AB MPL-B320P-SJ72A Моторы низкой инерции Аллена-Брэдли MPLB430PSJ72AA

Allen-Bradley MPL-B320P-SJ72A | Серводвигатель Kinetix MP-Series с низким моментом инерции без щеток — 1,5 кВт, 3,05 Нм, 5000 об/мин, 400 В, энкодер Hiperface 1024 Sin/Cos, SpeedTEC DIN

Обзор

Allen-Bradley MPL-B320P-SJ72A — это бесколлекторный серводвигатель переменного тока Kinetix MP-Series с низким моментом инерции в классе 400 В, обеспечивающий мощность 1,5 кВт при непрерывном моменте при остановке 3,05 Нм и номинальной скорости 5000 об/мин. Определяющей характеристикой, отличающей его от более поздней ревизии в том же физическом семействе, является устройство обратной связи: абсолютный однооборотный энкодер 1024 Sin/Cos, работающий по протоколу Hiperface.

Hiperface — последовательно-аналоговый гибридный интерфейс энкодера, разработанный Stegmann — объединяет два канала связи в одном кабеле: аналоговый трек, который выводит 1024 синусоидальных/косинусоидальных цикла на оборот необработанного сигнала положения, и цифровой последовательный канал RS-485, который передает абсолютные данные положения, идентификацию двигателя и диагностическую информацию.

Привод одновременно обрабатывает оба канала, используя аналоговые синусоидальные/косинусоидальные циклы для интерполяции с высоким разрешением во время движения и цифровой последовательный канал для считывания абсолютного положения при запуске. То, что выходит из энкодера как 1024 цикла, поступает в привод с интерполяцией до гораздо более высокого углового разрешения — практическая точность положения превышает то, что подразумевает только количество циклов.

Эта комбинация энкодера и протокола была стандартом прецизионной обратной связи для платформ приводов Kinetix 6000 и 7000, когда MPL-B320P-SJ72A был указан в производственных машинах.

Многие установки, все еще работающие с этими поколениями приводов, требуют именно этого интерфейса обратной связи — более новый вариант цифрового энкодера с высоким разрешением не будет взаимодействовать по каналу Hiperface, вокруг которого спроектирована схема обратной связи привода.

Ключевые характеристики

Энкодер Hiperface — как 1024 Sin/Cos становятся точными данными положения

Энкодер 1024 Sin/Cos в MPL-B320P-SJ72A генерирует одну полную синусоидальную и одну полную косинусоидальную волну на каждую 1/1024 часть оборота двигателя. В необработанном виде 1024 цикла на оборот означают, что аналоговые треки завершают полный электрический цикл 360° каждые 0,352° вращения вала.

Но 1024 цикла/оборот — это отправная точка, а не окончательное разрешение, с которым работает привод.

Схема обработки обратной связи привода Kinetix с высокой скоростью считывает мгновенную амплитуду обоих каналов — синусоидального и косинусоидального — и вычисляет угловое положение в каждом цикле с помощью расчета арктангенса — процесса, называемого интерполяцией.

Коэффициенты интерполяции 256:1 или выше являются обычными для прецизионных сервоприводов, превращая каждый механический цикл 1/1024 в 256 или более интерполированных положений.

Эффективное разрешение на входе привода, таким образом, достигает десятков тысяч отсчетов на оборот — величина, определяемая аппаратным обеспечением интерполяции привода, а не только количеством циклов энкодера.

Второй канал — цифровая линия Hiperface RS-485 — несет регистр абсолютного положения. При включении питания привод считывает этот регистр, чтобы узнать точное положение вала в текущем обороте без какого-либо движения.

Затем привод отслеживает положение от этой точки отсчета, используя данные Sin/Cos с высоким разрешением и интерполяцией.

Результатом является система обратной связи, которая сочетает в себе абсолютную надежность при запуске цифрового регистра положения с высокоразрешающей, широкополосной обратной связью по скорости от аналоговой Sin/Cos линии — две задачи, один кабель, один разъем энкодера.

Однооборотный абсолютный — что он предоставляет и чего не предоставляет

Однооборотный абсолютный означает, что энкодер знает угловое положение в пределах одного полного оборота вала с момента включения питания. В момент инициализации привода Kinetix он считывает значение положения от 0 до 359,999...° по последовательному каналу Hiperface без необходимости движения вала.

Это не предоставляет знания о том, сколько полных оборотов накопилось с момента последней инициализации энкодера.

После перерыва в подаче питания, если ось переместилась на один или несколько полных оборотов — за счет инерции, ручного перемещения или механического ползучести — привод считает правильное угловое положение в пределах оборота, но не сможет определить абсолютное многооборотное положение без калибровки.

На практике это означает: после каждого цикла питания на линейной оси с ходом более одного оборота двигателя требуется возврат к эталону для восстановления абсолютного многооборотного положения.

Для поворотных осей с общим ходом менее одного оборота или для применений, где абсолютное положение в пределах оборота является достаточным, однооборотный энкодер полностью исключает калибровку. Многооборотный вариант Hiperface — серия с суффиксом MJ в том же семействе двигателей — расширяет сохранение абсолютного положения на несколько оборотов для применений, где устранение требования калибровки по всему ходу оси является эксплуатационным требованием.

3,05 Нм непрерывный, 7,91 Нм пиковый — та же платформа производительности

Спецификации крутящего момента MPL-B320P-SJ72A идентичны более поздней ревизии SJ72AA: 3,05 Нм непрерывный при остановке, 7,91 Нм пиковый, 4,5 А непрерывный и 14,0 А пиковый ток при остановке. Ревизия энкодера не изменяет электромагнитную конструкцию двигателя, ротор с редкоземельными магнитами или характеристики обмотки — изменились только устройство обратной связи и его интерфейс связи между ревизиями.

При номинальной скорости 5000 об/мин и выходной мощности 1,5 кВт обмотка класса B на 400 В является подходящим классом напряжения для европейских и мировых трехфазных промышленных источников питания 400–480 В.

Ротор с редкоземельными постоянными магнитами, который обеспечивает непрерывный момент 3,05 Нм в корпусе диаметром 100 мм и длиной сборки 50,8 мм, сохраняет момент инерции ротора на уровне 0,000078 кг·м² — достаточно низкий, чтобы собственная масса двигателя минимально влияла на общий момент инерции системы, воспринимаемый приводом, позволяя доступный пиковый момент 7,91 Нм ускорять в основном нагрузку, а не сам двигатель.

Изоляция класса H при 180°C обеспечивает тепловой запас, требуемый для непрерывной промышленной эксплуатации.

Правильный монтаж — тепловой путь двигателя проходит через его фланец в конструкцию машины — требует адекватного теплового контакта между монтажной поверхностью двигателя и машиной. Монтаж на теплоизолирующих материалах или с чрезмерным зазором между поверхностями снижает эффективный номинальный непрерывный момент двигателя ниже значения на табличке.

Разъем SpeedTEC DIN и шлицевой вал

Угловой круглый разъем SpeedTEC DIN в конфигурации с вращением на 180° является тем же механическим интерфейсом, который используется во всей серии MPL при этом коде разъема.

Однократное четвертьоборотное запирающее кольцо полностью фиксирует разъем за время, необходимое для его поворота из заблокированного положения в заблокированное — надежно, повторяемо и подтверждается тактильным и звуковым сигналом полного соединения.

Поворот угловой головки на 180° позволяет установить направление выхода кабеля перед блокировкой, ориентируя кабель по пути прокладки без натяжения кабеля у двигателя.

Шлицевое удлинение вала обеспечивает надежное вращательное соединение между двигателем и муфтой.

При непрерывном моменте при остановке 3,05 Нм и пиковом моменте 7,91 Нм шпонка предотвращает любое вращательное проскальзывание между валом и ступицей независимо от усилия зажима — особенно важно для применений с частыми реверсами ускорения, где циклические нагрузки по крутящему моменту многократно нагружают интерфейс вала-муфты в противоположных направлениях.

Шпонка поставляется с двигателем; ступица муфты должна быть изготовлена с соответствующим шпоночным пазом с правильным допуском для диаметра вала двигателя.

Уплотнение вала на заводе не установлено. Без уплотнения рейтинг IP варьируется в зависимости от ориентации монтажа, как указано выше.

Для установок, где зазор вала будет подвергаться воздействию технологических жидкостей, охлаждающей жидкости или значительного загрязнения, соответствующий комплект уплотнения вала — заказывается отдельно по каталогу уплотнений вала MPL — обеспечивает защиту вала по стандарту IP66 при правильной установке перед монтажом муфты.

Совместимость приводов Kinetix и особенности протокола Hiperface

MPL-B320P-SJ72A и его интерфейс энкодера Hiperface нативно совместимы с Kinetix 6000, Kinetix 6200/6500, Kinetix 7000, и Ultra3000 — платформами приводов Rockwell Automation, разработанными для обработки обратной связи по протоколу Hiperface на их картах интерфейса обратной связи двигателя.

Протокол Hiperface работает через специальный кабель и разъем на клеммной колодке двигателя привода.

Модуль обратной связи привода должен поддерживать Hiperface — не все модули приводов Kinetix это делают, и модуль оси привода должен быть настроен на тип обратной связи Sin/Cos и параметры последовательной связи Hiperface.

Для систем, где существующий привод уже настроен для Hiperface с другим двигателем MPL, MPL-B320P-SJ72A является прямой заменой в плане обратной связи, при условии, что питание двигателя и проводка тормоза также совпадают.

Одно практическое соображение при замене SJ72A на более поздний SJ72AA: SJ72AA использует другой интерфейс энкодера — чисто цифровой протокол обратной связи с высоким разрешением, совместимый с Kinetix 5500 и 5700, а не Hiperface.

SJ72AA не является прямой заменой энкодера для SJ72A на приводе Kinetix 6000 или Ultra3000 без изменения модуля обратной связи привода или самого привода.

FAQ

В1: В чем разница между MPL-B320P-SJ72A и MPL-B320P-SJ72AA?

Оба двигателя физически и электрически идентичны — тот же корпус, та же длина сборки, тот же крутящий момент, ток, скорость, разъем, вал и рейтинг IP. Единственное отличие — энкодер. SJ72A оснащен однооборотным абсолютным энкодером 1024 Sin/Cos, использующим протокол Hiperface, совместимый с приводами Kinetix 6000, 7000 и Ultra3000.

SJ72AA оснащен более новым цифровым энкодером с высоким разрешением, использующим другой протокол обратной связи, совместимый с Kinetix 5500 и 5700, в дополнение к 6000 и 7000. При замене SJ72A на существующей машине энкодер заменяющего двигателя должен соответствовать протоколу обратной связи установленного привода — SJ72AA не может заменить SJ72A на приводе Kinetix 6000 или Ultra3000 без изменений на стороне привода.

В2: Как привод достигает высокого разрешения положения от 1024 циклов Sin/Cos?

Привод с высокой частотой считывает мгновенные уровни напряжения на выходных каналах синусоиды и косинусоиды и вычисляет дробный угол в каждом цикле с помощью арктангенсной интерполяции.

Коэффициент интерполяции 256:1 превращает каждый механический цикл 1/1024 в 256 интерполированных отсчетов положения, обеспечивая эффективное разрешение обратной связи примерно 262 144 отсчета на оборот на приводе — сравнимое с 18-битным цифровым энкодером. 

Фактическое интерполированное разрешение зависит от аппаратного обеспечения обработки обратной связи привода. Ключевой момент: количество циклов 1024 не является рабочим разрешением; это сырье, которое электроника интерполяции привода преобразует в гораздо более тонкий сигнал положения.

В3: Требуется ли однооборотный энкодер на SJ72A калибровка после цикла питания?

Для линейных осей или поворотных осей с общим ходом более одного оборота двигателя: да, после потери питания обычно требуется калибровочный ход для восстановления абсолютного многооборотного положения.

Последовательный канал Hiperface обеспечивает абсолютное угловое положение в пределах одного оборота при включении питания — но не может учитывать полные обороты, которые могли произойти во время потери питания.

Для применений, где ось не может двигаться во время потери питания и положение в пределах оборота при включении питания считается действительным, привод может принять положение энкодера напрямую без калибровки.

Многооборотный вариант (суффикс MJ) расширяет сохранение абсолютного положения на несколько оборотов, устраняя это требование для большинства конфигураций оси.

В4: Что произойдет, если разъем SpeedTEC не будет полностью заблокирован?

Частично соединенный разъем SpeedTEC обеспечивает электрический контакт, но сигналы Hiperface Sin/Cos и последовательный сигнал будут подвержены вибрационно-индуцированным прерывистым контактам.

Режим отказа проявляется как спорадические коды ошибок энкодера на приводе — сигналы ошибки положения, сигналы потери обратной связи или непредсказуемое поведение скорости — а не как постоянная неисправность, которая немедленно идентифицирует причину. 

Запирающее кольцо разъема должно быть повернуто в полностью заблокированное положение до тех пор, пока не будет ощущено подтверждение соединения. На двигателях, которые снимаются и устанавливаются повторно во время технического обслуживания, правильная процедура — повторная проверка соединения разъема перед включением привода, и это занимает примерно две секунды.

В5: Каковы критические проверки установки, специфичные для MPL-B320P-SJ72A?

Перед подключением убедитесь, что модуль привода Kinetix поддерживает протокол Hiperface — используйте конфигурацию оси привода в Studio 5000, чтобы убедиться, что тип обратной связи установлен как Hiperface/Sin-Cos, а не инкрементный или цифровой с высоким разрешением.

Убедитесь, что кабель обратной связи двигателя рассчитан на Hiperface (кабель должен нести как пары Sin/Cos, так и дифференциальную пару RS-485 с правильным экранированием — стандартный кабель энкодера, в котором отсутствует пара RS-485, предотвратит считывание абсолютного положения, даже если аналоговые треки подключены правильно).

Полностью соедините разъем SpeedTEC перед включением привода.

Убедитесь, что шлицевой вал и шпоночный паз ступицы муфты совпадают, а крепежный элемент ступицы затянут согласно спецификации. После первоначального включения питания убедитесь, что привод считывает стабильное абсолютное положение перед выполнением любой команды движения.