1

Prof. Tõnu Lehtla

Loengud Tallinna Tehnikaülikoolis 2006

III osaRobotiajamid, tööstuslikud ajamid

Sissejuhatus robotitehnikasse

Roboti juhtseadmed 1Roboti juhtseadmed

Fanuc roboti juhtseade 6-MB

ABB roboti juhtseade IRC5

Kaksikplokk eraldi keskjuhtseadme ja ajamiplokiga

Roboti juhtseadmed 2Firma ABB roboti juhtseadmed:ajamimoodul (3 tk) ja juhtmoodul IRC5

EthernetPLC linkOhutusahelad

2

Roboti juhtseadmed 3ABB roboti juhtseadme IRC5 omadusedRiistvaraMultiprotsessorsüsteemFlash ja kõvaketas programmimäluKatkematu toite allikasUSB liides

TarkvaraObjektorienteeritud disainProgrammeerimise kõrgkeel RAPIDRobotWare tarkvaratooted

Juhtpult (Flex pendant)Värviline puuteekraanJuhthoobAinult 8 juhtnuppu

ABB roboti juhtseade IRC5 koos punktkeevitusplokiga

Roboti tehnilised näitajadJuhtimise kvaliteedinäitajad ja tõstevõimePositsioonimistäpsus

Asendi korratavus

Nimikoormus (tõstevõime)

Programmeeritud positsioonimisasend

Asendiviga

Min Max

2 x asendi korratavusviga

Asendivigade jaotuskõver

Maksimaalne tõstevõime

Telje J5 pöörlemistsenter

Telje J6 pöörlemistsenter

Roboti tehnilised näitajadTöötsoon

Mitsubishi tööstusroboti RV-1A töötsoon

RobotsüsteemLisatelg või mitu lisatelge (koordinaati)

Robot on paigaldatud liikuvale alusele

3

Ajami struktuurAjami põhikomponendid

Ajamiplokk valmistatakse ühtse tervikuna (nn servovõimendina)

Mikrokontroller koos sisend- ja

väljundliidestega

Toite-muundur

Signaali-muundurid

Mootor Käitatav

mehhanism

Jõuülekanne

Andurid

Kiirus, asend, moment Voolud, pinged

Andmevõrk 3 x U~

Andmevahetus arvutite ja kontrolleritega

Signaali- ja jõuahelate optiline eraldamine

Ajamiplokk Tehnoloogilised juhtsignaalid

Mootori toideMootori toitemuunduri jõuahelad

Muudetava pöörlemissuunaga ja energia regenereerimisega (s.t. muudetava voolusuunaga) ajam

PL4

Ud

id1

PL3

D3

D4

PL1

PL2 D1

D2

Ra La ia

Ua

E

Ue

Ra

Ue

PL4 La

Ud1

ie

id1

ω,ϕ

PL3 D4

PL1

PL2

D3

D1

D2

3~U1 CF

LF

TL

JL Koormus

JM

Alaldi Filter Pidurikommutaator

RB

PLB

Servoajamid 1Servoajami näide

Eri firmade servoajamitel on erinevad toiteahelad ja erinevad juhtimisliidesed.

Servoajam või asetseda eraldi keres või eraldi trükkplaadikaardil.

Üldine suund on tehniliste näitajate ja sisend-väljundliideste ühtlustumise poole

Servoajamil on 1 või 3-faasiline toide. Mootori asendiinfo saadakse Halli anduritelt või resolverilt. Juhtsignaalid analoogallikatelt, RS485 liidesest, andmevõrkudest CAN open, Modbus jt. Juhitakse mootori momenti kiirust ja asendit.

Servoajamid 12ABB servoajamid DGV300 ja DGV700

Servoajamis kasutatakse andmevõrke:

Profibus-DP

CAN open

Ajamis kasutatakse erinevaid juhtimismooduseid:

� Digitaalset absoluutset ja suhtelist positsioonimist

� Kiiruse analoog ja digitaaljuhtimist

� Momendi analoog ja digitaaljuhtimist

� Kiiruste ja asendite sünkroniseerimist

4

Servoajamid 2ABB servoajami elektriliste parameetrite seadistamine

Olekud, protsessimuutujad, rikked

Servoajamiteelektriliseks seadistamiseks on firmadel olemas spetsiaalne seadistustarkvara

Sätitakse ajami riistvara tüüp, mootori nimiandmed kaitsefunktsioonid, talitluspiirangud jm.

Servoajamid 3ABB servoajami regulaatorite seadistamine (tarkvara)

Sama tarkvara abil sätitakse ajami juhtimisomadused: regulaatorite parameetrid,muutujate piirväärtused jm.

Kasutusel on voolu, kiiruse ja asendi tagasisided

Servoajamid 4ABB servoajami liikumisdiagrammi seadistamine

Servoajami kiirusdiagrammi seadistamine

Sätitakse ajami liikumiskiirused, kiirendused, aeglustused, nende omavahelised suhtelised ja piirväärtused

Servoajamid 5ABB servoajamid (DGV300, DGV700, SD94S)

Servoajami kiirus- ja vooludiagrammi seadistamine

Regulaatorite seadistamiseks mõõdetakse muutujate tegelikke väärtusi. Antud juhul on näidatud kiiruse ja voolu siirdekõverad.

5

Servoajamid 6ABB servoajamid DGV300 ja DGV700

Servoajami kiirus- ja vooludiagrammi seadistamineKiirus ei võngu. Positsioonimisviga on väike. Positsioonimisaeg lühike.

ABB DGV300

Servoajamid

Ajami talitlusmoodusedMomendi analoogmoodusKiiruse analoogmoodusAsendiprofiilKiirusprofiilMomendiprofiilPositsioonimineRoomeliikumineSünkroniseerimineInterpoleerimine

CAN juhtsõna bitid

CAN openjuhtsõna

Servoajamid 8ABB DGV300CAN olekusõna bitid

Ajami talitlusmoodusedMomendi analoogmoodusKiiruse analoogmoodusAsendiprofiilKiirusprofiilMomendiprofiilPositsioonimineRoomeliikumineSünkroniseerimineInterpoleerimine

CAN openolekusõna

Servoajamid 9Servoajami DGV300 põhitalitlusmoodused � Analog Torque Mode Momendijuhtimine analoogsisendi (+VREF, -VREF) järgi.

� Analog Speed Mode Kiirusejuhtimine analoogsisendsignaali (+VREF, -VREF) järgi

� Profile Position Mode Asendijuhtimine sihtasendi digitaalsignaali järgi targets.

(Punktist punkti ja mitmed muud asendi juhtimise meetodid)

� Profile Velocity Mode Kiiruse juhtimine digitaalsignaali järgi

� Profile Torque Mode Momendijuhtimine digitaalsignaali järgi

� Homing Mode mitmesugused positsioonimismeetodid

� Jogging Mode väikese ulatusega roomeliikumiseks

(nt ajami seadistamisel või õpetamisega programmeerimisel)

� Synchronization Mode Kahe mehaanilise süsteemi (koordinaattelje) kiiruse või

asendi sünkroniseerimine. Mitme ajami puhul on üks MASTER.

� Interpolated Position Mode Trajektoori interpoleerimine.

ABB servoDGV300 CAN open

6

Servoajamid 10

NB! Juhitavaid parameetreid on rohkem kui joonisel näha

DGV 300 Kiiruse analoogjuhtimine

Servoajamid 11

Siinuspinge pulsilaiusmodulatsioonil saadakse kolmefaasilise 380 V liinipingega (220 V faasipingega) toitepinge puhul muunduri väljundist 270 V amplituudiga siinuspinge, millele vastab 190 V efektiivväärtusega faasipinge väljundis.

NB! 30 V faasipinge efektiivväärtusest läheb kaduma

DGV 300 Asendi juhtimine

Servoajamid 12IGBT transistoridel vaheldiga ehk pooljuhtkommutaatoriga ajam

Erinevad ABB sagedusmuunduriga ajamid ja mitmeotstarbeliste klahvidega juhtpult

ABB vahelduvvoolutoitega harjadeta mootoritega servoajamid Minivector 300

Servoajamid 13

Ajamis kasutatakse harjadeta alalisvoolu servomootoreid

ABB servoajamid MINIVECTOR 300Minivector 300 põhiomadused:

Vektorjuhtimine töötlussagedusega 20 kHz

PI kiirusregulaator

Resolver-asendiandur 1024 impulssi pöördele

Mootori pooluste arvu ja magnetvälja automaatne tuvastamine

Ühe või 3-faasiline toide

7

Servoajamid 14

Harjadeta alalisvoolu servomootorid

ABB servoajamid MINIVECTOR 300

Servoajamid 15ABB servoajamid MINIVECTOR 300

Servoajamid 16ABB servoajami MINIVECTOR 300 seadistamine

Sagedusmuunduriga ajamid 1Kolmefaasilise alaldiga ja IGBT transistoridel vaheldiga ajam

Muundur sobib nii asünkroon- ja sünkroonmootorite sagedus- ja vektorjuhtimiseks

IGBT moodulSildalaldi

TR1

KL K1

L1

L1

L3

L+ Pidurdustakisti TR

G

W

V

U

~M

K

8

Sagedusmuunduriga ajamid 2Ajami sisendid-väljundid

Ajamil on analoog- ja digitaalsisendid ning väljundid.

Ajamil on ka andmevõrguliidesed Modbus, PROFIBUS, Modbus Plus, DeviceNet, LonWorks, Ethernet, ControlNet, CANopen, InterBus, TCP/IP

X1

1 SCR Juhtahelate kaabli kest (varje)

2 AI1 Väline sageduse seadesignaal 1: 0…10 V

3 AGND Analoog-sisendahelate ühisklemm

4 10 V Pinge 10 VDC

5 AI2 Pole kasutusel

6 AGND Analoog-sisendahelate ühisklemm

7 AO1 Väljundsagedus: 0…20 mA

8 AO2 Väljundvool: 0…20 mA

9 AGND Analoog-väljundahelate ühisklemm

10 24 V Abitoitepinge +24 VDC

11 GND Digitaalsisendite DI ühisklemm

12 DCOM1 Digitaalsisendite üldine ühisklemm

13 DI1 Start/Stopp: Aktiveeritakse käivitamisel

14 DI2 Päri-/vastupäeva: Aktiveerimine muudab pöörlemissuunda

15 DI3 Püsikiiruse valik (Sisendite 15 ja 16 olek määrab püsikiiruse valiku)

16 DI4 Püsikiiruse valik (Sisendite 15 ja 16 olek määrab püsikiiruse valiku)

17 DI5 Rambipaari valik: Aktiveeritakse 2. kiirendus-/aeglustusrambi valikul.

18 DI6 Pole kasutusel

19 RO1C 20 RO1A 21 RO1B

Releeväljund 1. Vaikimisi programmeeritud Valmisolek => 19 on ühendatud 21-ga

22 RO2C 23 RO2A 24 RO2B

Releeväljund 2. Vaikimisi programmeeritud Talitlus , => 22 on ühendatud 24-ga

25 R03C 26 R03A 27 R03B

Releeväljund 3. Vaikimisi programmeeritud Inverteeritud rikkesignaal => 25 on ühendatud 27-ga (Rikke puhul => 25 on ühendatud 26-ga)

Signaalid mõõteriistale

Sagedusmuunduriga ajamid 3Ajami pinge-sageduse sõltuvus

Muundur sobib nii asünkroon- ja sünkroonmootorite sagedus- ja vektorjuhtimiseks

0

1500 p/min

1200

50 100 150 Nm

900

600

300

Mootori tööpunktid

Ts = const.

Ts = kω

Tn

Ts = kω2

Uv U0

0,5 fpõhi fpõhi

Pinge

fmax

Sagedus

Umax

Uv

U0

Pinge

Sagedus

Umax

Sagedus

Koormus

Aeg 0

Sagedusmuunduriga ajamid 4Ajami pinge-sageduse sõltuvus

Mootori juhtimine etteantud pinge-sageduse sõltuvuse puhul

Sagedus-muundur

Voolu-piirang

Kiiruse-regulaator

Sagedus - pingesõltuvus

U

+

+ --+

Mootor

U1

Is

Seade-suurus

3~U

Kiiruseandur

ω

ω

ω1

1

1

Sagedusmuunduriga ajamid 5Ajami pulsilaiusmodulatsiooni kandevsagedus

Sageduse suurenemise väheneb kommutatsioonikadude suurenemise tõttu muunduri lubatav väljundvool

3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 kHz

Kandevsagedus

100 %Konstantnemoment

Muutuvmoment

100 %

8 % / kHz kohta

Väljundvool

9

Sagedusmuunduriga ajamid 6Ajami programmeeritavad funktsioonid

Sagedusmuunduri sätteparameetrid jaotatakse tavaliselt mitmesse rühma. Enamasti võib sõltuvalt parameetrite muutmise vajadusest ja selle sagedusest.

Eristatakse kolme rühma parameetreid:

� sagedasti sätitavad parameetrid

� harva sätitavad parameetrid

� tootja poolt sätitavad parameetrid.

Sagedusmuunduriga ajamid 7Ajami programmeeritavad funktsioonid ja parameetrid

Kiirendus- ja pidurdusaeg

fmax

Sagedus

Pidurdus-sagedus

Dünaamiline pidurdus

Pidurduspinge

Pidurdusaeg Stardi-sagedus

Edasi- või tagasikäivitus

ta tb

Kiirus

ωmax

LMAa TT

Jt

−

⋅= maxω

LMBb TT

Jt

+

⋅= maxω

Tavaliselt saab eelnevalt programmeerida mitu varianti kiirendus ja pidurdussätteid, mida hiljem valitakse automaatselt sõltuvalt tehnoloogia vajadustest

Sagedusmuunduriga ajamid 8Ajami programmeeritavad funktsioonid ja parameetrid

Toitepinge katkestuse korral toimivad ajami korduslülituse ning lendstardi funktsioonid

tpw

Väljundsagedus

Mootori kiirus

B28-1n=2n=1

1

n=3Sisemineloogikasignaal

2 3 4 1 - ooteaeg pärast liigvoolu- vabasti rakendumist

4 - õnnestunud lendstart ja korduslülituste lõpetamine

2 - lendstardiga korduslülitus

3 - lendstardiga korduslülitus

Väljundsageduse ennistamine

Mootori kiiruse otsing (1...2 s)

Sagedusmuunduriga ajamid 9Ajami programmeeritavad funktsioonid ja parameetrid

Kiirenduse-pidurduse S-kõverad tõuke vältimiseks

ts ts B21-4

B21-4 ta tb

(A01-0, B21-0) (B41-0 .. 7)

(A01-1, B21-1) (B42-0 .. 7)

Väljundsagedus

10

Sagedusmuunduriga ajamid 10Ajami programmeeritavad funktsioonid ja parameetrid

Programmeeritavad keelusageduse sätted resonantsnähtuste vältimiseks

B22-5

B22-3

B22-1B22-0

B22-2

B22-4

Talitlussagedus

Sagedussäte

Keelusagedus 3

Keelusagedus 2

Keelusagedus 1

Sagedusmuunduriga ajamid 11Ajami programmeeritavad funktsioonid ja parameetrid

Ajami liigkoormuskaitse sõltuvalt momendi iseloomust VT – muutuv moment (variable torque)CT – konstantne moment (constant torque)

150 %100 %50 %

2

Rakendumisaeg

1

3 minB30-0 = 50 % B30-0 = 100 %

VT koormus

CT koormus

(B00-7 = 2)

(B00-7 = 1)

1)2)

Suhteline väljundvool

Sagedusmuunduriga ajamid 12Ajami programmeeritavad funktsioonid ja parameetrid

Ajami eri kiirustega programmeeritud kiirusdiagramm Saab kasutada ka erinevaid programeeritavaidkiirendusi (rambikestusi)

(A00-0)(A00-0)

B20-6B20-7

B20-6

B20-5B20-4

B20-3B20-2

B20-1B20-0

(B04-3) PROG

(B04-4) S0

(B04-5) S1

(B04-6) S2

Aeg

Väljundsagedus

Param1 Param2 Param4Param3 Param5

Sagedusmuunduriga ajamid 13ACS160 (Üldotstarbeline sagedusmuunduriga servoajam)

Toiteahel Juhtahelad

Mootori toide

11

Sagedusmuunduriga ajamid 14ACS 160

Programmeeritavad talitlus-ja kaitsefunktsioonid

Elektromagnetiline ühilduvusJõuahelate häired ja filtrid

Kõrgsageduslik pulsilaiusmodulatsioon ja impulsside järsud frondid tekitavad:

� toitevõrgus elektriahelate kaudu juhtivushäireid ning

� elektrivälja kaudu kiirgushäireid (raadiosageduslikke raadiohäireid).

Rd

Ld

ud

E

up

ip

ToiteahelaLC filter

VäljundahelaLC silufilter

Väljundahelaaktiivfilter

Elektromagnetiline ühilduvusSeadmete liigitamine elektromagnetilise ühilduvuse järgi

Talitluskoha järgi eristatakse kahte seadmete klassi.� Klass A: Seadmed, mis võivad töötada elurajoonidest eemal asuvates piirkondades� Klass B: Seadmed, mis on kohaldatud tööks elurajoonides.

Genereeritava kõrgsagedusvoolu iseloomu järgi eristatakse: � sagedusmuundureid, mille talitlusega kaasneb ka kõrgsagedusliku energia edastamine peamiselt juhtivuse teel juhtivushäired

� kõrgsageduslikke sagedusmuundureid, mis tekitavad kõrgsageduslikku kiirgusenergiat ja kiirgushäireid

Elektromagnetiline ühilduvus

Conv

1 2 3 4 5

Upc

Upm

1

2

3

4

5

M Long cable

t

U

Front of converter pulse

First reflected pulse

+

+ -

Second reflected pulse

Under-critical cable length

+

+ -

-

6

Pikad kaablid

Kaabli pikkus on väiksem kriitilisest pikkusest:

12

Elektromagnetiline ühilduvusPikad kaablid

Kaabel on kriitilise pikkusega

Conv

1 2 3 4 5

Upc

Upm

1

2

3

4

5

M Long cable

t

U

Front of converter pulse

First reflected pulse

+

+

+

+

-

-

Second reflected pulse

Critical cable length

lv t

crr=

⋅

2

rrCLv

εµεµ 0000

11==

Elektromagnetiline ühilduvusPikad kaablid

Kaabli pikkus on suurem kriitilisest pikkusest

lv t

crr=

⋅

2

rrCLv

εµεµ 0000

11==

Conv

1 2 3 4 5

Upc

Upm

1

2

3

4

5

M Long cable

t

U

Front of converter pulse

First reflected pulse

+

+

+

-

Second reflected pulse

Over-critical cable length

+ -

Ajami vektorjuhtimineAjami juhtimine konstantse õhupiluvooga

Mootori maksimaalne moment on u 2 korda suurem

1500p/min

1200

900

600

300

0 100 200 300 Nm

Sagedus-muundur

Mootor

Is

3~U

Kiiruseandur

ω

PLM

PLM

PLM

Momendija

magnetvooarvutus

Pinge-kõverateetteande-generaator

Magnetvoo-regulaator

Momendiregulaator

Φ

Φ

ω

ω ω

1s

1 2 1

-

++ -

-

-

Ts -