Elementos de un servo drive

Spoiler:

El propósito de este post es el de mostrar los elementos básicos presentes en cualquier servodrive. Hasta ahora nos hemos limitado a la teoría pero resultará interesante ver como se plasma dicha teoría en un producto real.




OMRON Accurax G5 EtherCAT
Display
Muchos servos incluyen una pantallita o Display para informar del estado del servo así como posibles anomalías.
Entrada potencia:
La entrada de potencia (desde la red eléctrica, previo paso por filtros si fuera necesario para cumplir EMC), aporta la energía necesaria al Drive para que posteriormente rectificada y troceada sea entregada al motor.
Normalmente existen versiones del servo para monofásico y trifásico. La frontera entre sistemas monofásicos y trifásicos acostumbra a situarse alrededor de 1KW-1.5 KW. dependerá del fabricante.
La mayoría de los servosistemas tendrán a su vez una entrada adicional de control, que alimentará la lógica del servodrive. Esta entrada acostumbra a ser de 230 V (para sistemas monofásicos) ó 24 V (para sistemas trifásicos).
La segregación entre la alimentación del DC BUS y Control, permite por ejemplo deshabilitar toda la potencia del DC BUS manteniendo el control (p.e. para que el servo no pierda la realimentación de posición del encoder).
Salida Potencia
La salida de potencia es la que alimenta al motor, es por donde la onda PWM de alta potencia será conducida para hacer girar el motor según velocidad y par comandados.
Por tratarse la señal PWM de una señal de alta frecuencia y alta potencia, existe la posibilidad de que ondas radiadas afecten a otros equipos adyacentes. Para evitar este problema deben seguirse las instrucciones de montaje e instalación del fabricante del equipo, un mal apantallamiento o aislamiento de estos cables (p.e. si se los fabrica uno mismo, o se realizan empalmes) es la causa de numerosos problemas de ruido eléctrico (que son los ‘Poltergeist’ de nuestro mundillo…), de difícil diagnosis y en ocasiones dificil solución.
Es habitual en la mayoría de los servos que se permita el acceso al DC BUS mediante bornas. De este modo se puede controlar el nivel del DC BUS, ya sea con resistencias de frenado (quemamos el exceso de energia al regenerar) o mediante regeneración a la red eléctrica (acostumbra a utilizarse en sistemas de muy alta potencia debido al incremento en los costes).
El servo de la imagen anterior, permite al acceso a dichas bornas del DC BUS, pero para aplicaciones donde existan muchos ejes y en los que se produzca regeneración y consumo simultáneo por varios ejes, existe la posibilidad de cablear los DC BUS de varios servos, de este modo en teoría la energía regenerada de un eje puede ser aprovechada por otro.
La teoría es muy bonita, pero en la práctica no son tantas las aplicaciones en las que los ejes trabajen de un modo en la que el aprovechamiento de la regeneración sea rentable, p.e. en una impresión offset con muchos ejes, lo habitual es que los ejes que realmente consumen o generan mucha potencia, aceleren todos a la vez o deceleren todos a la vez…
Pero ciertamente, existen aplicaciones en las que podría ser rentable aprovechar dicha regeneración, es por eso que muchos fabricantes presentan modelos de servosistemas en Rack, de modo que la etapa de rectificación se sitúa en la cabecera del servo y los ejes, son módulos onduladores PWM individuales. Esta configuracióntiene sus ventajas y desventajas, y será adecuada o no en función de la inversión inicial en hardware y naturaleza de la aplicación (regeneración)
Ejemplo de este tipo de configuración es el Kinetix 6000 de Allen-Bradley





Comunicaciones Serie
Pese a que hoy en día la mayoría de los servos presentan versiones con Buses de Motion Control Digitales, lo cierto es que existen muchas aplicaciones que se siguen solucionando con consignas analógicas o de pulsos. Para poder configurar dichos servos se acostumbra a dotar al servo de un puerto de comunicaciones serie. En el pasado estos solían ser RS-232 o 422, pero en la actualidad muchos servos de nueva generación vienen provistos de puertos serie USB, que permiten una comunicación mucho más rápida con el equipo.
Incluso los servos provistos de protocolo de comunicaciones para Motion, acostumbran a conservar el puerto serie/USB, es siempre una puerta de acceso adicional cuando por algún motivo es necesario.
Motion BUS
Para sistemas multiejesen los que se requiere acceso a parámetros de muchos ejes y funciones de control de eje en las que varios ejes funcionan sincronizados o coordinados, acostumbran a utilizarse sistemas de Motion BUS digitales.
Existen muchos buses, ya sean propietarios del fabricante o abiertos mediante organizaciones. Cada fabricante intentará convencernos de las bondades de su BUS, lo cierto es que en la actualidad nos encontramos en un momento de transición entre buses con un ancho de banda ‘justito’ para controlar muchos ejes 10-20 Megas, a protocolos basados en medio fisico Ethernet. En la actualidad el número de ejes por máquina está aumentando, así como el número de ejes que es capaz de controlar un Motion Controller. La misma máquina embolsadora se puede solucionar con 4 o con 14 ejes, la diferencia está en los ejes auxiliares que permiten funciones adicionales como la automatización de cambios de formato o producto. Son estas funciones adicionales y los beneficios para el usuario final, las que justificarán el pagar ‘más’ por una máquina hecha en Europa o escoger una máquina fabricada en China.
Señores… es un hecho ! no podemos competir en precio… pero sí en tecnología! y está es la estrategia adoptada por muchos fabricantes de maquinaria , p.e. alemanes, que de este modo pueden seguir ‘vivos’ en el mercado frente a máquinas ‘más primitivas’ fabricadas en p.e. China.
Seguridad Integrada
La normativa de seguridad europea es muy estricta y cada vez lo va a ser más.
Ciertamente las móviles de una máquina son un punto de peligro, es por esto que desde hace algunos años están apareciendo servosistemas con funciones de seguridad integrada, el motivo es claro: aumentan la seguridad (la seguridad está integrada en la electrónica del drive, reduciéndose así el tiempo re reacción), y facilitan el proceso de certificación de la seguridad de la máquina.
Este es un tema muy interesante que se merece uno o varios posts…
Entradas y salidas I/O
Todos los servos necesitan interactuar con su entorno, en función de la naturaleza del servo y p.e. de la disponibilidad de un bus de control de motion, los servos vendrán provistos de más o menos entradas.
I/O’s típicas en un servo son:
-Enable/Run: Habilitación de la etapa de salida del DC BUS
-Alarm Reset: En caso de fallo…se requerirá de una entrada para borrar la alarma.
-Positive Over Travel (POT): Los límites de carrera positivos indican al servo (p.e. mediante un sensor inductivo) que ha alcanzado una posición física que no debe de ser superada.
-Negative Over Travel (NOT): Análogamente al POT, existen posiciones en sentido negativo de movimiento que no deben de ser superadas.
-TouchProbe (o captura de registro): Se trata de una entrada ultrarápida que permite al servo memorizar la posición del eje cuando dicha entrada es activada.
Adicionalmente el servo acostumbrará a tener como mínimo las siguientes salidas:
-/Alarma (indicará que el servo se encuentra en estado de fallo)
-Ready (todo va bien…)
-Brake (El servo está operando un motor con freno eléctrico.
Existen muchas más otras I/O’s configurables, que estarán presentes o no en función del servo y fabricante: p.e. salidas configurables en función del estado del servo: a velocidad, en posición, etc… entradas adicionales de registro, cambios de ganancias, etc..
Realimentación del encoder del motor
Esta entrada es necesaria para un control preciso del motor, es imprescindible para poder cerrar el lazo de velocidad y, en la mayoría de las aplicaciones también se utilizará para cerrar el lazo de posición.
Realimentación Encoder Auxiliar
La realimentación del lazo de velocidad nos vendrá dada por el encoder del motor, pero en ocasiones resulta útil poder cerrar el lazo de posición con otro encoder adicional: p.e. cuando la mecánica de la máquina es francamente mala… pueden existir notables holguras entre la posición del eje del motor y la posición de la carga que queremos controlar. También se da el caso de sistemas que tengan un ‘deslizamiento’ inherente, p.e. una cinta transportadora de papel en la que exista un cierto deslizamiento del papel respecto al eje.

FUENTE: http://www.infoplc.net/blog4/wp-content/uploads/2010/08/mainimage_kinetix6000.jpg