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 -