с клавиатурой целесообразно будет смонтировать непосредственно на станке.
Рисунок 5.13 – Конструкция модулей SIMODRIVE 611
Внимание! Более современный аналог - Sinamics S. Например, все новые ЧПУ SINUMERIK уже работают только с Sinamics S120 (разных модификаций). Поэтому мы рекомендуем закладывать в новые проекты только привода SINAMICS.
Типовое применениеПреобразователи SIMODRIVE 611 подходят для:
С помощью системы частотных преобразователей SIMODRIVE 611 вы всегда сможете подобрать конфигурацию так, чтобы обеспечить быстрое и гибкое согласование возможностей приводов и количества станочных осей.
Преобразователи SIMODRIVE 611:
SIMODRIVE 611 состоит из нескольких индивидуальных функциональных модулей. Подключение к сети выполняется при помощи модулей выпрямителей различной мощности, которые питают контур постоянного напряжения 600 В, а также блок питания электроники. Силовые модули выбираются по мощности двигателей и вешаются на контур выпрямленного постоянного напряжения 600 В. Встраиваемые модули обратной связи образуют модуль привода главного шпинделя или подачи, либо по аналоговой, либо по цифровой технологии.
Различные типы приводов подач, главного шпинделя и асинхронных двигателей могут комбинироваться для формирования модулей осей.
Предлагается полный диапазон приводов подач с моментами от 0.7 Нм до 145 Нм. В случае привода главного шпинделя SIMODRIVE 611 покрывает диапазон от 3.7 кВт до 100 кВт. Для простого привода главного шпинделя без датчика обратной связи, например, деревообрабатывающих и высокоскоростных щлифовальных станков, SIMODRIVE 611 предоставляет встраиваемые модули регулирования с векторным регулированием для скоростей до 60,000 об/мин.
МодульностьМодули имеют единый стандартный дизайн, высота - 480 мм, глубина - 288 мм, ширина зависит от конфигурации и кратна 50 мм.
Подключение к сети
SIMODRIVE 611 учитывает условия в любой точке земного шара:
Модули питания / рекуперации
Благодаря регулируемому сетевому интерфейсу приводные оси независимы от помех в сети.
Режим работы с током синусоидальной формы существенно снижает сетевые гармоники
Модули SIMODRIVE 611 I/R имеют стандартную комплектацию для работы с синусоидальным током сети. Эта функция повышает коэффициент мощности более, чем 0,97, включая все высшие гармоники, для приводов SIMODRIVE 611. Это значительно снижает стоимость коррекции коэффициента мощности для станков.
Нерегулируемые модули питания
нерегулируемые модули питания предназначены для простых приводных приложений в диапазоне мощностей 5-28 kW.
Электромагнитная совместимость (EMC)
Сетевые помехи, которые возникают в преобразователях, ограничиваются в допустимых пределах по условиям ЕМС для промышленности при использовании сетевых фильтров. дополнительные функции сетевых фильтров в комбинации с I/R модулями:
*) VDEW Verband der deutschen Elektrizitдtswerke (Union of German Electricity Producing Plants)
Всегда подходящие платы для вашего приводаСиловой модуль и плата регулирования - сильная команда!
Подходящий силовой модуль для приводов осей содержит встраиваемую плату регулированияс соответствующими технологическими функциями.
Регулирование приводами характеризуется:
Встраиваемые платы регулирования с аналоговым интерфейсом задания заданного значения
Встраиваемые платы регулирования с аналоговым интерфейсом задания обмениваются данными с ЧПУ высокого уровня, контроллерами и системами позиционирования, используя уже привычный интерфейс задания скорости ±10 V.
Специфические параметры пользователя и машинные данные вводятся непосредственно на модуле или на отдельном установочном модуле. С помощью этого модуля задания параметров данные могут быть введены для других осей. Дружественный интерфейс контролирует работу и выводит ошибки через 7-сегментный дисплей и релейные выходы. В дополнение к этой одноосевой встраиваемой плате регулирования предлагается вариант со стандартным интерфейсом как в одно так и в двух осевом исполнении. Приводы главного шпинделя и приводы асинхронных двигателей работают с векторным регулированием. Алгоритм регулирования отрабатывается микропроцессором. Параметры обеспечивают базисные установки для специфических данных привода и машинных данных.
SIMODRIVE 611 универсальные встраиваемые платы регулирования
Встраиваемые платы регулирования с высокопроизводительным цифровым интерфейсом заданного значения для шины привода
Даже высокие скорости обработки с регулированием цифровыми приводами являются стандартом для продуктивной обработки деталей.
Встраиваемая плата регулирования для гидравлических линейных операций
SIMODRIVE 611 это гибко проектируемая система приводов, отвечающая как экономически, так и экологически техническим требованиям современных станков. SIMODRIVE 611 предлагает систему приводов с аналоговым (Simodrive 611A) или цифровым (Simodrive 611U/Simodrive 611D) управлением, отвечающую наивысшим требованиям в динамике, установленном диапазоне оборотов и точности вращения.
Благодаря модульной конструкции системы приводов, могут быть реализованы конфигурации приводов с практически любым количеством осей или главных шпинделей. Осевые модули предназначены для двигателей подачи 1FT/1FK/1FW/1FN, а также двигателей главного движения 1PH/1FE/2SP/1LA. Мощность двигателя определяет необходимый силовой модуль. Требуемая для этого силового модуля мощность промежуточного контура определяет выбор необходимого модуля питания. Через модуль питания системная структура SIMODRIVE 611 подключается к сети напряжения с заземленной нейтралью (сеть TN).
Все модули системы приводов SIMODRIVE 611 имеют унифицированную конструкцию. Интерфейсы для питания и коммуникации друг с другом, а также стандартизированнные интерфейсы между платами управления и силовыми модулями.
Система приводов SIMODRIVE 611 состоит из функциональных модулей:
Системы приводов SIMODRIVE 611А с аналоговым заданием +/- 10В работают уже на протяжении многих лет. Их безусловная надежность и качество не требует подтверждения. Сегодня на смену этому приводу пришел цифровой Simodrive 611U.
Преобразователь SIMODRIVE 611DРегуляторы привода Simodrive 611D могут использоваться универсально в качестве привода подачи или привода главного движения. Они используются вместе с СЧПУ SINUMERIK 810D powerline/840D powerline в комбинации с синхронными двигателями 1FT6/1FK для приводов подачи или главного движения, линейными двигателями 1FN для приводов подачи, тороидальными двигателями 1FW6, встраиваемыми шпинделями 1FE/2SP1 и асинхронными двигателями 1PM/1PH для приводов главного движения. Обмен данными между приводом и ЧПУ осуществляется по цифровой шине. Параметризация и оптимизация привода выполняется с помощью установки соответствующих параметров со станочного пульта или внешнего компьютера.
Преобразователь SIMODRIVE 611USIMODRIVE 611 Universal — это цифровой универсальный привод. Универсальность заключается как с точки зрения управления (аналоговый интерфейс и/или опционный интерфейс PROFIBUS DP) так и с точки зрения подключаемых моторов:
Наличие модулей с возможностью позиционирования позволяют использовать этот привод для решения простых задач перемещения осей. Например, для манипуляторов, поворотных столов и т.д. Ввод в эксплуатацию привода осуществляется по выбору через дисплей и клавиатуру на модуле, или через утилиту для ввода в эксплуатацию «SimoCom U» для PC.
Преобразователь SIMODRIVE base lineSIMODRIVE base line представляет из себя компактный AC сервопривод. Он предназначен для применения на недорогих токарных, фрезерных и сверлильных станках с СЧПУ. Также этот привод может использоваться и для управления различными другими серийными станками. Этот привод состоит из следующих модулей:
SIMODRIVE base line выпускается в следующих модификациях:
Данные электропривода применяются в основном вместе с SINUMERIK 802C и SINUMERIK 802Ce. Для подключения к SIMODRIVE base line поставляется трехфазный серводвигатель SIEMENS 1FK7.
Технические характеристики электроприводов серии SIMODRIVE 611Технические характеристики электропривода "Simodrive 611" Ниже приводится таблица с техническими характеристиками. Более подробно технические характеристики можно посмотреть в документации расположенной ниже.