В чем разница между сервоприводом и контроллером движения?

Автор: Сотрудники отчета о роботах | 11 июля 2022 г.

В мире автоматизации может быть тонкая грань между тем, что считается контроллером движения, и тем, что представляет собой базовый сервопривод. Крайне важно понимать функциональность и интеллект каждого устройства, поскольку во многих приложениях для завершения системы требуются как контроллер движения, так и сервопривод.

Серводвигатель приводится в действие сервоприводом, который подает напряжение и ток на катушки двигателя, а затем контролирует обратную связь, чтобы замкнуть контур сервопривода. В большинстве случаев сервопривод состоит из трех встроенных сервоконтуров — контура тока (или крутящего момента), контура скорости и контура положения — которые взаимодействуют друг с другом для создания точного движения. Ожидаемая работа двигателя будет определять, какие контуры потребуются.

В приложении управления крутящим моментом бесщеточного серводвигателя постоянного тока «устройство» подает ток и напряжение на двигатель на основе заданного входного сигнала, измеренного в зависимости от обратной связи по току. Устройство, обеспечивающее питание двигателя, называется собственно сервоусилителем или сервоприводом. Привод по току или моменту бесполезен, если он не получит специальную команду, указывающую, какой крутящий момент создавать. Команда может поступать из различных источников, которые по сути действуют как «контроллер». Команда может быть простой: человек, действующий как контроллер, вручную регулирует потенциометр для подачи сигнала +/- 10 В постоянного тока на привод в зависимости от желаемого выходного крутящего момента.

В типичной бесщеточной сервосистеме постоянного тока присутствуют три встроенных контура с различными компенсационными и фильтрующими элементами. Внутренний контур (токовой контур) управляется контуром скорости, который, в свою очередь, управляется контуром положения. Токовый контур всегда находится в приводе, тогда как контуры скорости и положения находятся либо в приводе, либо в контроллере. В токовом контуре используется датчик тока двигателя для измерения тока в обмотках двигателя, а в контуре скорости используется датчик скорости (обычно энкодер) для измерения скорости двигателя, который также предоставляет информацию о положении для замыкания контура положения.

Контроллеры движения — это устройства на базе микропроцессора со сложными алгоритмами, которые генерируют сигналы с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ). Силовые транзисторы сервопривода передают сигналы тока и напряжения для подачи питания на двигатель. Контроллер движения обычно обрабатывает информацию обратной связи от различных сервоконтуров. Контроллеры используют информацию обратной связи, чтобы заставить двигатель вести себя точно так, как командует микропроцессор. По сути, интеллект, обеспечиваемый микропроцессором, действует как контроллер, а электроника, связанная с силовыми устройствами, действует как привод. По сути, контроллер — это элемент, который подает определенную команду на контур положения, скорости или тока, в то время как привод подает на двигатели напряжение и ток в соответствии с требованиями контроллера.

Контроллер обычно представляет собой программируемое устройство, которое хранит и выполняет код, предоставленный программистом. Программирование разрабатывается на различных языках, таких как BASIC, C+/C++, VB и языках, указанных в стандартах IEC 61131-3. Контроллеры оснащены многочисленными элементами безопасности для предотвращения перегрузок или остановки движения в случае отказа компонентов. С другой стороны, приводы, как правило, сосредотачиваются на получении входных команд контроллера и включении и выключении силовых транзисторов. Это создает ток и напряжение, необходимые для удовлетворения заданного крутящего момента и скорости.

С развитием микропроцессоров и новых коммутационных устройств контроллеры и приводы становятся все более взаимосвязанными – в основном в централизованных системах, где вся электроника размещена в одном шкафу управления. В децентрализованных решениях контроллер движения находится в шкафу, а приводы располагаются рядом с двигателями и обмениваются данными с централизованным контроллером движения через полевую шину движения.

Примечание редактора:Эта статья была написана командой экспертов по управлению движением и автоматизации компании Kollmorgen, в которую вошли инженеры, специалисты по обслуживанию клиентов и специалисты по проектированию.