SIGBI
System AB
HANDBOK Kapitel 3
DIRIKTLINJÄRA SERVOSYSTEM
Högdynamisk positionering med 0,1mm eller 0,001mm, godtyckliga rörelseprofiler och
camfunktioner
Nov-00
SIGBI System AB
http://www.sigbi.se
med länkar till LUST, SULZER, SIGMATEK och MTE
Wärdshusvägen 20
263 93 HÖGANÄS
Tel: 042-65 400 * Fax: 042-65 470
E-mail: [email protected]
Innehåll
3.1 SYSTEMÖVERSIKT ........................................ 3 - 1
3.1.1 Linjärmotorer för högdynamiska rörelseförlopp. .... 3 - 1
3.1.2 LinMot®-P drive familjen ........................................ 3 - 2
3.1.3 Tekniska data, översikt .......................................... 3 - 2
3.2 STYRNINGAR FÖR DIREKTLINJÄRA SERVOMOTORER ....................................................... 3 - 3
2.4.1 Beskrivning ............................................................
Motortyper som kan anslutas ..........................................
Positionering och rörelseprofiler .....................................
Styrsätt ............................................................................
LinMot® servoförstärkare, översikt .................................
3-3
3-4
3-4
3-4
3-5
3.3 DIREKTLINJÄRA SERVOMOTORER ............ 3 - 7
3.4 LinMot MJUKVARA ...................................... 3 - 11
3.5 ANVÄNDNINGSOMRÅDEN .......................... 3 - 12
3.5.1
3.5.2
3.5.3
3.5.4
3.5.5
Hantering med hög dynamik - högre produktivitet 3 - 12
Linjärmotorer i stället för pneumatik .................... 3 - 14
Paketering och hantering ..................................... 3 - 15
Lindning och textil ................................................ 3 - 16
Tryckning och etikettering .................................... 3 - 17
3.1 SYSTEMÖVERSIKT
DIREKTLINJÄRA SERVOSYSTEM Högdynamisk positionering med 0,1mm eller 0,001mm, godtyckliga rörelseprofiler och
camfunktioner.
3.1.1 Linjärmotorer för högdynamiska rörelseförlopp.
LinMot®-P Direktlinjära servo: nyutvecklade konstruktionselement för moderna industriella tillämpningar.
• Hög dynamik
• Positionering
• Elektronisk kam
• Nätverk med RS485,PROFIBUS-DP DeviceNet,SERVOnet®,CAN-Bus
LinMot®-P drives
LinMot®-P drive familjen består av elektromagnetiska direktlinjära
motorer med inbyggd positionsgivare och lagring. Kännetecknande
är den extremt höga dynamiken.
• acceleration >200 m/s2
• kontinuerlig slagfrekvens >5 Hz
• korttid slagfrekvens >20 Hz
• slaglängd upp till 1460 mm
Bild 3.1.1a LinMot®-P: ett kompakt konstruktionselement
för linjära rörelser.
Direktlinjära servosystem används för högdynamisk positionering, rörelseprofiler, camfunktioner mm
Nya maskinkonstruktioner kan realiseras med LinMot®-P.
Mer än enbart en linjärenhet, LinMot®-P är ett konstruktionselement
för modern mechatronik. Ofta ersätter den konventionella lösningar
för linjära rörelser, såsom:
• servomotorer med remmar
• stegmotorer med spindlar
• mekaniska kammar
• pneumatiska cylindrar
• mekaniska hävarmar
Bild 3.1.1b Linjärmotorer LinMot®-P med tillhörande
elektronikenhet LinMot®-E400.
LinMot®-P linjärmotorer är i sig själv fria från glapp och slitage av
lager och band. Den kompakta konstruktionen, enorm acceleration
och frånvaron av mekaniskt slitdelar talar för användning av LinMot®-P inom områden såsom::
• textilmaskiner
• förpackningsmaskiner
• hanteringsmaskiner
• robottillämpningar
• laboratorie automation
• och annat
Bild 3.1.1c Linjär drivenhet LinMot®-P som ersättning och
komplementtill konventionell teknologi.
SIGBI
System AB
Kapitel 3 - 1
3.1.2 LinMot®-P drive familjen
Det beskrivande namnet LinMot® omfattar olika drive familjer som är modulärt framtagna och i första
hand avsedda för linjära rörelser. De ställs in och styrs med MS-Windows baserad
programmeringsmjukvara.
Elektronikenheterna LinMot®-E finns för olika egenskapsklasser
och i olika varianter. Beroende av typ, kan upp till 4 linjärmotorer,
men även vanliga stegmotorer och magnetventiler, anslutas. Möjliga
systeminterface till kvalificerade PLC, VME eller PC styrsystem är:
• analoga interface
• digitala interface
• serie RS-232
• CAN-Bus
• PROFIBUS-DP
• SERVOnet
• DeviceNet
Bild 3.1.2a Elektronikenheterna LinMot®-E400 (vänster) och
LinMot®-E4000 (höger).
Positionsavkänning och lagring är inbyggda i ett kraftigt stålrör. Det
finns ingen kabelanslutning till den rörliga sliden. Motorn består
enbart av två delar som rör sig inuti varandra utan justeringar:
den fasta statorn med kabelanslutning till elektronikenheten
den rörliga sliden.
Bild 3.1.2b Stator och slid till LinMot®-P02-23x160.
Drivenheterna i LinMot®-P familjen kan skryta med att ha samtliga
funktionsblock som krävs för modern mekaniskt utveckling:
• digital styrning och reglering
• programmerbara rörelsekurvor
• decentraliserad intelligens
• fältbusanslutning
Bild 3.1.2c Omfattande systemkoncept: elektronikenhet
LinMot®-E400 med linjärmotorer LinMot®-P0223x80 och LinMot®-P01-23x160, vanlig stegmotor
och magnetventil.
3.1.3 Tekniska data, översikt
LinMot®-P linjärmotorer:
Typ
Max kraft
LinMot®-E elektonikenheter:
P01-23x80 P01-23x160 P01-37x120 P01-37x240
Typ
[N]
28
46
120
200 (*800N)
Max. slaglängd
[mm]
340
340
1400
1460
Max. ström [A]
Max. Acceleration
[m/s2]
280
259
247
268
DC matningsspänning [V]
Repeternoggr.
[mm]
<± 0.1
<± 0.1
<± 0.1
<± 0.1
Repeternoggr med [mm]
ext. sensor
<± 0.01
<± 0.01
<± 0.01
<± 0.01
Stator diameter [mm]
23
23
37
37
Stator längd
177
258
227
347
[mm]
Motorkanaler
* fyra motorer parallellt
Kapitel 3 - 2
SIGBI
System AB
E100
1
E200
2
E400 E1000 E2000 E4000
4
1
2
3
6
24 - 48
48 - 72
4
3.2 STYRNINGAR FÖR DIREKTLINJÄRA
SERVOMOTORER
LinMot linjärmotorer kan positioneras, köras med fleraxliga interpolerade rörelser, styras med kamfunktioner mm.
2.4.1 Beskrivning
LinMot innefattar olika familjer av servo drivenheter som i första
hand är utvecklade för linjära rörelser. För sin drivkraft, finns höggradigt integrerade LinMot-E servoförstärkare. LinMot-E servoförstärkare innehåller en kraftdel för motordrivning samt en styrdel med
integrerad positionsstyrning. Detta gör det möjligt att direkt lägga in
positioner eller att kalla upp lagrade rörelseprofiler från ett överliggande styrsystem med hjälp av enkla analoga eller digitala signaler.
Anslutning till det överordnade styrsystemet kan också ske via serieport eller via fältbus. Styrsektionen utför all styrning och övervakar
händelser som är nödvändiga för att kontrollera drivenheterna.
LinMot-E är en serie modulära servoförstärkare som har samband
med varandra. Användaren kan välja mellan enheter med olika
funktionsklasser för upp till fyra individuellt styrbara motorer.
Linjärmotorer från olika LinMot-serier , så väl som tvåfas stegmotorer och solenoider, kan anslutas till samma servoförstärkare.
LinMot servoförstärkare används vanligtvis i servosystem. Motorn
körs till den önskade positionen med hjälp av signaler från det
överliggande styrsystemet. Förloppet kan kombineras med integrerade funktioner för kurvor för rörelseprofiler. Detta möjliggör att man
kan utföra hopp i inställningspunkter, mjukt och utan ryck. Kundbaserade funktioner, helt sekventiell styrning eller PLC-funktioner kan
med hjälp av användarmjukvaran läggas in i servoförstärkaren.
Konstruktionen av LinMot-E servoförstärkare är menybaserad Windows LinMot Talk PC-mjukvara. LinMot Talk hjälper också användaren vid skötsel av drivenheterna: On-line mätningar av motordata
och rörelser, som utförs av styrningen, kan visas grafiskt och lagras i
en PC.
Konstruktion och beteckningssätt
LinMot-E Servoförstärkare finns i två utföranden: Serie 100 och
Series 1000 för styrning av en, två eller fyra motorer. Enheter med ett
visst utförande, med olika styrinterface, har samma yttre mått men
skiljer sig med hänsyn till hårdvara och mjukvara.
Nyckeln till beteckningssättet illustreras med hjälp av följande exempel för LinMot-E 400AT servoförstärkare:
SIGBI
System AB
Kapitel 3 - 3
Motortyper som kan anslutas
LinMot-E servoförstärkares hårdvara gör det möjligt att ansluta
vilken typ en- eller tvåfas motor som helst (LinMot linjärmotorer,
stegmotorer, DC-motorer, solenoider etc.). Respektive motorkanal
har fyra anslutningar, för de två motorfaserna, två ingångar för
positionsdata och en ingång för övervakning av motortemperatur.
Motorkabeln mellan servoförstärkaren och Serie P01 linjärmototorer
kan förlängas med LinMot motorkabel upp till 50m längd. Blandad
systemkonfigurering som omfattar LinMot® P02-23x80 och P0123x160 linjärmotorer, LinMot-E 400 servoförstärkare tillsammans
med en stegmotor och en solenoid.
Positionering och rörelseprofiler
Servoförstärkarna inkluderar ett komplett digitalt system för positionering. Detta betyder att man är fri från drift- eller offsetproblem, sådana
som man måste räkna med om man använder analoga styrningar. Dessutom är det möjligt att definiera rörelseprofiler och således följa anpassade
rörelser. Banstyrning är av särskilt stor betydelse i förbindelse med de högdynamiska LinMot P linjärmotorerna.
Förenklat blockschema för digital positionsstyrning.
Styrsätt
Olika styrsätt för styrning finns tillgängliga, beroende av typ av LinMot-E servoförstärkare. Styrsätten definierar styrinterface, metod
för att definiera inställningspunkter och hur felrapporter hanteras i det överordnade styrsystemet.
Analog positionsinställning
CAN fältbus
Med analog positionsinställning kommer styrningen att skicka ner
positionerna direkt som analog signal. Arbetsområdet i servoförstärkaren definieras med att tilldela positioner för maximal och minimal
inspänning. Godtycklig position inom arbetsområdet kan nås med att
mata in rätt spänning.
CAN fältbus gör det möjligt att styra upp till 32 servoförstärkare i ett
fältbussystem. Eftersom det inte finns något standardiserat protokoll
tillgängligt för all styrsystem, har protokoll lagts in som kundspecifika. I huvudsak kan alla standardfunktioner implementeras så som är
möjligt och enligt särskild beskrivning.
Körning av rörelseprofiler (upp till två)
Synkronisering / PROFIBUS DP
Två fritt definierade rörelseprofiler per drivenheter kan väljas i detta
driftsätt. Profilerna är lagrade i drivningens elektronik och körs med
stigande och fallande flank hos digitala insignaler.
Synkroniseringen med en huvudaxel eller med en maskindrift är
möjlig med användning av PROFIBUS DP interface. Synkroniseringssignalerna kommer från ett Master Encoder Interface och önskad
rörelseprofil väljs via PROFIBUS DP interface.
Programmerade sekvenser
Komplexa rörelsesekvenser läggs ner stegvis i en tabell. Instruktionerna som är lagrade i drivelektroniken utförs en efter en via digital
insignaler eller adresseras direkt och individuellt.
Styrning av stegmotorer
I driftsättet stegmotorstyrning kan en motor per styrning positioneras
med hjälp av två digitala signaler från den överordnade styrningen.
Första signalen definierar att ett steg skall utföras och den andra
signalen definierar rörelseriktningen. Stegvärden kan konfigureras
efter behov.
Punkt-till-Punkt drift
I Punkt-till-Punkt driften kan man köra till två ändpositioner med
hjälp en digitala signal. De två ändpositionerna konfigureras i servoförstärkaren och kan väljas när man vill. Detta styrsätt gör att man
direkt kan ersätta pneumatiska cylindrar, servostyrningen styrs av
digitala styrsignaler.
Körning med rörelseprofiler (upp till 64)
Detta sätt möjliggör definiera upp till 64 olika rörelseprofiler per
drivenhet. Profilerna lagras i drivelektroniken och startas genom att
adressera dem med digitala insignaler.
RS 485 serieförfarande
Teach-in
Via ett RS485 interface kan upp till 6 servoförstärkare anslutas till det
överordnade systemet. Med ASCII protokoll kan samma funktioner
aktiveras som med RS 232 interface. Det finns detaljerad beskrivning
av ASCII protokollet.
När man konfigurerar en servoförstärkare läggs profilen ner i en
tabell. I teach-in mode, förflyttar man linjärmotorns slid för han till
önskad position och den tillfälliga positionen läggs i tabellen. De
lagrade positionerna anropas via de digitala insignalerna.
Kapitel 3 - 4
SIGBI
System AB
RS 232 serie drift
Synkronisering med huvudaxel / Encoder följare
Den överordnade styrningen kan kommunicera med servoförstärkaren via ett RS 232 interface. Positionsinställningar kan direkt definieras, eller rörelseprofiler som är lagrade i servoförstärkaren kan köras,
via ett ASCII protokoll. Serieinterfacet gör det möjligt att kalla upp
aktuella värden såsom positionsärvärde eller motorström. Detaljerad
beskrivning av ASCII protokollet finns tillgängligt (Download från
Sulzer).
Master Encoder interface behövs när man skall ersätta mekaniska
camfunktioner eller i tillämpningar där linjärmotorn skall utföra
rörelser som är synkrona med huvudaxeln eller en master drivenhet.
Master Encoder Interfacet möjliggör synkron körning av rörelseprofiler som är lagrade i servoförstärkaren. Det överlagrade styrsystemet
behöver bara indikera vilken profil som skall implementeras.
Styrning av kraft
PROFIBUS DP fältbus
Med användning av PROFIBUS DP interface, kan upp till 125
servoförstärkare integreras i ett fältbus system. Det standardiserade
PROFIBUS DP systemet gör det möjligt med direkt definition av
positionsinställningar samt körning av rörelseprofilerna som är lagrade i servoförstärkaren. Anslutningen via PROFIBUS DP gör att man
kan kalla upp aktuella värden såsom ärposition eller motorströmmen
i linjärmotorn. Det standardiserade PROFIBUS DP fältbus interfacet
garanterar problemfri skötsel och tillförlitlig drift med styrsystem från
olika leverantörer.
För inbyggnad av linjära drivenheter i maskiner med positioneringskort från någon annan leverantör, kan motorerna käras med kraftstyrning (motsvarande momentstyrning i roterande drivningar). Vid
kraftstyrning styrs LinMot-E servoförstärkare med analoga signaler
via positioneringskortet. För denna tillämpning behöver man mjukvaran för kraftstyrning.
LinMot® servoförstärkare, översikt
Servoförstärkare
-AT
-MT
Analog positioneringsinställning
X
X
Punkt-till-Punkt drift
X
X
Körning av rörelseprofiler (upp till 2)
X
X
Körning av rörelseprofiler (upp till 64)
X
Teach-in
X
Styrning av stegmotorer
X
RS232 seriedrift
X
X
RS485 seriedrift
X
X
PROFIBUS fältbus
-DP
-ME
X
X
2)
X
CAN fältbus
1)
Synkronisering
X
Synkronisering / PROFIBUS
X
Styrning av kraft
X
Kundspecifika utföranden extensions
1)
1)
2)
2)
X
X
X
2)
1) På förfrågan 2) Tillägg till servoförstärkare
SIGBI
System AB
Kapitel 3 - 5
Kapitel 3 - 6
SIGBI
System AB
3.3 DIREKTLINJÄRA SERVOMOTORER
Högdynamiska direktlinjära servomotorer från LinMot.
LinMot P är en serie högdynamiska elektromagnetiska direktlinjära drivenheter. Accelerationsförmåga på över 200 m/s2 gör det möjligt att
få cykliska rörelser med åtskilliga Hz. Inbyggda sensorer och lager samt dess robusta konstruktion gör LinMot P till ett utmärkt industriellt
konstruktionselement. Linjärmotorn består endast av två delar: Den fasta statorn och den rörliga sliden. Dessa två delar är inte sammankopplade
med släpringar eller kablar. I princip, eftersom LinMot P utför den linjära rörelsen direkt och utan användning av mekanisk växel, remmar eller
skruv, har man inte något mekaniskt spel eller slitage. Tillsammans med LinMot E servoförstärkare, får man med LinMot P linjärmotorer ett
modernt mekatroniskt drivsystem. LinMot P öppnar vägen för nytänkande inom maskinkonstruktion eftersom linjära rörelser kan implementeras decentaliserat tack vare programmerbara enheter med komplett funktion. LinMot P linjärmotorer har sina typiska tillämpningar där det
behövs snabba inställningar vid lyft och förflyttningsrörelser. Förutom i komplexa servotillämpningar, kan LinMot P drivenheter användas
som ett komplement till konventionella pneumatiska cylindrar. Oberoende av tryckluft och enkel positionering leder, beroende på
tillämpningen, till lägre system- och driftskostnader.
Konstruktion
LinMot P linjärmotorer består av en slid och en stator. I statorn,
motorns viktigaste del, finns lindningar, lager och sensorer för positionsavkänning och temperaturövervakning inbyggda i en robust
metallcylinder. Alla delarna är ingjutna i statorn och är därmed
skyddade mot förstöring och damm. Sliden består av ett stålrör där
magneterna är placerade. Sliden har borrade och gängade hål i båda
ändarna för applicering av lasten. Under drift styrs sliden av lager som
är inbyggda i statorn. Det finns inga elektriska anslutningar mellan
stator och slid. Positionsavkänningen sker kontaktlöst med sensorer
i statorn. dessa känner av det magnetiska fältet. Linjärmotorerna
levereras med 9-polig kabel med lämpligt anslutningsdon för anslutning till LinMot E servoförstärkare.
Driftsätt
LinMot P linjärmotorer är tvåfas permanentmagnetiserade synkronmotorer, inbyggda lager, positionssensorer och temperaturövervakning.
Linjär rörelse genereras direkt av elektromekaniska krafter, utan extra utsträckta mekaniska slitdelar. Rörelseprocesser med extrem dynamik
kan således åstadkommas med LinMot P linjärmotorer, på enklast möjliga sätt och utan användning av ytterligare komponenter.
Permanentmagneterna i sliden används på samma sätt som magneterna i rotorn hos en roterande synkronmotor och lindningarna i statorn skapar
en kraft. Den linjära rörelsen åstadkoms direkt av elektromekaniska krafter, på grund av den speciella konstruktionen och ett annorlunda sätt
att placera magneterna (se illustrationerna a - c nedan).
Slag / kraft karakteristik
Linjärmotorns maximala kraft bestäms av dess konstruktion och är beroende slidens position i statorn. Kurvan för den maximala kraften är
symmetrisk kring centrum av rörelseområdet, den så kallade nollpositionen ZP. Sliden är i centrum av sitt rörelseområde om avståndet mellan
änden av statorn och änden av sliden är lika med nollpositionen ZP hos motorn. Nollpositionen ZP framgår av databladet för respektive motor
och är olika för alla motorer. I SS (shortde stroke) området är slidens magneter helt inuti statorns aktiva del. Detta ger optimal kraftgenerering
och konstant maximal kraft över hela SS slagområdet. Ju längre sliden förflyttar sig bort från SS, ju färre magneter finns det i statorns aktiva
del. Detta betyder att de maximala och de effektiva krafterna minskar linjärt tills slagets yttre läge S nås.
SIGBI
System AB
Kapitel 3 - 7
Slag - Tidsdiagram
Slag - tid diagrammet ger information om de minska förflyttningstiderna för en horisontell Punkt-till-Punkt förflyttning i förhållande till
varierande massa hos lasten. Diagrammet baseras på sinusformad
rörelse. I Position-Tid diagrammet är hänsyn tagen till alla faktorer,
såsom generativ motorspänning, slidens massa samt lagerfriktion.
Värdena som visas i diagrammet innefattar tiden från initialisering av
rörelsen till stillestånd i målpositionen. Om förflyttningstiderna som
läses ur diagrammet ligger på gränsen för en viss tillämpning, då bör
verifiering göras med praktiska försök i samarbete med leverantören.
Endast härigenom kan man ta hänsyn till all influens som har med
tillämpningen att göra (ytterligare friktion, termiska gränsfaktorer
etc.) Om en linjärmotor skall göra en förflyttning på 45 mm av en
massa, då är tiden mellan initialisering och stillestånd i målpositionen
omkring 52 ms.
Prestandagränser och termisk inverkan
Prestandagränsen för en linjärmotor definieras för korttidsdrift med
maximal kraft och maximal hastighet hos obelastad slid. i cyklisk drift
med tillräckliga stilleståndsperioder kommer dessa att vara de enda
faktorer som begränsar prestanda. När man skall ha konstant kraft och
/ eller när man inte vill ha stilleståndsperioder, då är det motorns
konstanta kraft som är det kriterium som används för definition av
gränsegenskaperna. Linjärmotorns konstanta kraft är beroende av
kylning samt maximalt tillåten drifttemperatur. Detta är i sin tur i
huvudsak beroende av omgivningstemperatur samt kylning och montering av motorn. Databladen visar den kontinuerliga kraften hos
motorn monterad i en standard kylfläns och utan extra kylning. Man
kan fördubbla den kontinuerliga kraften om man använder forcerad
kylning med fläkt.
Uppförande vid överlast eller stopp
En av de viktigaste fördelarna med LinMot P drivenheter inte havereras om de utsätts för yttre krafter som medför stopp. Förplacerade
bromspunkter eller slirkopplingar behövs inte i den här typen av
situationer för skydd av känsliga kugghjul, växellådor eller axlar. När
stopp eller överlast uppträder, kommer LinMot® E servoförstärkare
att ge ut användardefinierade utsignaler som kan användas av det
överordnade systemet för att initiera lämpliga åtgärder. På liknande
sätt detekteras linjärmotorns termiska överlastrelä och således tas om
hand.
Montering av linjärmotorer
Linjärmotorerna monteras genom klämma fast dem över största
möjliga yta på statorns monteringszon. Klämytans storlek tillsammans med kylflänsens kylförmåga har direkt inverkan på motorns
lastförmåga. Monteringsflänsar med beteckningen "PF01", med garanterat optimal montering, finns att få för alla motortyper.
Lastanslutning
Linjärmotorernas slid har i båda ändar borrade hål med invändig
gänga, för att man skall kunna ansluta lasten mekaniskt. Vid fastsättning av lasten kommer förmodligen enbart den ände på sliden som är
närmast lasten att fixeras med hållaren. Med lokeringshål kan slidänden anslutas till lasten med klämma (se konstruktionshandboken).
Linjärmotorernas statorer är försedda med glidlager. Dessa är i första
hand avsedda för lagring av själva slidern. Lasten måste lagras externt
med egna lager. För anslutning av lasten måste man vid konstruktion
tänka på att förhindra "överdefiniering" av lager samt kompensera för
parallellfel (kompensationskoppling, rätlinjighet för motor och externa guides). Tvärkrafter på sliden, som kan uppträda när lasten är
felaktigt ansluten, reduceras linjärmotorns servicelivslängd.
Matningsspänning
I tabellerna i databladen för LinMot P drivenheter är matningsspänningen för LinMot E servoförstärkare specificerad. Grundläggande är
att en högre matningsspänning ger högre maxkraft och därför mer
dynamik hos drivsystemet. Den maximala kontinuerliga kraften år
emellertid begränsad av effektförlusterna och oberoende av matningsspänningen.
LinMot P familjen av linjärmotorer ersätter ett stort antal mekaniska
komponenter.
Kapitel 3 - 8
SIGBI
System AB
Produktgrupper och deras beteckningar
LinMot® P Linjärmotorer finns i fyra produktgrupper P01-23x80,
P01-23x120, P01-37x120 och P01-23x240. De olika produktgrupperna skiljer sig i första hand genom olika slaglängder, maximal kraft
och mekaniska dimensioner. Statorerna är identiska inom produktgrupperna.
Följande exempel visar hur beteckningsschemat fungerar:
P02 heavy-duty utförandet har slid, vars yta är ytbehandlad med titan,
har en hårdhetsgrad (mikro) som är 2300 HV 0.05. Design och
mekaniska dimensioner är identiska med P01 serien.
P02 serien har följande fördelar:
Mer resistent mot smuts, speciellt när den är i kontakt med aggressiva
material.
I kritiska tillämpningar har den längre livslängd.
Användning av heavy-duty version rekommenderas när:Service av
drivenheten är svår.
Arbetsmiljön är smutsig.
Forcerad kylning
Linjärmotorns kontinuerliga kraft beror i huvudsak på dess kylning.
Värden på kontinuerlig kraft som anges i databladen kan ökas avsevärt med forcerad kylning med fläkt. Om linjärmotorer, som är
monterade med en standard kylfläns, får extra kylning med fläkt, då
kan de köras med dubbla den kontinuerliga kraften i en luftström på
2 m/s (se datablad).
Motorer med hålslid
Linjärmotorer serie P01-37x120 och P01-37x240 finns även med
hålslid. Dessa motorer har ett 6 mm koncentriskt hål genom sliden.
Detta gör det möjligt att konstruera hanteringsmaskiner med pneumatik eller sugkoppar med minimalt utrymmesbehov. Därvid används
linjärmotorns hålslid för luft- eller vacumförsörjningen.
När elektroniska sensorer eller avkännare förflyttas tillsammans med
linjärmotorn kan deras anslutningskablar stickas genom sliden och
anslutas till elektroniken. Dyrbar och platskrävande konstruktioner
för kabeldragning i närheten av rörliga delar undviks. Motorerna
skiljer sig inte från standardtyper i fråga om mekaniska dimensioner.
Initialisering
Följande linjärmotorer finns med hålslid:
När en servoförstärkare kopplats in, måste initialisering av position
göras med referenskörning till nollposition. Användaren kan konfigurera initialiseringen. Följande initialiseringssätt finns:
Typbeteckning Artikelnummer
Actual position:
P01-37x120/180x260-L
0150-1177
Den aktuella positionen vid start av initialiseringsproceduren läggs in
som nollposition, utan att förflytta sliden.
P01-37x240/100x100-L
0150-1178
Auto move out:
P01-37x240/60x260-L 0150-1180
P01-37x120/20x100-L 0150-1175
P01-37x120/80x160-L 0150-1176
P01-37x240/40x160-L 0150-1179
Linjärmotorns slid rör sig utåt under initialiseringen, tills den når ett
stopp. Detta är nollpositionen.
Auto move in:
Linjärmotorns slid rör sig inåt under initialiseringen, tills den når ett
stopp. Detta är nollpositionen.
Trig move in / trig move out
Linjärmotorns slid rör sig inåt eller utåt tills triggsignalen från en
extern sensor går från 0 till logisk 1. Den positionen som nåtts vid
triggsignalens positiva flank läggs in som nollpunkt.
Turn left / turn right
En stegmotor roterar högervarv eller vänstervarv tills triggsignalen
från en extern sensor går från 0 till logisk 1. Den aktuella positionen
läggs in som nollposition.
Efter initialiseringen kan man kontrollera om linjärmotorns slid kan
röra sig fritt över hela dess rörelseområde. Initialiseringsfel eller
stopp leder automatiskt till felmeddelande till det överordnade styrsystemet.
SIGBI
System AB
Kapitel 3 - 9
Omgivningsbetingelser
Användning i renrum
Statorhuset, som innehåller alla elektroniska komponenter, tillåter att
motorn kan arbeta i mycket svåra miljöer. Det magnetiska mätsystemet för positionsmätning garanterar tillförlitlig funktion, även på
platser med mycket smuts.
Certifikat nr FM9805-3475 från Fraunhofer Institute i Stuttgart
bekräftar att motorer kan användas i renrum klass 1 för rörelsehastigheter upp till 0.45 m/s och klass 10 för rörelsehastigheter upp till 1.2
m/s. Mätningar utfördes enligt US Fed. Standard 209E.
LinMot linjärmotorer är vattentäta och kan även användas under
vatten om lämpliga anslutningar används. Användning i utrymmen
med hög fuktighet, under vatten eller i kontakt med aggressiva vätskor
eller gaser bör endast ske efter kontakt med leverantören.
Sliden hos motorer med lång slaglängd skjuter ut i statorns båda sidor,
som är öppen åt båda hållen.
Flera statorer på samma slid möjliggör flera individuella linjära
rörelser i begränsade utrymmen.
Kapitel 3 - 10
SIGBI
System AB
3.4 LinMot MJUKVARA
LinMot Talk användarmjukvara är mycket lättanvänd och förenklar därför inställningar och kontroll av linjärmotorsystemet.
LinMot Talk användarmjukvara
LinMot Talk konfigureringsmjukvara är ett MS-Windows-baserat
interface som hjälper användaren vid konfigurering och underhåll av
LinMot-E servoförstärkare. Mjukvaran har ett kraftfullt modulärt
grafiskt interface som täcker alla områden när man använder LinMotE servoförstärkare. Under dess utveckling tog man stor hänsyn till att
den skulle ha utomordentlig användbarhet. I det följande finns en
kortfattad beskrivning av de fem huvudmodulerna.
Oscilloscope
Oscilloskopet hjälper användaren när han skall sköta ett LinMotsystem. Interna variabler såsom inställingspunkter och är positioner
registreras i realtid och visas på skärmen och kan följaktligen skrivas
ut. Inhämtade data kan lagras i CSV-format för ytterligare behandling
i MS Excel eller för dokumentation.
Parameter Inspector
När man använder parameter inspector, kan parametrar i LinMot-E
servoförstärkare mycket enkelt ändras. Hela parametersatser kan
laddas, lagras och skrivas ut. Användaren har många möjligheter att
markera inställningar. Dessa är tillämpliga för initialisering, driftsätt,
felhantering, varningsmeddelanden och styrparametrar. Parametrarna ställs in med parameterinspectorn. Alla inställningar kan lagras
efter behov och överföras till andra styrningar.
Firmware
Curve Editor
Kurveditorn används för att generera och hantera behovet av kurvor
för LinMot-E styrenheter. Befintliga kurvor kan hämtas upp, lagras,
editeras, sammankopplas och skrivas ut. Detta möjliggör generering
av rörelseprofiler. Man kan även använda MS Excel, för att importera
befintliga rörelseprofiler samt generera komplexa komplexa rörelser
som kan sammankopplas som man vil. Dessa laddas enkelt ner i
servoförstärkaren med "curve inspector".
På samma sätt som för LinMot hårdvaruprodukter, är mjukvaran
också modulär och tillåter enkel integration av kundspecifika tillägg
(tillämpningar). Illustrationen nedan visar grafiskt hur mjukvaran är
konstruerad. Den så kallade "Firmware" utgör basen som kontrollerar
interna hårdvarunära funktioner.
"Basic application software" placerad ovanför firmware ger användarbredd för alla funktioner i anslutning till positionsstyrning. Kundspecifika applikationsprogram kan integreras som en tredje nivå i
mjukvarustrukturen.
Error Inspector
Med felhanteraren kan användaren visa lagrade felmeddelanden och
alla aktuella fel och varningar från LinMot servoförstärkaren. De
senaste 10 felmeddelandena och registrerad av drifttid är lagrade i
styrningens minne.
Dessutom kan man avläsa status för alla ingångar och utgångar med
felinspectorn. Detta gör att man snabbt och enkelt kan studera signaler
till och från det överordnade systemet.
SIGBI
System AB
Kapitel 3 - 11
3.5 ANVÄNDNINGSOMRÅDEN
3.5.1 Hantering med hög dynamik - högre produktivitet
Industriella linjärmotorer leder till avsevärd förenkling av konstruktionsprocessen vid
automatisering av hantering med höga hastigheter
Bild:
Dynamisk
produktion som
fungerar tack vare
industriella
linjärmotorer.
LinMot elektromagnetiska linjärmotorer har en enkel integrerad uppbyggnad De erbjuder en ren elektrisk lösning
(ingen tryckluft) och de kanhöja produktiviteten avsevärt,
både i befintliga maskiner och i nykonstruktioner - speciellt
som supplement eller alternativ till pneumatisk rörelser
med pneumatik.
•
Ändposition, mellanliggande position och kraft ställs in i
mjukvaran.
•
Inbyggda kontaktlösa givare för ändposition.
•
Ren elektrisk lösning utan tryckluft.
•
Färre antal delar (inga dämpare, ventiler, rör, strypventiler,...)
Hastighet upp till 3.5 m/s (d. V. s. 10 slag per sekund).
Industriella linjärmotorer
Industriella linjärmotorer är kompletta drivelement för användning av
krävande miljöer. Drivenheten består bara av två delar, den rörliga
sliden och statorn. Man kan köra till godtyckliga positioner, på samma
sätt som med roterande servomotorer. Lagrade rörelseprofiler kan
följas eller rörelser kan utföras synkront med rörelsen hos en huvudaxel.
Sliden består av ett stålrör av hög kvalitet,
som innehåller magneter. Lagringarna
är gjutna i ett kraftigt stålhölje
tillsammans med lindningar
och positions- samt temperaturgivare.
Positionsmätningar
görs kontaktlöst med
sensorer som känner av magnetfältet. Den här typen av konstruktion garanterar tillförlitlig drift i
krävande industriell miljö med omfattande
kontamination eller under vatten.
Eftersom det inte finns någon mekanisk koppling
mellan stator och slit, uppstår den linjära rörelsen direkt av elektromekaniska krafter. Direktlinjära drivenheter utsätts i princip inte för
förslitning.
Dynamisk och flexibel
”Tid är pengar” är fortfarande ett mycket viktigt kriterium för. Kraven
på högre och högre produktionskapacitet resulterar i att rörelser skall
utföras med allt högre dynamik. Dessutom är det viktigt att undvika
dödtider genom exakt synkronisering och samtidigt måste flexibiliteten höjas genom att lagra önskade rörelseprofiler.
I allt högre grad börjar användningen av välkända komponenter
såsom pneumatiska cylindrar att nå sina begränsningar.
Skillnaden mellan de båda teknologierna börjar redan att bli uppenbar
när man tänker på den industriella linjärmotorns maximala hastighet.
Vid över 4 m/s är detta omkring 2 till 3 gånger snabbare än vad man
kan uppnå med pneumatiska cylindrar. På grund av detta, kommer
linjärmotorn inte bara att garantera extremt dynamisk rörelse, utan
den har också tillräckliga reserver för ytterligare ökning av egenskaper i användningsområden såsom hantering och montering.
Kapitel 3 - 12
SIGBI
För att få korta cykeltider börjar det att bli allt mer betydelsefullt med
exakt definition av rörelseprofiler. Vad är det för nytta med hög
hastighet om man inte har kontroll över accelerationen och produkten
lossnar från gripdonet vid varje start? Med pneumatiska cylindrar får
man räkna med ”tappa greppet” effekter när man startar en rörelse med
okontollerad acceleration (förorsakad av att olika värden på vilofriktion och glidfriktion hos lagringen). För att slippa det här problemet
måste man minska den pneumatiska cylinderns rörelse med hjälp av
dämpere. Rörelseprofiler för industriella linjärmotorer kan definieras
mjukvarumässigt och enligt godtyckliga kriterier. När den en gång är
definierad behöver rörelseprofilen ingen ytterligare modifiering och
förblir stabil så länge servosystemet är i drift.
Högre produktionshastighet leder automatiskt till ett högre antal
cykler. Detta leder till minskad livslängd hos maskinen om man inte
ökar livslängden för drivningens komponenter. Livslängden för
industriella linjärmotorer är omkring 100 gånger längre än för
pneumatiska enheter, därför att linjärmotorer inte har några delar
såsom tätningar som utsätts för förslitning.
Bild:
Tryckning på produkter av
olika storlek, utan tidsförlust.
För några år sedan pratade alla i produktion om ”Just in time”. Ändå kör man
fortfarande små seriestorlekar i produktionsförertagen. Moderna hanterings- och sammansättningssystem karakteriseras av hög flesibilitet
samt snabba verktygsbyten och inställningstider. Det
idealiska, när man växlar produkt i en maskin, det är när man bara
behöver trycka på en knapp på manöverpanelen. Manuell justering av
mekaniska gränslägen för pneumatiska linjärdon samt byte av mekaniska kamar kräver inte bara tid, det är också en källa till fel. Felaktigt
justerade eller ändrade komponenter kan ofta medföra allvarliga
haverier och motsvarande produktionsbortfall.
System AB
eller djupet i ett borrat hål. När den används som probe, kan den
maximala strömmen och darmed den maximala kraften hos linjärmotorn begränsas mjukvarumässigt, så att motorn endast lägger på den
kraft som behövs för att utföra jobbet.
Hantering blir enklare
Användning av industriella drirektlinjära servosystem tillåter
konstruktören att designa extremt kompakta och enkla maskiner, även för komplexa hanteringsuppgifter.
Ett positionsvärde, väl under förväntad position, sänd till motorn.
Linjärmotorn kör nu ner med inställd hastighet tills den upptäcker det
föremål som skall kännas av. Ett eftersläpningsfel kommer att genereras eftersom den ännu inte har nått sin inställda position. Dessa
signaler regietreras i det överordnade systemet och talar om att den
aktuella positionen är lika med stapelens höjd eller borrhålets djup.
Den aktuella positionen läses ut via serieinterface eller ett fältbusinterface, t ex CAN eller Profibus, och behandlas vidare i det överordnade styrsystemet.
När man använder pneumatiska
gripdon i Pick & Place tillämpningar är förutsättningarna för
installation ofta begränsade och
rördragning för luft eller vacuum
ställer ofta till problem. Linjärmotorer med hålslid erbjuder en
mycket enkel lösning där gripdonet försörjs direkt genom ett
borrat hål genom sliden. Platskrävande konstruktioner som är
svåra att rengöra kan därför undvikas i området kring gripdonet.
Bild:
Eftersom den linjära rörelsen
åstadkoms direkt, klarar man sig
utan konstruktioner med växlar
och kopplingar som annars stjäl
utrymme. Kraften skapas direkt i rörelseriktningen och behöver inte
konverteras med hjälp av mekaniska transmissionselement såsom
växlar, spindlar och remmar. På grund av den avsevärt mycket lägre
vikten, leder detta till inbesparingar både konstruktionsmässigt och
produktion av serietillverkade maskiner.
Avkänning av höjden på en
stapel eller djupet i ett borrat hål.
Med linjärmotorer kan man enkelt konstruera en 2-axlig Pick & Place
enhet, med endast ett litet antal standardkomponenter::
·•
två linjärmotorer
Med användning av linjärmotorer kan detaljer försiktigt fogas samman med hjälp av en fördefinierad kraft. I det här fallet kan återkoppling av slutlig position och erforderlig kraft användas för att kontrol-
·•
en linjär skena
·•
två fästelement för horisontalrörelsen.
Bild:
Pick & Place kan konstrueras med enbart ett fåtal
standardkomponenter.
lera om monteringsprocessen genomförts med framgång, det vill säga
att detaljen är inpressad med önskad kraft till rätt läge.
Bild: Isättning av förslutning i en flaska:
Beröring och känsla vid montering
Fortfarande sker många sammansättningar manuellt under produktion, eftersom den mänskliga handens beröring och känsla behövs för
att utföra arbetet. Med linjärmotorer kan man enkelt utföra liknande
uppgifter, sådana som hittills bara kunnat implementeras med stora
svårigheter. Eftersom linjärmotorns rörliga del både åstadkommer
positionering och kraft, kan information om den aktuell positionen
och kraft användas för styrning.
(1) Testning att förslutning och lock är på plats och i rätt utgångsläge.
(2) I förslutningen med inställd kraft till slutlig position.
(3) Rätt position.
Linjärmotorn kan användas som probe för att mäta höjden på en stapel
SIGBI
System AB
Kapitel 3 - 13
3.5.2 Linjärmotorer i stället för pneumatik
Flexibla lösningar, ingen omställningstid
S1
Med LinMot linjärmotorer kan man stoppa i godtycklig position - utan att utforma den mekaniska konstruktionen för stopp mellan två ändpositioner.
S2
Alla parametrar såsom slaglängd, positioner, hastigheter och acceleration kan ställas in efter behov med
hjälp av LinMot‘s mjukvara. Omställningstiderna är
noll och enkel och universell design kan realiseras.
Tid
Tid
Kortare tid för förflyttning betyder
högre produktivitet
Enkel punkt-till-punkt positionering med pneumatiska cylindrar kan ersättas och förbättras med linjärmotorer. Kortare tid för förflyttning (tL<tP) och mjukare
rörelse (utan mekaniska dämpare) är en klar förbättring. Eftersom linjärmotorerna kan synkroniseras med
hög precision och repeternoggrannhet, behövs det
inte några extra fördröjningar (tdelay) mellan de två
rörelserna som kör mot varandra. Detta resulterar i
kortare cykeltider (TL<TP).
S1
S2
Tid
Tid
Linjärmotorn som ett nytt konstruktionselement
Den industriella linjärmotorn är en multi-funktionell komponent för
dynamiska positioneringsändamål. Den har redan sin plats bland
standardkomponenterna för modern maskinkonstruktion.
Bild: calculator
Utöver välkända komponenter såsom servomotorer med remmar eller
spindlar, mekaniska kammar eller pneumatiska cylindrar, erbjuder
linjärmotorn ytterligare möjligheter för nytänkande och flexibel konstruktion. Dessutom har de gjort dynamiken olikformig och har
extremt lång livslängd.
Design manual för direktlinjära servosystem
Design manualen för direktlinjära servosystem innehåller mer än 60
sidor med komplett information om maskinkonstruktion med elektromagnetiska direklinjära servosystem. I bokens första del kan man läsa
om olika tillämpningar, illustrerade med beskrivningar och fotografier på verkliga användningar. I den andra delen kan konstruktören ta
del av konstruktionstips som illustreras med CAD-ritningar. Tilläggskomponenter, som behövs för konstruktion, är också listade med
uppgift om tillverkare.
Manualen kan beställas kostnadsfritt från:
SIGBI System AB
eller laddas ner direkt från LinMot’s hemsida www.linmot.com.
LinMot industriella linjärmotorer finns tillgängliga som standardelement och kan levereras från lager. För världsomspännande support
och service finns mer än 30 tekniskt kvalificerade agenter..
Kapitel 3 - 14
SIGBI
System AB
3.5.3 Paketering och hantering
Rotation och linjär rörelse
Vacuum sugkopp för plockning
Plockning
Pick and place med två statorer på samma slid
Placering
Stackning
Fyllning
Test och montering
SIGBI
System AB
Kapitel 3 - 15
Montering av delar i plastsvetsverkyg
Placering av detaljer i lådor eller påsar
Placering
Snabb förflyttning av flexibla detaljer
3.5.4 Lindning och textil
Lindning
Kapitel 3 - 16
Konstant kraft
SIGBI
System AB
3.5.5 Tryckning och etikettering
Elektromagnetiska linjärmotorer (linjära rörelsedon) är idealiska komponenter i maskiner för tryckning och etikettering. LinMot linjärmotorer har betydande fördelar i form av process och
systemorienterad integration, i förhållande till lösningar med
konventionell pneumatik, mekanik och spindelmaskiner:
• Elektrisk lösning (ingen tryckluft)
• Bättre egenskaper (20 000 slag/timme)
• Inställbara processparametrar (slaglängd, kraft, rörelseprofil)
• Kompakt och enkel konstruktion med extrem livslängd.
Byt produkt utan att tidsförlust
När man använder direklinjära servosystem kommer etiketteringsmoduler att
fungera utan inställningstid och ge fritt justerbara slaglängder. Tryckinstruktioner och produkthöjder överförs till modulen. Detta gör det möjligt att trycka
flera olika produkter samtidigt.
Snabbare tryckning på känsliga produkter
Teknologi med linjärmotorer gör att man får stötfria kontrollerade kraft- och
tryckningscykler. Detta gör att man avsevärt mycket snabbare kan göra tryck på
känsliga produkter, jämfört med lösningar med pneumatik.
SIGBI
System AB
Kapitel 3 - 17
Automatisk justering av produkttoleranser
Individuella produktstorlekar har ingen som helst inverkan på tryckcykeln eftersom kraften kan ställas in oberoende av slagets längd.
Moduler för tryckning, designade för linmot, finns som standardfunktion.
Komplexa processer för tryckning
och etikettering
Fritt programmerbar kraft och rörelseprocesser resulterar
i avgörande förbättringar. System med teach in och komplexa kvalitetsprocesser kan enkelt realiseras med direklinjära servosystem eftersom slag och kraft finns tillgängliga on-line och kan skickas till godtycklig PLC:
Kapitel 3 - 18
SIGBI
System AB
