Wielokanałowy system AX8000 do sterowania serwomechanizmów wieloosiowych

Oszczędność miejsca w szafie sterowania, uproszczenie obsługi oraz sterowanie z olbrzymią szybkością i precyzją – to trzy główne cechy systemu AX8000, służącego do sterowania serwomechanizmów wieloosiowych. W połączeniu z obsługą standardów firmy Beckhoff otrzymujemy urządzenie, które natychmiast znajdzie swoje miejsce w każdym systemie automatyki przemysłowej.

Każdą z trzech głównych cech należy rozpatrywać wielopoziomowo. Oszczędność miejsca wynika przede wszystkim z modułowej budowy. Projektant systemu może użyć dokładnie tylu modułów ilu potrzebuje i mieć pewność, że nie pozostaną żadne niewykorzystane wyjścia, niepotrzebnie zajmujące miejsce w szafie. Jest to charakterystyczne dla firmy Beckhoff nowatorskie podejście do projektowania systemów automatyki przemysłowej z wykorzystaniem gotowych modułów, łączonych ze sobą przy pomocy standardowych interfejsów, niczym klocki Lego. Ponadto pojedynczy moduł systemu AX8000 ma zaledwie 230 mm wysokości i w zależności od wersji 60 mm lub 90 mm szerokości. W każdym module sterownika zintegrowano wszystkie niezbędne komponenty, takie jak filtr zasilania czy rezystor hamowania, tym samym dodatkowo zmniejszając ich rozmiary i redukując liczbę wymaganych komponentów zewnętrznych. Urządzenia przeznaczone są do pracy w bezpiecznych warunkach, w jakich najczęściej umieszcza się szafy sterownicze – spełniają normę IP 20 (ochrona przed dotknięciem niebezpiecznych elementów) i działają w zakresie temperatury od 5 oC do 40 oC.

Inżynierowie, którzy stworzyli system AX8000, dopracowali wszelkie najdrobniejsze szczegóły tak, aby maksymalnie uprościć jego instalację i obsługę. Po pierwsze nie ma potrzeby używania jakichkolwiek narzędzi czy śrub – cała instalacja modułów w szafie sterowniczej oparta jest o bezpieczne mechanizmy sprężynowe systemu AX-Bridge, które służą jako mostek dla komunikacji EtherCAT i zasilania 24V. Same serwonapędy można natomiast połączyć przy pomocy unikalnej technologii firmy Beckhoff, określanej jako OCT (ang. One Cable Technology), która umożliwia przesyłanie zarówno prądu zasilania jak i informacji kontrolno-pomiarowych. Tutaj także zastosowano złącza niewymagające użycia jakichkolwiek narzędzi. Technologia OCT wykorzystywana jest we wszystkich serwomechanizmach w ofercie firmy Beckhoff i gwarantuje niezawodny i szybki przesył danych, chroniąc je przed zakłóceniami elektromagnetycznymi biegnących równolegle do kabli zasilających.

Po podłączeniu modułów systemu oraz serwonapędów można docenić trzeci aspekt prostoty korzystania z AX8000 – pełną integrację z oprogramowaniem TwinCAT. Po instalacji odpowiednich modułów system można łatwo programować używając różnych języków programowania (IEC 61131-3, C++ lub w środowisku MATLAB/Simulink) oraz monitorować i na bieżąco dostosowywać jego zachowanie przy pomocy dedykowanych wirtualnych narzędzi, takich jak programowy oscyloskop TwinCAT Scope czy też TwinCAT Bode Plot, posiadający opcję optymalizacji osi serwomechanizmów – wszystko w jednej aplikacji.

To co jednak najbardziej zainteresuje projektantów, to techniczne możliwości systemu AX8000, a w szczególności wysoka precyzja oraz idąca z nią w parze szybkość działania systemu. Dzięki wykorzystaniu protokołu EtherCAT oraz połączeniu technologii FPGA i wielordzeniowych procesorów z rdzeniem ARM uzyskano czas reakcji na odchylenie wartości prądu sterowania poniżej 1 μs. Jeden cykl pracy kontrolera prędkości obrotowej może, w zależności od ustawienia częstotliwości przełączania, wynosić nawet 16 μs. Cykl pracy protokołu EtherCAT, wykorzystywanego do transmisji danych kontrolnych i odbierania danych pomiarowych to zaledwie 62,5 μs. Wszystkie te osiągi świetnie wpisują się w założenia technologii eXtreme Fast Control (w skrócie XFC), która wykorzystuje synergię optymalizacji i dopasowania poszczególnych elementów systemów opartych o rozwiązania firmy Beckhoff.

Wysoka responsywność systemu gwarantuje niezawodne działanie przy sterowaniu prądami wyjściowymi o wartości znamionowej do 18 A i szczytowej do 40 A – dla wersji sterownika serwomechanizmu AX8118. W przypadku modelu AX8206, który dysponuje dwoma złączami wyjściowymi wartość znamionowa to 6 A a szczytowa 20 A na każdym z wyjść. Co istotne – prąd podlega skalowaniu i może bezpiecznie sterować nawet znacznie słabszymi serwonapędami. Osobno oferowane są moduły zasilające AX8620 i AX8640 pozwalające na uzyskanie odpowiednio 20 A i 40 A prądu wyjściowego, podawanego do sterowników osi.