Produttore cinese di servoazionamenti e motori
Tonghang è specializzato in prodotti di automazione industriale come servoazionamenti e servomotori. Questi prodotti coprono le serie a bassa-, media- e alta-tensione, con un'ampia gamma di potenze da 100 W a 22 kW. Tonghang ha sviluppato con successo una varietà di servoazionamenti basati su bus-, tra cui EtherCAT, CANOpen e MECHATROLINK III. Offrono anche servosistemi per macchine maschiatrici e sistemi di servocontrollo per porte industriali ad alta velocità-. Inoltre, possono sviluppare prodotti servo personalizzati su misura per le esigenze dei singoli settori.
Il nostro indirizzo
Edificio 3, No.398 Hanghai Road, città di Yuyue, contea di Deqing, città di Huzhou, provincia di Zhejiang, Cina
Numero di telefono
8613385726890
E-e-mail
krystalshen@hzth-edrive.com
Ricerca sul metodo per eliminare le interferenze del servoazionamento
Tonghang è stato proposto durante il miglioramento del sistema di posizionamento automatico per presse piegatrici per eliminare i problemi di interferenza con i servoazionamenti. Stabilità e affidabilità sono requisiti fondamentali per un sistema. Tuttavia, l’uso di servomotori nei sistemi di controllo di presse piegatrici di grandi dimensioni, a causa della necessità di un posizionamento preciso, ha portato a notevoli problemi di interferenza. Per eliminare le interferenze, sono state analizzate le principali cause e i percorsi di accoppiamento delle interferenze. Sono state impiegate tecnologie hardware anti-interferenza, quali messa a terra, filtraggio del trasformatore di isolamento, smagnetizzazione dell'anello magnetico e resistori di isolamento, per eliminare i percorsi di interferenza nel sistema, garantendo la normale messa in servizio e il normale funzionamento.
Durante il miglioramento del sistema di controllo della pressa piegatrice, abbiamo riscontrato interferenze causate dall'uso di servomotori. Abbiamo riassunto il processo di risoluzione di questa interferenza. Durante l'installazione dell'armadio elettrico, la mancata separazione dei cavi di alimentazione e di segnale, unita al funzionamento del servomotore, ha generato significative interferenze elettromagnetiche sui componenti sensibili (sensori) e sui relativi circuiti di condizionamento del segnale nel sistema.
Una soluzione anti-interferenza per il servosistema è stata sviluppata attraverso metodi sperimentali per migliorare la stabilità e l'affidabilità del sistema. Negli ultimi anni, con il progresso di varie discipline e tecnologie, i servoazionamenti nella tecnologia di servocontrollo CA, come controller per servomotori, sono diventati ampiamente utilizzati. Tuttavia, a causa delle caratteristiche del loro funzionamento, le interferenze diventano un problema significativo. Può essere accoppiato ad apparecchiature sensibili tramite conduzione e radiazione. Pertanto, è imperativo affrontare e proporre una serie di misure anti-interferenze efficaci attraverso metodi sperimentali per migliorare la stabilità e l'affidabilità del sistema e delle apparecchiature di prova.
Cause di interferenza del sistema
Metodo di eliminazione delle interferenze hardware
1. Messa a terra e smagnetizzazione dell'anello magnetico
La smagnetizzazione dell'anello magnetico è principalmente intesa a risolvere le interferenze causate dal fatto che la linea di alimentazione del motore e la linea di segnale del PLC esterno non sono state separate durante il posizionamento preciso della pressa piegatrice durante questo processo di progettazione.
Gli anelli magnetici di modo-comune vengono utilizzati per affrontare le varie fonti di interferenza incontrate durante il processo di progettazione della pressa piegatrice. La corrente di interferenza di modo comune- agisce tra la linea del segnale e la linea di terra, scorrendo a metà di ciascuna linea di segnale nella stessa direzione, con la linea di terra che funge da percorso di ritorno comune. Il principio alla base degli anelli magnetici di modo comune è l'induttore di modo comune, che è essenzialmente un filtro bidirezionale: da un lato filtra le interferenze elettromagnetiche di modo comune sulla linea del segnale e dall'altro sopprime le proprie interferenze elettromagnetiche, impedendo che influenzino il normale funzionamento di altre apparecchiature elettroniche nello stesso ambiente elettromagnetico.
L'immagine mostra lo schema del circuito interno di un induttore di modo comune-comune. Nella progettazione dei circuiti attuali, è possibile utilizzare anche circuiti in modo comune- multistadio per filtrare ulteriormente le interferenze elettromagnetiche.
2. Filtraggio del trasformatore di isolamento
Un trasformatore di isolamento è costituito da un nucleo di ferro, filo di rame, conduttori e altri materiali isolanti. Il suo ingresso e uscita sono indipendenti, senza linea comune. A differenza degli autotrasformatori, i trasformatori di isolamento sono ampiamente utilizzati nell'industria elettronica, nelle imprese industriali e minerarie e per gli alimentatori di controllo per circuiti generali in apparecchiature meccaniche, nonché per l'illuminazione di sicurezza e le spie luminose.
Questo articolo esamina la soppressione delle interferenze per i trasformatori di isolamento utilizzati nei servoazionamenti con motori di uscita da 2000 N, 7,5 kW. Ciò isola l'alimentazione del PLC nell'alimentatore di controllo da altre fonti di alimentazione (alimentatore, alimentatore switching e altri alimentatori di controllo relè), isolando efficacemente i lati primario e secondario. Inoltre, l'elevata perdita di alta-frequenza del nucleo di ferro elimina l'ingresso del rumore ad alta-frequenza nel circuito di controllo. L'utilizzo di un trasformatore di isolamento per sospendere il lato secondario rispetto a terra è adatto solo per applicazioni con un intervallo di alimentazione ridotto e linee corte. In questo caso, la corrente capacitiva del sistema verso terra è troppo bassa per rappresentare un rischio per il personale. Un trasformatore di isolamento è un trasformatore 1:1 con un primario monofase da 220 V e un secondario monofase da 220 V. In alternativa, viene utilizzato un primario trifase-V, anche il secondario è trifase 380V. Come mostrato nella figura.
3. Resistori di isolamento
Isolare le interferenze utilizzando piccoli resistori non è un metodo comune e non è adatto a tutti i circuiti. Questo articolo combina diversi metodi per proporre un metodo per eliminare l'interferenza del servo sul controller, che a sua volta influisce sull'output sullo schermo. Viene aggiunta una resistenza da 125 ohm tra le linee di comunicazione del PLC e le linee di comunicazione dello schermo, come mostrato in figura.
Riepilogo
Questo articolo discute il processo di debug di un sistema di posizionamento automatico della pressa piegatrice. A causa della necessità di migliorare lo spostamento del posizionamento e incorporare un servoazionamento, per eliminare l'interferenza causata dal servoazionamento sul sistema di debug, sono state impiegate tecnologie hardware anti-interferenza come messa a terra, filtraggio del trasformatore di isolamento, smagnetizzazione dell'anello magnetico e resistori di isolamento per interrompere il percorso di interferenza nel sistema, garantendo così il normale debug e il normale funzionamento del sistema.
Ricerca sulla tecnologia di test per il miglioramento dell'affidabilità dei servoazionamenti
Tonghang ha progettato uno schema di test per il rafforzamento dell'affidabilità basato sull'ambiente applicativo del servoazionamento. Utilizzando diversi tipi di sollecitazione per stimolare le modalità e i meccanismi di guasto del servoazionamento, lo schema ha identificato i limiti di sollecitazione del prodotto. I test sui servoazionamenti hanno verificato che lo schema di test di rafforzamento proposto può esporre completamente i punti deboli del prodotto, fornendo una base per miglioramenti di progettazione e un riferimento per le valutazioni di affidabilità di altri prodotti del settore.
I servosistemi sono componenti fondamentali dei robot industriali. Essendo il dispositivo di guida all'interno del servosistema, l'affidabilità del servoazionamento influisce direttamente sull'affidabilità e sulle capacità operative dell'intero robot. L'applicazione della tecnologia di test per il rafforzamento dell'affidabilità alla progettazione e allo sviluppo dei servoazionamenti può risolvere efficacemente il conflitto tra elevata affidabilità del prodotto, bassi costi di sviluppo e tempi di consegna brevi. Pertanto, questa ricerca è di grande importanza per lo sviluppo della tecnologia di test per il rafforzamento dell'affidabilità dei servoazionamenti. Questo documento, basato sull'ambiente applicativo del servoazionamento, ha determinato un metodo di applicazione dello stress di indurimento, ha identificato i limiti di stress del prodotto, ha esposto completamente i punti deboli del prodotto e ha scoperto le modalità di guasto del prodotto e il degrado delle prestazioni. Attraverso un approccio di tipo "test-miglioramento-ritest", i potenziali difetti sono stati gradualmente affrontati, migliorando in definitiva l'affidabilità del servoazionamento.
Struttura del servosistema
Un servosistema è costituito principalmente da due parti: un servoazionamento e un servomotore. Il servomotore è dotato di attuatori, componenti di feedback e componenti di freno.
Introduzione all'attrezzatura di prova
L'attrezzatura per test di rafforzamento dell'affidabilità viene utilizzata per testare l'affidabilità dei servoazionamenti. È costituito da tre componenti principali: una camera a temperatura rapida ad azoto liquido, un agitatore pneumatico a 3-assi e 6-gradi di libertà (6DOF) e un sistema di test alloggiato all'interno della camera, nonché un quadro elettrico e un sistema di controllo. Questa apparecchiatura applica sistematicamente sollecitazioni al prodotto per stimolare rapidamente i difetti di progettazione, evidenziare i punti deboli e determinare i limiti di funzionamento e di guasto del prodotto. Le funzionalità di test della piattaforma di test di rafforzamento dell'affidabilità sono le seguenti:
Intervallo di temperatura: da -100 a 200 gradi,
Tasso di rampa di temperatura: 60 gradi/min,
Metodo di raffreddamento: azoto liquido,
Metodo di vibrazione: pneumatico 3 assi 6DOF,
Gamma di frequenza: da 5 Hz a 10 kHz.
Progettazione del piano di prova
In base all'ambiente applicativo del servoazionamento e alle effettive condizioni operative, sono stati progettati tre tipi di sollecitazione: sollecitazione termica, sollecitazione vibratoria e sollecitazione ciclica di tensione. Questi tipi di sollecitazione vengono utilizzati per stimolare le modalità e i meccanismi di guasto del servoazionamento. Quanto segue descrive brevemente i meccanismi e le modalità di cedimento indotti da questi tre tipi di stress:
Stress termico
Lo stress termico può agire su un servoazionamento attraverso basse temperature, alte temperature e cicli termici, influenzandone le proprietà meccaniche, fisiche, chimiche ed elettriche. Le modalità di guasto innescate dalla temperatura e dai cicli includono: allungamento o allentamento del filo, scarso contatto, deriva dei parametri e scarsa stabilità del circuito, aperture e cortocircuiti della scheda circuitale e componenti allentati. Nella figura è mostrata una-sezione trasversale di uno stress test a gradino-a bassa temperatura.
Stress da vibrazioni
Lo stress da vibrazione utilizza direttamente forze esterne per indurre risonanza nei componenti interni del servoazionamento e nelle parti interconnesse, causando potenzialmente deterioramento o guasto delle prestazioni, allentamento, usura o perdita di cavi strutturali e amplificando difetti e danni minori. Le modalità di guasto indotte dalle vibrazioni includono aperture e cortocircuiti del circuito stampato, componenti allentati, giunti di saldatura freddi, giunti di saldatura aperti, incollaggi inadeguati e difetti meccanici. Nella figura è mostrata una sezione-trasversale di una prova da sforzo con passo vibrante.
Stress ciclico di tensione
I cicli di tensione possono provocare guasti nei componenti del servoazionamento sensibili alle fluttuazioni di tensione, inclusi regolatori di tensione, diodi, transistor e relè. Le modalità di guasto attivate dai cicli di tensione includono guasti intermittenti, degrado delle prestazioni, malfunzionamento del circuito, cortocircuiti e invecchiamento dell'isolamento. L'applicazione della sollecitazione viene eseguita passo dopo passo, con il limite di sollecitazione del passo che supera il valore di progettazione e consente un margine sufficiente. La lunghezza della fase di prova può essere regolata in modo flessibile in base all'applicazione del prodotto. Inoltre, nei test di stress ambientale legati alle vibrazioni, il tempo di permanenza a ciascun livello di stress del gradino è generalmente impostato su 5-10 minuti per determinare il danno del prodotto e i limiti operativi. Nei test di stress ambientale relativi alla temperatura, il-tempo di mantenimento della temperatura di spegnimento deve essere determinato in base all'equilibrio termico del servo. Se viene utilizzata una sollecitazione estrema per indurre guasti durante il test dei cicli di temperatura, il tempo di permanenza alla temperatura finale non deve essere prolungato finché il servoazionamento non ha raggiunto completamente l'equilibrio termico (massimo 90%).
Rilevamento guasti
Il test funzionale e prestazionale del servoazionamento viene determinato in base ai principi di progettazione e test del servoazionamento. I test di funzionalità e prestazioni devono essere eseguiti prima, durante e dopo il test. Se il servoazionamento presenta una delle seguenti condizioni durante il test di miglioramento dell'affidabilità, sarà considerato malfunzionante o guasto:
1) Il servoazionamento perde ogni funzione essenziale.
2) I parametri prestazionali del servoazionamento sono fuori tolleranza.
3) Parti meccaniche, componenti strutturali o componenti presentano incrinature, rotture o danni che potrebbero compromettere il funzionamento, le prestazioni o l'integrità strutturale del sistema di controllo del servoazionamento.
4) Il servoazionamento è dotato di funzioni di avviso di guasto e protezione che emettono un allarme quando si verifica un'anomalia, causando l'arresto del funzionamento del servomotore. Negli stati di allarme di guasto e protezione, il LED del pannello frontale visualizza il codice di allarme AL.XXX e il servomotore non si accende.
Risultati della verifica del test
In laboratorio, abbiamo condotto test utilizzando un servoazionamento da 400 W di una determinata marca secondo il piano di test di rafforzamento del servoazionamento progettato. Durante il test si sono verificati due guasti, confermando i limiti operativi del prodotto e identificando rapidamente i punti deboli della progettazione. Il piano di test è stato efficace. I tipi di errore specifici sono i seguenti:
Rottura da stress termico
Sintomo di guasto 1: durante uno stress test a gradino a bassa-temperatura del servoazionamento, la temperatura è scesa a -20 gradi. Il servoazionamento ha visualizzato il codice di errore AL161, che indica un guasto al circuito di protezione termica. Dopo aver riportato il campione a temperatura ambiente, il codice di errore è stato risolto e il campione ha ripreso il normale funzionamento.
Analisi dei guasti: il servoazionamento ha attivato il circuito di protezione dalla-bassa temperatura.
Soluzione del guasto: questo guasto è causato da una caratteristica di progettazione del servoazionamento. La sostituzione del sensore di temperatura nel circuito di protezione da bassa-temperatura del servoazionamento con un resistore da 10 kΩ ha risolto il guasto.
Sintomo di guasto 2: durante uno stress test a gradino a bassa-temperatura del servoazionamento, la temperatura è stata ridotta a -55 gradi per 5 minuti. La tensione di alimentazione IPM ha superato il limite superiore di 16,5 V, raggiungendo 20,5 V. La tensione di alimentazione del controller -12VA ha superato il limite superiore di 10,8 V, raggiungendo 16,7 V, provocando lo scatto e lo spegnimento dell'unità.
Analisi del guasto: il braccio inferiore della fase W dell'IPM (modulo di potenza intelligente) del servoazionamento si è guastato.
Soluzione del guasto: IPM del servoazionamento. I componenti in ingresso erano difettosi. Dopo aver sostituito i componenti, il campione è tornato al normale funzionamento.
Rottura da stress da vibrazione
Sintomo di guasto 1: durante un test di stress a gradini di vibrazione sul servoazionamento, il livello di vibrazione ha raggiunto 40 g. Il servoazionamento ha visualizzato il codice di errore AL 220. Dopo che la vibrazione è stata interrotta e il campione è stato riavviato, il tubo digitale del pannello di visualizzazione del servoazionamento non si è illuminato. La tensione del bus è stata monitorata a 305 V, la tensione di alimentazione IPM era 0 V e l'alimentazione del controller (+12VA) era 0 V.
Analisi del guasto: il pin del termistore NTC nel circuito del servoazionamento era rotto.
Soluzione: sostituire il termistore NTC. Evitare la collisione e la piegatura dei componenti durante la saldatura, la produzione e il trasporto.