Hersteller von Servoantrieben und Motoren in China
Tonghang ist auf industrielle Automatisierungsprodukte wie Servoantriebe und Servomotoren spezialisiert. Diese Produkte umfassen Niederspannungs-, Mittel- und Hochspannungsserien mit einem breiten Leistungsbereich von 100 W bis 22 kW. Tonghang hat erfolgreich eine Vielzahl busbasierter Servoantriebe entwickelt, darunter EtherCAT, CANOpen und MECHATROLINK III. Sie bieten auch Servosysteme für Gewindeschneidmaschinen und Servosteuerungssysteme für industrielle Schnelllauftore an. Darüber hinaus können sie maßgeschneiderte Servoprodukte entwickeln, die auf die Bedürfnisse einzelner Branchen zugeschnitten sind.
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Forschung zur Methode zur Beseitigung von Störungen des Servoantriebs
Tonghang wurde im Zuge der Verbesserung des automatischen Positionierungssystems für Abkantpressen vorgeschlagen, um Interferenzprobleme mit Servoantrieben zu beseitigen. Stabilität und Zuverlässigkeit sind Grundvoraussetzungen für ein System. Allerdings hat der Einsatz von Servomotoren in großen Abkantpressensteuerungssystemen aufgrund der Notwendigkeit einer präzisen Positionierung zu erheblichen Interferenzproblemen geführt. Um Störungen zu beseitigen, wurden die Hauptursachen und Kopplungswege der Störungen analysiert. Hardware-Anti-Interferenz-Technologien wie Erdung, Trenntransformatorfilterung, Magnetring-Entmagnetisierung und Isolationswiderstände wurden eingesetzt, um Interferenzpfade im System zu eliminieren und eine normale Inbetriebnahme und einen normalen Betrieb sicherzustellen.
Bei der Verbesserung des Steuerungssystems der Abkantpresse stießen wir auf Störungen, die durch den Einsatz von Servomotoren verursacht wurden. Wir haben den Prozess zur Behebung dieser Störung zusammengefasst. Während der Installation des Schaltschranks kam es aufgrund der fehlenden Trennung von Strom- und Signalkabeln in Verbindung mit dem Betrieb des Servomotorantriebs zu erheblichen elektromagnetischen Störungen an empfindlichen Komponenten (Sensoren) und deren Signalaufbereitungsschaltkreisen im System.
Durch experimentelle Methoden wurde eine Anti-Interferenz-Lösung für das Servosystem entwickelt, um die Stabilität und Zuverlässigkeit des Systems zu verbessern. In den letzten Jahren haben mit der Weiterentwicklung verschiedener Disziplinen und Technologien Servoantriebe in der AC-Servosteuerungstechnik als Steuerungen für Servomotoren eine weite Verbreitung gefunden. Aufgrund ihrer Betriebseigenschaften stellen Störungen jedoch ein erhebliches Problem dar. Es kann durch Leitung und Strahlung an empfindliche Geräte gekoppelt werden. Daher ist es unerlässlich, eine Reihe wirksamer Anti-Interferenz-Maßnahmen durch experimentelle Methoden anzugehen und vorzuschlagen, um die Stabilität und Zuverlässigkeit des Systems und der Testausrüstung zu verbessern.
Ursachen für Systemstörungen
Methode zur Beseitigung von Hardware-Interferenzen
1. Erdung und Entmagnetisierung des Magnetrings
Die Entmagnetisierung des Magnetrings soll in erster Linie Störungen beseitigen, die dadurch entstehen, dass die Stromleitung des Motortreibers und die Signalleitung der externen SPS bei der präzisen Positionierung der Abkantpresse während dieses Konstruktionsprozesses nicht getrennt wurden.
Gleichtakt-Magnetringe werden verwendet, um die verschiedenen Störquellen zu beseitigen, die bei der Konstruktion von Abkantpressen auftreten. Der Gleichtakt-Interferenzstrom wirkt zwischen der Signalleitung und der Erdungsleitung und fließt zur Hälfte durch jede Signalleitung in die gleiche Richtung, wobei die Erdungsleitung als gemeinsamer Rückweg dient. Das Prinzip hinter Gleichtakt-Magnetringen ist der Gleichtakt-Induktor, der im Wesentlichen ein bidirektionaler Filter ist: Einerseits filtert er elektromagnetische Gleichtakt-Störungen auf der Signalleitung heraus, andererseits unterdrückt er seine eigenen elektromagnetischen Störungen und verhindert so, dass sie den normalen Betrieb anderer elektronischer Geräte in derselben beeinträchtigen elektromagnetische Umgebung.
Das Bild zeigt den internen Schaltplan einer Gleichtaktinduktivität. Beim tatsächlichen Schaltungsentwurf können auch mehrstufige Gleichtaktschaltungen eingesetzt werden, um elektromagnetische Störungen weiter herauszufiltern.
2. Filterung des Trenntransformators
Ein Trenntransformator besteht aus einem Eisenkern, Kupferdraht, Leitungen und anderen Isoliermaterialien. Sein Eingang und Ausgang sind unabhängig und haben keine gemeinsame Leitung. Im Gegensatz zu Spartransformatoren werden Trenntransformatoren häufig in der Elektronikindustrie, in Industrie- und Bergbauunternehmen sowie zur Steuerstromversorgung für allgemeine Schaltkreise in mechanischen Geräten sowie für Sicherheitsbeleuchtung und Anzeigeleuchten eingesetzt.
In diesem Artikel wird die Störunterdrückung für Trenntransformatoren untersucht, die in Servoantrieben mit 2000-N- und 7,5-kW-Ausgangsmotoren verwendet werden. Dadurch wird die SPS-Stromversorgung in der Steuerstromversorgung von anderen Stromquellen (Stromversorgung, Schaltnetzteil und andere Relais-Steuerstromversorgungen) isoliert und so die Primär- und Sekundärseite effektiv isoliert. Darüber hinaus unterdrückt der hohe Hochfrequenzverlust des Eisenkerns, dass hochfrequentes Rauschen in den Steuerkreis gelangt. Die Verwendung eines Trenntransformators zur Aufhängung der Sekundärseite gegenüber der Erde eignet sich nur für Anwendungen mit kleinem Stromversorgungsbereich und kurzen Leitungen. In diesem Fall ist der kapazitive Strom des Systems zur Erde zu gering, um eine Gefahr für das Personal darzustellen. Ein Trenntransformator ist ein 1:1-Transformator mit einer einphasigen 220-V-Primärseite und einer einphasigen 220-V-Sekundärseite. Alternativ wird eine drei-Phasen-Primärspannung. 380V verwendet, die Sekundärseite ist ebenfalls drei-Phasen mit 380 V. Wie in der Abbildung gezeigt.
3. Isolationswiderstände
Die Isolierung von Störungen mithilfe kleiner Widerstände ist keine gängige Methode und nicht für alle Schaltkreise geeignet. In diesem Artikel werden mehrere Methoden kombiniert, um eine Methode zur Beseitigung von Servointerferenzen am Controller vorzuschlagen, die sich wiederum auf die Bildschirmausgabe auswirken. Zwischen den SPS-Kommunikationsleitungen und den Bildschirm-Kommunikationsleitungen wird ein 125-Ohm-Widerstand hinzugefügt, wie in der Abbildung dargestellt.
Zusammenfassung
In diesem Artikel wird der Debugging-Prozess eines automatischen Positionierungssystems für eine Abkantpresse erläutert. Aufgrund der Notwendigkeit, die Positionierungsverschiebung zu verbessern und einen Servoantrieb zu integrieren, wurden Hardware-Anti-Interferenztechnologien wie Erdung, Isolationstransformatorfilterung, Entmagnetisierung des Magnetrings und Isolationswiderstände eingesetzt, um die durch den Servoantrieb verursachten Störungen im Debugging-System zu eliminieren und so den normalen Debugging- und Betrieb des Systems sicherzustellen.
Forschung zur Testtechnologie zur Verbesserung der Zuverlässigkeit von Servoantrieben
Tonghang hat ein Testschema zur Zuverlässigkeitshärtung entwickelt, das auf der Anwendungsumgebung des Servoantriebs basiert. Mithilfe verschiedener Belastungsarten zur Stimulierung von Fehlermodi und -mechanismen des Servoantriebs wurden die Belastungsgrenzen des Produkts ermittelt. Servoantriebstests haben bestätigt, dass das vorgeschlagene Härtetestschema Produktschwächen vollständig aufdecken kann, was eine Grundlage für Designverbesserungen und eine Referenz für Zuverlässigkeitsbewertungen anderer Produkte in der Branche bietet.
Servosysteme sind Kernkomponenten von Industrierobotern. Als Antriebsgerät innerhalb des Servosystems wirkt sich die Zuverlässigkeit des Servoantriebs direkt auf die Zuverlässigkeit und Betriebsfähigkeit des gesamten Roboters aus. Durch die Anwendung der Technologie zur Zuverlässigkeitshärtungsprüfung auf die Konstruktion und Entwicklung von Servoantrieben kann der Konflikt zwischen hoher Produktzuverlässigkeit, niedrigen Entwicklungskosten und kurzen Vorlaufzeiten wirksam gelöst werden. Daher ist diese Forschung von großer Bedeutung für die Entwicklung der Technologie zur Prüfung der Zuverlässigkeit von Servoantrieben. In diesem Dokument wurde auf der Grundlage der Anwendungsumgebung des Servoantriebs eine Methode zur Anwendung der Härtungsspannung ermittelt, die Spannungsgrenzen des Produkts identifiziert, Produktschwächen vollständig aufgedeckt und Produktfehlermodi und Leistungseinbußen ermittelt. Durch einen „Test-Improve-Retest“-Ansatz wurden potenzielle Mängel schrittweise behoben und letztendlich die Zuverlässigkeit des Servoantriebs verbessert.
Struktur des Servosystems
Ein Servosystem besteht im Wesentlichen aus zwei Teilen: einem Servotreiber und einem Servomotor. Der Servomotor verfügt über Aktoren, Rückkopplungskomponenten und Bremskomponenten.
Einführung in die Testausrüstung
Mit der Zuverlässigkeitshärtungsprüfanlage wird die Zuverlässigkeit von Servoantrieben geprüft. Es besteht aus drei Hauptkomponenten: einer Flüssigstickstoff-Schnelltemperaturkammer, einem pneumatischen 3-Achsen-6-Freiheitsgrad (6DOF)-Schüttler und einem Testsystem, das in der Kammer untergebracht ist, sowie einem Schaltschrank und einem Steuersystem. Diese Ausrüstung setzt das Produkt systematisch einer Stufenbeanspruchung aus, um Konstruktionsfehler schnell zu erkennen, Schwachstellen aufzudecken und die Betriebs- und Ausfallgrenzen des Produkts zu bestimmen. Die Testfunktionen der Zuverlässigkeitshärtungstestplattform sind wie folgt:
Temperaturbereich: -100 bis 200 Grad,
Temperaturanstiegsrate: 60 Grad/min,
Kühlmethode: Flüssiger Stickstoff,
Vibrationsmethode: Pneumatisch 3-Achsen 6DOF,
Frequenzbereich: 5 Hz bis 10 kHz.
Testplanentwurf
Basierend auf der Anwendungsumgebung des Servoantriebs und den tatsächlichen Betriebsbedingungen wurden drei Belastungsarten entwickelt: Temperaturbelastung, Vibrationsbelastung und Spannungswechselbelastung. Diese Belastungsarten werden verwendet, um die Fehlermodi und -mechanismen des Servoantriebs zu stimulieren. Im Folgenden werden kurz die durch diese drei Belastungsarten verursachten Mechanismen und Versagensarten beschrieben:
Temperaturstress
Temperaturbelastungen können durch niedrige Temperaturen, hohe Temperaturen und Temperaturwechsel auf einen Servoantrieb einwirken und dessen mechanische, physikalische, chemische und elektrische Eigenschaften beeinträchtigen. Zu den durch Temperatur und Zyklen ausgelösten Fehlermodi gehören: Drahtdehnung oder -lockerung, schlechter Kontakt, Parameterdrift und schlechte Schaltkreisstabilität, Unterbrechungen und Kurzschlüsse der Leiterplatte sowie lose Komponenten. In der Abbildung ist ein Querschnitt eines Stufen-Stresstests bei niedrigen-Temperaturen dargestellt.
Vibrationsstress
Bei der Vibrationsbelastung werden externe Kräfte direkt genutzt, um Resonanzen in den internen Komponenten des Servoantriebs und den damit verbundenen Teilen hervorzurufen, was möglicherweise zu Leistungseinbußen oder -ausfällen, Lockerung, Verschleiß oder Verlust struktureller Leitungen führt und kleinere Defekte und Schäden verstärkt. Zu den durch Vibrationen verursachten Fehlerarten gehören Unterbrechungen und Kurzschlüsse der Leiterplatte, lose Komponenten, kalte Lötstellen, offene Lötstellen, schlechte Verbindung und mechanische Defekte. In der Abbildung ist ein Querschnitt eines Vibrations-Stufentests dargestellt.
Spannungszyklischer Stress
Spannungswechsel können Ausfälle in Servoantriebskomponenten auslösen, die empfindlich auf Spannungsschwankungen reagieren, darunter Spannungsregler, Dioden, Transistoren und Relais. Zu den durch Spannungszyklen ausgelösten Fehlermodi gehören intermittierende Ausfälle, Leistungseinbußen, Schaltkreisstörungen, Kurzschlüsse und Isolationsalterung. Die Spannungsaufbringung erfolgt schrittweise-für-, wobei die Stufenspannungsgrenze den Entwurfswert überschreitet und ausreichend Spielraum lässt. Die Testschrittlänge kann je nach Produktanwendung flexibel angepasst werden. Darüber hinaus wird bei Vibrations-Umweltbelastungstests die Verweilzeit bei jedem Belastungsniveau im Allgemeinen auf 5 bis 10 Minuten eingestellt, um die Schäden und Betriebsgrenzen des Produkts zu bestimmen. Bei Belastungstests mit Umgebungstemperaturen sollte die Verweildauer bei ausgeschalteter Temperatur auf der Grundlage des Temperaturgleichgewichts des Servos bestimmt werden. Wenn während des Temperaturwechseltests extreme Belastungen zum Versagen führen, sollte die Verweilzeit bei der Endpunkttemperatur nicht verlängert werden, bis der Servoantrieb das Temperaturgleichgewicht vollständig erreicht hat (maximal 90 %).
Fehlererkennung
Die Funktions- und Leistungsprüfung des Servoantriebs richtet sich nach den Konstruktions- und Prüfprinzipien des Servoantriebs. Funktions- und Leistungstests sollten vor, während und nach dem Test durchgeführt werden. Wenn der Servoantrieb während des Zuverlässigkeitsverbesserungstests eine der folgenden Bedingungen aufweist, wird davon ausgegangen, dass er nicht richtig funktioniert oder ausfällt:
1) Der Servoantrieb verliert seine wesentliche Funktion.
2) Die Leistungsparameter des Servoantriebs liegen außerhalb der Toleranz.
3) Mechanische Teile, Strukturkomponenten oder Komponenten weisen Risse, Brüche oder Schäden auf, die die Funktion, Leistung oder strukturelle Integrität des Servoantriebssteuerungssystems beeinträchtigen könnten.
4) Der Servoantrieb verfügt über Fehlerwarn- und Schutzfunktionen, die einen Alarm auslösen, wenn eine Anomalie auftritt und dazu führt, dass der Servomotor nicht mehr funktioniert. Im Fehler- und Schutzalarmzustand zeigt die LED an der Vorderseite den Alarmcode AL.XXX an und der Servomotor lässt sich nicht einschalten.
Ergebnisse der Testüberprüfung
Im Labor führten wir Tests mit einem 400-W-Servoantrieb einer bestimmten Marke gemäß dem entworfenen Härtetestplan für Servoantriebe durch. Während des Tests traten zwei Fehler auf, die die Betriebsgrenzen des Produkts bestätigten und Konstruktionsschwächen schnell identifizierten. Der Testplan war wirksam. Die spezifischen Fehlertypen sind wie folgt:
Temperaturbedingtes Versagen
Fehlersymptom 1: Während eines Stufenstresstests des Servoantriebs bei niedriger-Temperatur fiel die Temperatur auf -20 Grad. Der Servoantrieb zeigte den Fehlercode AL161 an, was auf einen Fehler im Wärmeschutzkreis hinweist. Nachdem die Probe wieder Raumtemperatur erreicht hatte, wurde der Fehlercode behoben und die Probe nahm den normalen Betrieb wieder auf.
Fehleranalyse: Der Servoantrieb hat die Untertemperatur-Schutzschaltung ausgelöst.
Fehlerlösung: Dieser Fehler wird durch ein Konstruktionsmerkmal des Servoantriebs verursacht. Durch Ersetzen des Temperatursensors im Niedertemperaturschutzkreis des Servoantriebs durch einen 10-kΩ-Widerstand konnte der Fehler behoben werden.
Fehlersymptom 2: Während eines Stufenstresstests des Servoantriebs bei niedriger-Temperatur wurde die Temperatur 5 Minuten lang auf -55 Grad gesenkt. Die IPM-Stromversorgungsspannung überschritt die Obergrenze von 16,5 V und erreichte 20,5 V. Die Stromversorgungsspannung der -12-VA-Steuerung überschritt die Obergrenze von 10,8 V und erreichte 16,7 V, wodurch der Antrieb abschaltete und abschaltete.
Fehleranalyse: Der untere Arm der W-Phase des IPM (Intelligent Power Module) des Servoantriebs ist ausgefallen.
Fehlerlösung: Das IPM des Servoantriebs. Die eingehenden Komponenten waren defekt. Nach dem Austausch der Komponenten kehrte die Probe in den Normalbetrieb zurück.
Vibrationsbelastungsversagen
Fehlersymptom 1: Während eines Vibrationsstufen-Belastungstests am Servoantrieb erreichte der Vibrationsgrad 40 g. Der Servoantrieb zeigte den Fehlercode AL 220 an. Nachdem die Vibration gestoppt und die Probe neu gestartet wurde, leuchtete die digitale Röhre des Servoantriebs-Anzeigefelds nicht auf. Die Busspannung wurde auf 305 V überwacht, die IPM-Stromversorgungsspannung betrug 0 V und die Controller-Stromversorgung (+12VA) betrug 0 V.
Fehleranalyse: Der NTC-Thermistorstift im Servoantriebskreis war defekt.
Lösung: Ersetzen Sie den NTC-Thermistor. Vermeiden Sie Kollisionen und Biegungen von Bauteilen beim Löten, bei der Produktion und beim Transport.