Mitsubishi HC-SFS202 (HCSFS202) — 2 кВт, асинхронный серводвигатель переменного тока, прямой вал, без тормоза, 2000 об/мин, серия MELSERVO J2-Super

Обзор продукта

Номер детали: HC-SFS202

Также ищут как: HCSFS202, HC SFS 202, HC-SFS-202

Серия: Mitsubishi MELSERVO HC-SFS (поколение J2-Super)

Классификация: Асинхронный бесколлекторный серводвигатель переменного тока средней инерции — 2 кВт, класс 200 В, 2000 об/мин, прямой вал, без тормоза

Двигатель в обзоре

„Mitsubishi HC-SFS202“ — это начальная модель в семействе двигателей HC-SFS с оборотами 2000 об/мин, предназначенных для более крупных корпусов. Это первая модель в диапазоне 2000 об/мин, которая переходит от фланца 130 × 130 мм к монтажной поверхности 176 × 176 мм. Этот переход значителен: он отмечает границу между серводвигателями компактного класса и агрегатами среднего размера, предназначенными для осей с более тяжелыми нагрузками, более высокими требованиями к крутящему моменту и более требовательными рабочими циклами.

При мощности 2 кВт с постоянным крутящим моментом 9,55 Нм и пиковым крутящим моментом 28,6 Нм, HC-SFS202 относится к наиболее распространенной категории мощности в общем промышленном автоматизированном оборудовании. Подающие оси станков, приводы конвейеров средней грузоподъемности, поворотные столы, регуляторы натяжения намотки — этот диапазон крутящего момента охватывает очень широкий спектр применений, с которыми конструкторы машин сталкиваются ежедневно. Это не нишевый двигатель. Во многих отношениях это рабочая лошадка линейки HC-SFS.

Что обеспечивает его надежность, так это платформа J2-Super: 17-битный последовательный абсолютный энкодер с разрешением 131 072 импульсов/оборот, многооборотная абсолютная позиция, поддерживаемая батареей A6BAT в усилителе MR-J2S-200, автоматическая настройка в реальном времени, адаптивное подавление вибраций и полный набор защитных функций. Конфигурация с прямым валом и без тормоза представляет собой максимально простую механическую и электрическую интеграцию — отсутствие необходимости в обработке шпоночного паза на ступице, отсутствие проводки реле тормоза, отсутствие блокировки MBR в логике ПЛК.

Технические характеристики

Почему 2 кВт при 2000 об/мин — это такая распространенная точка проектирования

Девять целых пятьдесят пять сотых Ньютон-метров при 2000 об/мин. Эта рабочая точка встречается на огромном количестве реального промышленного оборудования, и этому есть простое объяснение.

При 2000 об/мин скорость двигателя достаточно низка, чтобы напрямую приводить в движение шариковые винты и зубчатые передачи умеренного шага — без промежуточной ступени редукции, которая добавляет инерцию, люфт и механическую сложность. Тем не менее, она достаточно высока, чтобы достичь практических линейных скоростей на тех же шариковых винтах, не превышая тепловой рабочий диапазон двигателя. Шариковый винт с шагом 10 мм, приводимый в движение со скоростью 2000 об/мин, обеспечивает линейную скорость подачи 20 м/мин. На подающей оси станка с ЧПУ 20 м/мин — это комфортная скорость быстрой подачи. На конвейере с сервоприводом это быстрая и производительная скорость. На приводе намотки 2000 об/мин обеспечивают значительный диапазон скоростей для изменения диаметра рулона.

Постоянный крутящий момент 9,55 Нм также хорошо подобран. Его достаточно для приведения в движение шарикового винта с шагом 10 мм при нагрузке на стол в несколько сотен килограммов при умеренном ускорении. Он покрывает секции конвейера средней грузоподъемности при полной производственной нагрузке. Он поддерживает постоянный контроль натяжения на приводе намотки в рабочем диапазоне диаметров. Он приводит в движение поворотный стол через многопозиционные циклы.

Пиковый крутящий момент 28,6 Нм — ровно в три раза больше номинального — обеспечивает фазы ускорения и замедления каждого цикла позиционирования. Это кратковременные переходные процессы по сравнению с фазой постоянной скорости при номинальном крутящем моменте; тепловой бюджет двигателя поглощает их без проблем, а электронная тепловая модель MR-J2S-200 отслеживает кумулятивную нагрузку, чтобы гарантировать срабатывание защитного сигнала до того, как обмотки достигнут повреждающей температуры.

Все это сводится к двигателю, который соответствует требованиям к крутящему моменту и скорости очень широкого спектра общих промышленных осей без необходимости чрезмерного увеличения размеров или творческого механического проектирования для его работы.

Прямой вал: варианты и выбор муфт

Прямой вал HC-SFS202 — без шпоночного паза, без лыски, стандартный цилиндрический наружный диаметр — является универсальной отправной точкой для проектирования муфт серводвигателей. Каждый основной тип муфт для сервоприложений работает с прямым валом: кулачковые муфты, сильфонные муфты, муфты Олдэма, дисковые муфты и ступицы зубчатых ремней с коническим зажимом — все они зажимаются на наружном диаметре вала с помощью разъемной ступицы или термоусадочной посадки.

При постоянном крутящем моменте 9,55 Нм и пиковом 28,6 Нм выбор муфты должен учитывать пиковое значение, а не только номинальный крутящий момент. Кулачковая муфта, рассчитанная на номинальный крутящий момент 9,55 Нм, будет на пределе во время циклов агрессивного ускорения при пиковом крутящем моменте 28,6 Нм. Стандартная практика — выбирать муфту с коэффициентом 1,5–2 × пикового крутящего момента при ударных нагрузках и с пиковым значением крутящего момента при чисто инерционной нагрузке. В любом случае, 28,6 Нм — это число, которое определяет размер муфты, а не номинальное значение 9,55 Нм.

Для применений, где шпоночная ступица требуется или предпочтительна — звездочки цепи, определенные шкивы ремня ГРМ, ступицы зубчатых передач — HC-SFS202K (вал со шпоночным пазом, без тормоза) механически идентичен во всех остальных отношениях и использует тот же усилитель MR-J2S-200. Технические характеристики производительности не изменились. Единственное отличие — обработанный шпоночный паз в валу.

Установка ступицы: метод с использованием тягового болта на раме 176 × 176 мм. Руководства по эксплуатации Mitsubishi последовательны в этом отношении для двигателей большого размера: всегда используйте резьбовое отверстие на конце вала и тяговый болт для осевого натягивания муфты или ступицы на вал. Никогда не давите и не стучите. Двигатель с рамой 176 × 176 мм имеет более длинный вал, чем агрегаты 130 × 130 мм, и ударные нагрузки при установке ступицы передаются через вал на диск энкодера и задний подшипник. Возникающие повреждения — обычно незначительные повреждения подшипника энкодера или смещение диска энкодера — обычно не вызывают немедленного сигнала тревоги. Они проявляются через недели или месяцы в виде периодических ошибок шума энкодера при вибрации, которые могут потребовать значительных диагностических усилий для отслеживания до события установки. Тридцать дополнительных секунд с тяговым болтом полностью устраняют этот риск.

Без тормоза: когда сервоблокировка — правильное решение

HC-SFS202 не имеет электромагнитного тормоза. Положение в покое поддерживается замкнутой сервоблокировкой усилителя MR-J2S-200 — контур положения остается активным, 17-битный энкодер отслеживает угол вала с высоким разрешением, а усилитель подает ток, необходимый для удержания заданного положения. На исправной оси с правильной настройкой коэффициентов усиления это удерживает положение в пределах одного или двух отсчетов энкодера — практически нулевое видимое движение.

Для горизонтальных осей и симметрично нагруженных механизмов, где гравитационная или пружинная сила не действует в направлении вращения вала, сервоблокировка является полностью надежной и достаточной. Нет никаких механических причин добавлять тормоз, а преимущества конфигурации без тормоза ощутимы: более простая проводка в шкафу, отсутствие реле, отсутствие цепи тормоза 24 В, отсутствие компонентов подавления перенапряжения, отсутствие последовательности блокировки MBR в ПЛК, отсутствие периодической проверки тормозных дисков и более легкий двигатель, чем эквивалентный вариант с тормозом.

Инженерный вопрос, который следует задать для каждой оси в машине, прост: если сервоток неожиданно упадет до нуля, сместится ли ось под действием оставшейся силы? Если ответ «нет» — горизонтальный стол, симметрично сбалансированный поворотный индексатор, плоская секция конвейера — то HC-SFS202 без тормоза является правильной и полной спецификацией. Если ответ «да» — вертикальная ось Z, наклонная подача, механизм с гравитационной нагрузкой — то требуется HC-SFS202B (прямой вал с пружинным электромагнитным тормозом). Оба используют один и тот же усилитель MR-J2S-200.

На машине с несколькими сервоосями такой мощности систематическое применение этого теста и соответствующий выбор — вместо стандартного использования тормозов на всех осях — приводит к более простой конструкции машины с меньшим количеством компонентов.

17-битный энкодер в ежедневном производстве

Энкодер, встроенный в HC-SFS202, представляет собой 17-битный последовательный абсолютный блок Mitsubishi, обеспечивающий 131 072 дискретных угловых положений на оборот вала, а также многооборотный абсолютный счетчик, поддерживаемый через отключение питания батареей A6BAT в усилителе.

На практике это означает следующее для производственной машины:

Запуск без привязки к нулю. Когда машина включается после выходных, после остановки на техническое обслуживание или после аварийной остановки, MR-J2S-200 немедленно считывает абсолютный угол вала. Контроллер знает точное положение оси без какого-либо движения вала. Производство может возобновиться напрямую. Для машин, где процедура привязки к нулю потребовала бы движения через опасную зону, или где положение оси при выключении было критичным и должно быть точно известно для последовательности перезапуска, это не удобство — это функциональное требование.

Высокоразрешающая обратная связь по скорости. При 131 072 отсчетах на оборот контур скорости имеет чрезвычайно точные данные о положении для работы, даже при низких скоростях вала. Это одна из причин, по которой оси J2-Super работают плавно на низких скоростях подачи без пульсаций скорости — разрешение обратной связи достаточно высокое, чтобы алгоритм управления всегда имел точную информацию о скорости, независимо от того, насколько медленно вращается вал. Для таких применений, как приводы намотки на низких скоростях, оси ползучего режима на станках или приводы с регулированием крутящего момента, где важна плавность на низких скоростях, разрешение 17 бит имеет ощутимую разницу по сравнению с 14-битными предшественниками.

Обслуживание батареи. A6BAT в усилителе MR-J2S-200 поддерживает многооборотный счетчик при отключенном питании. Замените его, когда усилитель отобразит сигнал низкого заряда батареи. Полностью разряженная батарея сбрасывает абсолютный счетчик, требуя цикла возврата к нулю перед тем, как ось сможет возобновить производство.

Совместимые усилители

HC-SFS202 сочетается с усилителем MR-J2S-200 — платформой J2-Super мощностью 2 кВт. Три варианта интерфейса соответствуют основным архитектурам управления:

MR-J2S-200A — это усилитель с универсальным интерфейсом. Он принимает импульсные команды положения от контроллеров ЧПУ и ПЛК, а также аналоговые ссылки скорости и крутящего момента. Доступны все режимы управления: положение, скорость, крутящий момент и комбинированные режимы P/S, S/T, T/P. RS-232C подключается к MR Configurator для настройки параметров и диагностики. Это стандартный выбор для подающих осей станков и общих промышленных применений позиционирования.

MR-J2S-200B подключается к контроллерам движения Mitsubishi серии A и Q через оптоволоконную шину SSCNET. Команды положения, обратная связь энкодера, данные тревог и сигналы мониторинга передаются по оптоволоконной линии. Для скоординированных многоосевых машин — обрабатывающих центров, выполняющих одновременное контурное движение по нескольким осям, транспортных систем с синхронизированными осями, применений электронного редуктора — шина SSCNET обеспечивает синхронизацию в реальном времени, которую аналоговые или импульсные интерфейсы не могут обеспечить.

MR-J2S-200CP обеспечивает встроенное одноосное позиционирование. До 31 целевой позиции хранится во внутренних таблицах точек усилителя и активируется сигналами дискретного ввода-вывода или сети CC-Link. Для автономных осей индексирующего позиционирования, которые не требуют координации с другими осями, CP устраняет стоимость и сложность выделенного контроллера движения.

Примечания о совместимости. HC-SFS202 требует усилителя J2-Super (MR-J2S). Он несовместим с усилителями оригинальной серии MR-J2-200 (первого поколения), которые не могут считывать протокол последовательного интерфейса 17-битного энкодера. Для машин, работающих на оборудовании первого поколения MR-J2, правильным двигателем является HC-SF202 (та же механическая спецификация, 14-битный энкодер). HC-SFS202 также несовместим с усилителями MR-J3 или MR-J4 без комплекта адаптера обновления.

Семейство HC-SFS 2000 об/мин — контекст мощности

HC-SFS202 — это первая модель в диапазоне 2000 об/мин на фланце 176 × 176 мм и самый маломощный вариант в большом корпусе. Переход от HC-SFS202 к HC-SFS152 означает переход к меньшему корпусу 130 × 130 мм. Для конструкций машин, которым требуется больший фланец — будь то для распределения массы двигателя, требований к диаметру вала или запаса мощности на будущее — HC-SFS202 является отправной точкой.

Все варианты мощности в семействе 2000 об/мин поставляются в четырех конфигурациях вала и тормоза: прямой вал (HC-SFS202), прямой вал с тормозом (HC-SFS202B), вал со шпоночным пазом (HC-SFS202K) и вал со шпоночным пазом и тормозом (HC-SFS202BK). Все четыре используют класс усилителя MR-J2S-200.

Типичные применения

Подающие оси станков с ЧПУ. Оси X, Y и вторичная ось Z на вертикальных и горизонтальных обрабатывающих центрах с шарико-винтовой передачей. Постоянный крутящий момент 9,55 Нм и максимальная скорость 3000 об/мин подходят для умеренной массы стола при практических скоростях быстрой подачи без редуктора между двигателем и винтом.

Конвейеры и транспортные системы средней грузоподъемности. Секции конвейера с сервоуправлением, транспортные механизмы и системы транспортировки деталей на сборочных и испытательных линиях. Мощность 2 кВт подходит для умеренных нагрузок на линии; абсолютный энкодер устраняет необходимость привязки к нулю при перезапуске, что важно для высокопроизводительных производственных систем, которые часто циклически включают питание.

Поворотные индексаторы. Многопозиционные поворотные индексаторы, где двигатель подключается через червячную передачу или редуктор с нулевым люфтом к столу. 17-битный энкодер обеспечивает угловое разрешение, необходимое для точного позиционирования станции; пиковый крутящий момент 28,6 Нм обеспечивает крутящий момент ускорения для быстрых перемещений между станциями.

Приводы намотки и размотки. Приводы намотки материала, работающие в режиме регулирования крутящего момента для поддержания постоянного натяжения полотна при изменяющемся диаметре рулона. Постоянный крутящий момент 9,55 Нм при 2000 об/мин обеспечивает полезный диапазон размеров намоточных станций и заданных значений натяжения полотна. Автоматическая настройка в реальном времени в MR-J2S-200 помогает поддерживать стабильную реакцию натяжения при изменении инерции рулона с диаметром.

Вспомогательные оси машин для литья под давлением. Оси выталкивателя, тяги сердечника и вращения шнека с сервоприводом на машинах для литья под давлением, где двигатель должен поддерживать точное положение под нагрузкой во время цикла формования. Прямой вал чисто соединяется с реечными выталкивающими механизмами; конфигурация без тормоза подходит для горизонтальных выталкивающих осей, где сервоблокировка достаточна.

Часто задаваемые вопросы

В1: В чем разница между HC-SFS202 и HC-SF202?

Оба являются двигателями мощностью 2 кВт, 2000 об/мин, с прямым валом на фланце 176 × 176 мм, и оба механически идентичны по размерам и интерфейсу муфты. Критическое отличие — поколение энкодера. HC-SF202 имеет 14-битный (16 384 импульсов/оборот) энкодер и совместим как с оригинальными усилителями MR-J2, так и с MR-J2S. HC-SFS202 имеет 17-битный (131 072 импульсов/оборот) энкодер и требует усилителя MR-J2S-200 — он не будет работать с MR-J2 первого поколения. Для машины, уже работающей с усилителями MR-J2S-200, HC-SFS202 является правильным двигателем. Для машин на оборудовании оригинальной серии MR-J2-200 указывайте HC-SF202.

В2: Можно ли использовать HC-SFS202 на вертикальной оси без тормоза?

Только после тщательного анализа. Сервоблокировка через MR-J2S-200 надежно удерживает горизонтальные оси в покое, но на вертикальной оси гравитационная нагрузка, действующая на ось при падении сервотока до нуля, вызовет движение вниз. Для любой оси, где движение при отключении сервопривода опасно или механически вредно — включая большинство вертикальных осей — HC-SFS202B (прямой вал, пружинный электромагнитный тормоз) является правильной спецификацией. Тормоз включается по умолчанию и механически удерживает ось независимо от состояния сервопривода.

В3: HC-SFS202 установлен на фланце 176 × 176 мм. Означает ли это, что ему требуется больший монтаж, чем 1,5 кВт HC-SFS152?

Да. HC-SFS152 и его варианты с фланцем 130 × 130 мм — это физически меньшие двигатели. HC-SFS202 переходит на фланец 176 × 176 мм, который требует другого интерфейса монтажа двигателя — больший диаметр болтов, другой диаметр центрирующего пояска. Если машина была спроектирована вокруг фланца 130 × 130 мм, и вы рассматриваете HC-SFS202 как модернизацию, монтажная пластина двигателя потребует модификации. Если рама машины уже использует монтаж 176 × 176 мм, то HC-SFS202 подходит наряду с вариантами HC-SFS352, HC-SFS502 и HC-SFS702 без каких-либо механических изменений.

В4: Какой усилитель нужен и где находится батарея абсолютного энкодера?

Для HC-SFS202 требуется усилитель MR-J2S-200 — либо вариант A (аналоговый/импульсный), B (SSCNET) или CP (встроенное позиционирование). Резервная батарея для многооборотного абсолютного счетчика — это литиевая батарея Mitsubishi A6BAT, расположенная внутри усилителя, а не в двигателе. Замените ее при первом сигнале низкого заряда батареи от усилителя. Полностью разряженная батарея сбрасывает память абсолютного положения и требует цикла возврата к нулю перед тем, как ось сможет возобновить производство.

В5: Доступен ли HC-SFS202, несмотря на снятие с производства?

Да. Хотя Mitsubishi официально сняла с производства серию HC-SFS вместе с более широкой платформой MR-J2S, HC-SFS202 остается широко доступным через дилеров излишков промышленного автоматизированного оборудования и специализированных поставщиков сервокомпонентов Mitsubishi, как в виде новых старых запасов, так и в виде протестированных восстановленных единиц. Для машин, которые должны оставаться на оборудовании J2-Super, поиск излишков не составляет труда. Для новых конструкций машин эквивалентом текущего поколения является HG-SR202 (серия MR-J4, 2 кВт, 2000 об/мин, прямой вал, 22-битный энкодер, фланец 176 × 176 мм, IP67), который требует усилителя MR-J4-200.