Сервоприводы Delta Electronics серии ASDA-A2: технические особенности и применение

Delta ASDA-A2 – высокопроизводительная серия сервоприводов переменного тока (сервоусилителей в комплекте с серводвигателями), разработанная для задач прецизионного позиционирования в промышленной автоматизации. Компания Delta Electronics вывела серию ASDA-A2 на рынок в 2009 году, как второе поколение своих сервосистем, чтобы удовлетворить растущие требования машиностроителей к быстродействию и точности управления движением В данной статье представлен подробный технический обзор серии ASDA-A2, рассмотрены её функциональные возможности, преимущества в промышленной эксплуатации, особенности программирования и настройки. Также приведены примеры применения этих приводов в станках с числовым программным управлением (ЧПУ) и упаковочных машинах, сопровождаемые схемами и фотографиями, демонстрирующими работу оборудования.

Архитектура и функциональные возможности серии ASDA-A2

Аппаратная архитектура. Сервоприводы ASDA-A2 представляют собой цифровые сервоусилители с современной элементной базой – высокоскоростными цифровыми сигнальными процессорами (DSP) и силовыми транзисторами IGBT в выходном каскаде. Управление трехфазным синхронным серводвигателем осуществляется по трехконтурному принципу: внутренний контур тока (момента) с ШИМ-управлением (метод ШИМ по пространственному вектору, внешний контур скорости и самый внешний – позиционный контур. Такая иерархия регуляторов, работающих на высокой частоте обновления, позволяет достигать высокой точности и быстрого отклика системы. Частотные характеристики привода впечатляют: полоса пропускания контура скорости достигает около 1 кГц, что обеспечивает время успокоения менее 1 мс Это означает, что сервопривод способен за доли миллисекунды отработать задающее воздействие или возмущение, выходя на заданную позицию практически без перерасхода (без перелета) и быстро стабилизируясь. Приводы имеют встроенный блок динамического торможения и способны рассеивать энергию торможения через внешние или встроенные резисторы (для моделей большой мощности). Конструкция предусматривает компактный корпус для монтажа в шкафу управления (открытого типа, требующего установки в защищенном боксе), с развитым радиатором и при необходимости принудительным охлаждением (для старших моделей применяется вентиляторное охлаждение).

Диапазон моделей и совместимые двигатели. Серия ASDA-A2 охватывает широкий диапазон мощностей и типоразмеров. Выпускаются модификации приводов под питание 1-фазное/3-фазное 220 В переменного тока и 3-фазное 380–400 В. Минимальная мощность составляет 0,1 кВт, а максимальная – 7,5 кВт, что позволяет управлять как малыми сервомоторами, так и приводами значительной мощности. Ниже приведена сводная таблица диапазона мощностей и вариантов исполнения серии ASDA-A2:

Сервоприводы серии ASDA-A2 комплектуются синхронными серводвигателями Delta ECMA. В линейке ECMA представлены моторы нескольких серий (низкой, средней и повышенной инерции) мощностью от 100 Вт до 7,5 кВт. Серводвигатели оснащаются энкодерами высокого разрешения: как правило, инкрементными 20-битными (разрешение 1 280 000 импульсов/оборот), также доступны варианты с абсолютным энкодером 17-бит. Широкий выбор исполнений моторов позволяет оптимально подобрать привод под задачу – доступны стандартные номинальные скорости вращения 1000, 1500, 2000, 3000 и до 5000 об/мин, различные размеры фланцев, наличие встроенных электромагнитных тормозов (на случай вертикальных осей) и степень защиты IP65. В частности, диапазон номинальных моментов охватывает значения от ~0,3 Н·м (для мотора 100 Вт) до порядка 120 Н·м (для мотора 7,5 кВт).

Органы управления и интерфейсы подключения. На передней панели сервопривода находится цифровой индикатор и кнопки для локального управления – с их помощью можно просматривать и изменять параметры, считывать коды ошибок, выполнять простые операции без подключения к ПК. Кроме того, все приводы серии оснащены USB-портом для связи с компьютером и конфигурирования через фирменное ПО ASDA-Soft. Ранее в приводах Delta использовался интерфейс RS-232/RS-485 для настройки, и он также сохранился – возможно подключение к хост-контроллеру по последовательному интерфейсу (Modbus) для чтения/записи параметров. Основной разъем ввода-вывода CN1 – 26-контактный, служит для дискретных входов/выходов и аналоговых сигналов. Через CN1 подключаются сигналы управления (например, импульсные команды позиционирования Step/Dir, аналоговые задания скорости или момента), сигналы состояния (готовность, достижение позиции и др.), концевые выключатели, датчики нуля, внешние команды «Servo On», «Emergency Stop» и т.д. Пользователь может переназначать функцию каждого входа/выхода программно – всего доступно до 8 дискретных входов + расширяемые входы (через доп. платы) и 5 дискретных выходов для различных целей. Предусмотрен специальный высокоскоростной вход захвата позиции (position latch), который позволяет по внешнему датчику точно зафиксировать текущую координату – этот вход может быть на отдельном разъеме (например, CN7) либо совмещен с входом внешнего энкодера. Для обратной связи используется разъем CN2/CN3 (в зависимости от модели) – к нему подключается энкодер сервомотора. Поддерживаются как инкрементные энкодеры (квадратурные TTL или дифференциальные), так и абсолютные энкодеры различных типов – в случае абсолютного энкодера привод может работать в режиме сохранения координат при снятии питания (режим абсолютного позиционирования). В серии ASDA-A2 предусмотрен и дополнительный вход для второго датчика – это ключевая особенность: можно подключить внешний линейный измеритель или энкодер нагрузки на разъем CN5 для реализации полного замкнутого контура (full-closed loop). В режиме полного замкнутого контура привод читает сигнал дополнительного датчика положения и компенсирует люфты и упругости механической передачи, обеспечивая крайне высокую точность позиционирования.

Особое внимание уделено сетевым коммуникациям: стандартная модель ASDA-A2-M включает высокоскоростной интерфейс CANopen (протокол DS402) для интеграции в распределенные системы. Встроенный контроллер CANopen позволяет координировать многосиcтемы – несколько сервоприводов могут обмениваться данными с ПЛК или между собой по шине CAN с частотой до 1 Мбит/с, реализуя распределенное управление. Кроме CANopen, доступны другие модификации: ASDA-A2-F – с поддержкой фирменной сети Delta DMCNET, ASDA-A2-E – вариант с интерфейсом EtherCAT (соответствует стандарту CoE CiA402) и встроенными функциями безопасности STO, ASDA-A2-L – версия с расширенными возможностями полного замкнутого контроля, ASDA-A2-U – версия для автономного позиционирования (с акцентом на внутренний контроллер движений). Таким образом, серия ASDA-A2 охватывает все популярные интерфейсы управления движением. Например, EtherCAT-модель A2-E успешно прошла тесты на соответствие протоколу EtherCAT и поддерживает циклический обмен данными с контроллером с периодом до 250 мкс– это позволяет строить высокосинхронные многосерво системы (например, координатные станки с интерполяцией по нескольким осям, роботы-манипуляторы и т.п.). Модель A2-E также имеет встроенную функцию безопасного отключения крутящего момента STO (Safe Torque Off), соответствующую требованиям SIL2 и PL=d по стандартам IEC 61508 / ISO 13849-1. Функция STO обеспечивает аппаратное отключение выхода привода при аварийных ситуациях, что повышает безопасность оборудования.

Уникальные функциональные возможности. Приводы ASDA-A2 выделяются не только аппаратной оснащенностью, но и богатством встроенных функций управления движением. В них реализовано множество алгоритмов, которые обычно требовали внешнего контроллера, что позволяет во многих случаях исключить внешний контроллер движения и замкнуть логику управления на сам привод. В частности, в серии A2 присутствует встроенный контроллер позиционирования (режим PR mode, Position Register), позволяющий задавать траектории движения с помощью заранее записанных в память положений. Пользователь может сохранить до 64 позиций (координат) вместе с параметрами скорости, ускорения/замедления, и затем выполнять эти движения по командам дискретных входов или по сети. Привод поддерживает изменение целевого задания на лету – во время выполнения движения можно скорректировать конечную позицию, скорость или ускорение, что важно для адаптивного управления и уменьшения цикла работы. Кроме того, предусмотрено 35 вариантов режима возврата в нулевую точку (homing) на случай разных датчиков нуля и требований приложения Таким образом, ASDA-A2 может выполнять сложные одноосевые циклы движения самостоятельно по внутренней программе.

Особое преимущество серии – встроенная функция электронного кулачка (E-CAM). Электронный кулачковый вал позволяет задать произвольный профиль движения одного вала в зависимости от положения другого, реализуя электронную механическую связь, аналогичную кулачковым механизмам. В ASDA-A2 встроенный E-CAM рассчитан на до 720 точек профиля, между которыми привод автоматически интерполирует плавную траекторию. Благодаря этому можно реализовать сложные цикличные движения с высокой точностью синхронизации – типичные примеры: «летучие ножницы», ротационные (барабанные) ножи, подача материала с циклическим ускорением/замедлением и т.д.. Эти задачи требуют строгой координации между осями, и ASDA-A2 решает их без внешнего оборудования – профиль E-CAM редактируется в ПО ASDA-Soft и загружается прямо в память привода Одноосевой привод при этом способен следовать виртуальному главному валу или реальному мастеру (через вход энкодера) по нелинейному закону, который раньше реализовывали механическими кулачками. Вдобавок, приводы могут одновременно комбинировать режим E-CAM и внутренние PR-команды, позволяя накладывать коррекции траектории «поверх» синхронного движения – эта расширенная возможность полезна, например, для суперпозиции мелких коррекций на основной профиль движения кулачка.

Еще одна особенность – функция синхронизации для портальных (гантри) систем. При использовании двух приводов на параллельных осях (например, два двигателя, перемещающие общую балку портала по оси X слева и справа) крайне важно поддерживать одинаковую скорость и положение, иначе конструкцию может заклинить или перекосить. ASDA-A2 предлагает встроенный механизм «master-slave» для гантри: один привод можно настроить ведущим, второй – ведомым, и они будут автоматически поддерживать синхронное движение, отслеживая друг друга по импульсным сигналам и обмениваясь данными ошибки. Если рассогласование превысит допустимое – система мгновенно сформирует сигнал аварии и остановит оба привода. Ранее подобная функция требовала специального ПЛК с поддержкой гантри-синхронизации, теперь же Delta реализовала ее силами самих сервоприводов, что упрощает систему и снижает стоимость решения

Таким образом, серия ASDA-A2 объединяет широкие коммуникационные возможности и развитые алгоритмы управления движением. Кратко перечислим ключевые возможности привода:

• Высочайшее разрешение по позиции: энкодер 20-бит (1,28 млн имп/об) в стандартной комплектации обеспечивает минимальный приращение порядка 0,001° и теоретическую точность позиционирования до 0,1 мм
• Быстрый отклик: частотный диапазон до 1 кГц, время стабилизации < 1 мс – привод успевает отработать высокочастотные команды без перерегулирования
• Подавление вибраций и резонансов: встроены два фильтра низкой частоты для гашения колебаний (например, в упругих системах или подвешенных грузах) и два автоматических режекторных фильтра (notch-фильтра) для подавления механических резонансов на высоких частотах. Фильтры автоматически настраиваются – достаточно активировать функцию автоподавления, и привод сам выявит частоты резонансов и настроит узкополосные фильтры. Это существенно повышает устойчивость и стабильность системы, предотвращая усиление колебаний узлов машины.
• Полный замкнутый контур: возможность подключения датчика нагрузки (например, линейной линейки) на второй вход энкодера и режим ведения по этому датчику – устраняется влияние люфтов и неточностей передачи, повышая точность позиционирования до уровня механической точности измерителя
• Широкие коммуникации: поддержка CANopen, EtherCAT, DMCNET, Modbus и др. для интеграции в системы автоматизации
• Встроенный контроллер движений: режим PR (до 64 позиций), различные профили движения (трапеция, S-кривая), изменение параметров на лету, 35 алгоритмов возврата в ноль
• Электронный кулачок: до 720 точек, гибкое синхронизированное движение ведомой оси по профилю, простая настройка в ПО
• Гантри-синхронизация: мастер-ведомый режим для параллельных осей, автоматический контроль рассогласования
• Безопасность: функция STO (для моделей с EtherCAT), вход аппаратной останова, плавное отключение при авариях, мониторинг ошибок сети и перегрузок.
• Простое обслуживание: автотюнинг регуляторов по параметру нагрузки, встроенный осциллограф в ПО ASDA-Soft для мониторинга сигналов в реальном времени, индикация состояния на панели и через программное обеспечение.

Совокупность этих функций делает ASDA-A2 многофункциональной платформой для управления электроприводом, способной удовлетворить практически любые требования современного станка или машины

Преимущества использования ASDA-A2 в промышленной автоматизации

Сервоприводы серии ASDA-A2 благодаря описанным техническим решениям обеспечивают ряд существенных преимуществ в промышленных применениях:

• Высокая точность позиционирования. Приводы Delta ASDA-A2 изначально проектировались для задач, требующих прецизионного движения и повторяемости. Стандартный энкодер 20 бит дает крайне малый шаг квантования – порядка 0,0003° на валу, что в линейных перемещениях соответствует долям микрона. В реальных станках достижимая точность ограничивается уже механическими зазорами и термостабильностью, а не электроникой привода. С применением полного замкнутого контура с линейными измерителями удаётся достичь позиционной точности порядка 0,1 мкм на рабочем органе. Это особенно важно для высокоточных станков (шлифовальные, координатно-расточные, микроперемещения в электронике) – ASDA-A2 обеспечивает необходимое разрешение без дополнительных делителей или внешних интерполяционных устройств. Кроме того, точность сохраняется во времени благодаря цифровым компенсациям люфтов и адаптивному управлению. Приводы способны сами измерить и учесть момент инерции нагрузки (параметр J/L) для оптимизации настроек регуляторов, что способствует более точному следованию заданной траектории без перерегулирования
• Отличные динамические характеристики (быстродействие). Высокая полоса пропускания системы управления достигается за счет мощного процессора и алгоритмов автонастройки. Время реакции на скачкообразное задание – менее 1 мс, что значительно сокращает циклы позиционирования и повышает производительность оборудования. В практике это означает, что станок на базе ASDA-A2 может выполнять больше операций в минуту, ведь сервоось практически мгновенно стабилизируется на новом положении. Отсутствие перелета и колебаний при остановке – еще один плюс: благодаря адаптивным настройкам приводы избегают «прохода» заданной позиции и необходимость возвращаться, экономя доли секунды на каждом перемещении. Особенно это проявляется при высокоскоростром позиционировании по кратчайшему пути – ASDA-A2 успешно решает проблему перегрузки по позиционному контуру, отрабатывая движение без «overshoot». В сочетании с S-кривыми профилей (функция сглаживания ускорения) достигается плавность хода без рывков даже при очень резких разгоне/торможении. На уровне пользователя быстродействие проявляется также в возможности работы с высокой частотой задающих импульсов: некоторые заказчики ставят задачу приема серией приводов команд с частотой <10 импульсов за 10 мс (т.е. период 1 кГц) и наличии разрешения >1 млн имп/об – ASDA-A2 полностью удовлетворяет этим требованиям
• Устойчивость к вибрациям и резонансам. При внедрении электропривода в механическую систему нередко возникают проблемы с колебаниями: гибкие соединения, направляющие, люфты вызывают резонансные эффекты и вибрации на конце рабочего органа. ASDA-A2 имеет встроенные средства активного подавления вибраций, которые существенно облегчают наладку станка. Два независимых режекторных фильтра автоматически находят частоты механических резонансов и гасят их, предотвращая разгон колебаний конструкции. Дополнительно, реализованы фильтры низкочастотных колебаний: например, при управлении гибким подвесом (кран-балка, манипулятор с длинным плечом) привод способен активно демпфировать раскачку груза на подвесе. Благодаря этим функциям машины на базе ASDA-A2 отличаются плавностью работы даже на высоких скоростях – нет дрожания, биений, что положительно сказывается на ресурсе механики и качестве обработки. В сравнительных испытаниях с другими приводами Delta A2 показали более стабильную работу станка без паразитных вибраций при тех же настроечных коэффициентах
• Гибкость и функциональная насыщенность. Одним из главных преимуществ ASDA-A2 является способность выполнять сложные движения без внешнего контроллера. Заложенные функции E-CAM, таблицы позиций PR, различные режимы управления (позиция, скорость, момент) – все это расширяет диапазон задач, решаемых одним устройством. Для проектировщика машин это означает большую гибкость: можно реализовать нестандартную кинематику или логику движения, просто настроив параметры привода. Нет необходимости приобретать дорогой специализированный контроллер для летучего резака или электронного редуктора – достаточно использовать возможности, уже имеющиеся в ASDA-A2. В результате упрощается структура системы, снижается количество компонентов (меньше блоков – выше надежность), упрощается пусконаладка. Например, встроенный электронный кулачок экономит затраты на механические кулачки или программирование сложных профилей в ПЛК – инженер задает точки профиля в удобном ПО графически, и привод сам исполняет этот профиль с нужной скоростью. В целом, функциональная насыщенность ASDA-A2 приносит выгоду в виде более простого проектирования и быстрой настройки оборудования.
• Интеграция и совместимость. В промышленной автоматизации ценится возможность бесшовно интегрировать сервоприводы в общую систему управления. ASDA-A2 благодаря поддержке открытых протоколов связи легко встраивается практически в любой контур – будь то классическая схема с ПЛК, выдающим аналоговые сигналы/импульсы, или современная сеть EtherCAT/CANopen с централизованным управляющим компьютером. Поддержка профиля CiA 402 (для CANopen и EtherCAT моделей) означает совместимость с контроллерами разных производителей, которые придерживаются этого стандарта. Кроме того, Delta предлагает и собственные контроллеры (например, ПЛК DVP10MC с библиотекой PLCopen), оптимизированные для совместной работы с ASDA-A2. В практическом плане это дает преимущество: на этапе интеграции можно легко обмениваться данными положения, скорости, задействовать стандартные функции вроде синхронного старта осей, обработки «Touch Probe» (вход захвата), и т.д. Привод выдает богатую диагностическую информацию по сети (ток, нагрузка, температура, коды ошибок), что упрощает сервис и удаленный мониторинг. Унифицированные разъемы и сигналы позволяют безболезненно заменять устаревшие системы на базе других приводов – ASDA-A2 может быть внедрен вместо старого привода, поддержав те же интерфейсы управления (например, прием команд STEP/DIR от CNC-контроллера или аналог ±10В от ПИД-регулятора). Таким образом, эти приводы универсальны в плане совместимости.
• Надежность и качество. Delta Electronics – крупный производитель с высокими стандартами качества, и серия ASDA-A2 не исключение. В конструкции учтены требования промышленной эксплуатации: все модели имеют защиту IP20 (для корпуса привода), а используемые двигатели – IP65 (пыле- и влагозащита узлов подшипников и энкодера). Привод оснащен многоуровневой системой защит: от перегрузки по току (с отсечкой при превышении номинала на заданный процент), от перегрева радиатора, от пропадания фазы питания, от исчезновения сигнала энкодера, от внутренней ошибки памяти и прочих. Диагностика отображается в виде кодов аварий на дисплее, что облегчает обслуживание. По отзывам пользователей и практическому опыту, приводы Delta ASDA-A2 отличаются долговечностью и стабильной работой – они устойчивы к внешним помехам, имеют качественную элементную базу. Компания заявляет о высоком MTBF, а многие внедренные системы на этих приводах в различных отраслях подтвердили свою надежность годами бесперебойной работы.

В совокупности перечисленные преимущества делают серию ASDA-A2 привлекательным решением для задач промышленной автоматизации. Ниже мы рассмотрим, как эти свойства реализуются на практике, через призму настройки и программирования, а затем на конкретных примерах применения.

Режимы управления, программирование и настройка сервоприводов ASDA-A2

Режимы управления положением, скоростью и моментом. Приводы ASDA-A2 поддерживают три основных режима работы замкнутого контура: позиционный, скоростной и режим тягового момента. Выбор режима осуществляется установкой соответствующего параметра в памяти привода (например, параметр P1-01), либо через программное обеспечение. В позиционном режиме (Position Control Mode) привод отслеживает поступающие позиционные команды – это могут быть импульсы шагового/направления (Step/Dir) от внешнего контроллера ЧПУ, либо команды по сети (CANopen, EtherCAT) в виде заданий позиции, либо внутренние PR-команды. Позиционный режим обычно используется в станках для прецизионного перемещения осей, где критично точное следование профилю перемещения. В этом режиме доступны функции электронного гироскопа (электронной редукции) – через параметры N/M можно задать электронное передаточное отношение между входными импульсами и углом вала, вплоть до нецелых значений (поддерживается масштабирование вплоть до N/M = 1/50…25600). Также доступны функции захвата (Latch) положения – когда на специальный вход поступает сигнал метки, привод фиксирует текущую позицию с энкодера и сохраняет ее в регистре, позволяя внешней системе опросить точное положение в момент события (применимо для измерительных машин, печатных машин и т.д.). Помимо того, позиционный режим допускает ограничение тягового усилия – можно настроить предел по моменту, чтобы, например, защитить оборудование от чрезмерных сил; при достижении этого предела привод не превысит заданный крутящий момент.

В режиме управления скоростью (Speed Control Mode) сервопривод работает как регулировщик постоянной скорости вращения. Пользователь задает требуемую скорость (например, аналоговым сигналом 0…±10 В, либо цифровой командой по сети), а привод поддерживает эту скорость, автоматически компенсируя любые нагрузки и воздействия. Скоростной режим часто используется для ведущих осей, конвейеров, намоточных устройств, а также в качестве привода шпинделя в станках. В этом режиме можно оперативно менять скорость вращения, а также накладывать ограничения по моменту (токовое ограничение) – фактически, реализуется внутренний каскад: контур скорости старается удержать заданную ω, но ограничен установленным лимитом тока, что позволяет избежать поломки при заклинивании. Также привод предоставляет функцию Zero Speed Clamp – удержание нуля: если задание нулевая скорость, привод активирует электрический тормоз и удерживает вал на месте, противодействуя внешним силам (эта функция полезна, когда нет механического тормоза на оси, а нужно удерживать позицию в нагруженном состоянии). В целом режим скорости удобен там, где внешнее устройство (например, ПЛК или оператор) задает скорость, а позиционирование не контролируется приводом напрямую. Через параметры привода можно настраивать динамику – время разгона/торможения (если нет внешнего профиля), коэффициенты ПИД регулятора скорости (пропорциональный и интегральный усиления), и фильтры выходного сигнала.

Режим управления моментом (Torque Control Mode) превращает сервосистему в источник заданного крутящего момента (или силы в линейном эквиваленте). В этом режиме обычно задействуется аналоговый вход ±10 В, соответствующий ±100% номинального момента двигателя, либо цифровая установка значения момента. Привод оперативно регулирует ток двигателя, чтобы поддерживать необходимый момент независимо от скорости (в пределах возможностей двигателя и контроллера). Такой режим востребован в системах натяжения (мотки плёнки, проволоки – где важно постоянное натяжение), в прессах, при затяжке резьбовых соединений, а также для имитации нагрузки на тестовых стендах. В моментном режиме ASDA-A2 также позволяет ограничивать максимальную скорость (чтобы двигатель не раскрутился сверх безопасного при разгоне без нагрузки) – обычно настраивают «крышеобразную» характеристику: при достижении заданной скорости момент сбрасывается на ноль во избежание разгона. Кроме того, доступно переключение по входам между режимами – например, можно на лету переключиться из позиционного режима в моментный (такое бывает при переходе с управления положения на управление усилием в технологическом цикле). Привод поддерживает плавное переключение, избегая скачков.

Программирование и настройка параметров. Для настройки приводов ASDA-A2 компания Delta предоставляет программное обеспечение ASDA-Soft – интуитивно понятный инструмент с графическим интерфейсом. Через USB-соединение инженер получает доступ ко всем параметрам привода. Программа предоставляет редактор параметров (табличный список с фильтром и описаниями), осциллограф для мониторинга сигналов в реальном времени, мастер автонстройки и другие утилиты. Процедура ввода в эксплуатацию сервосистемы ASDA-A2 обычно включает следующие шаги

• Выбор режима управления – устанавливается требуемый режим (позиция, скорость или момент) в параметрах привода (P1-01) и соответствующим образом подключаются сигналы команд.
• Настройка входов/выходов – конфигурируются дискретные входы DI1…DI8 и дополнительные расширенные входы (если плата расширения) на выполнение нужных функций: «Сервопуск» (Servo ON), «Сброс ошибки», «Концевик +/–», «Домой» (датчик нуля), переключение режима, триггер PR-программы и т.п. Также программируются дискретные выходы DO1…DO5 на нужные индикации: «Готов», «Достигнута позиция», «По скорости», «Авария» и т.д.. В ASDA-Soft это делается в диалоговом окне, где из выпадающего списка назначается функция на каждый физический контакт CN1.
• Расчет и ввод параметра инерции нагрузки (J/L) – очень важный этап для корректной автотюна. Привод может автоматически оценить отношение инерции нагрузки к ротору двигателя (J_load/J_motor) с помощью встроенной функции автоидентификации, либо пользователь вручную вводит оценку в параметр (например, P2-32). Зная инерционное соотношение, система лучше настраивает усиления регуляторов.
• Автотюнинг или ручная настройка регуляторов – ASDA-A2 позволяет автоматически подобрать коэффициенты усиления позиционного и скоростного контуров под конкретный механизм. В режиме автонастройки (Auto Tuning) привод подает тестовые воздействия, измеряет реакцию и устанавливает параметры жесткости (bandwidth, или в терминологии Delta – «Stiffness Level»). Также доступны ручные настройки: пропорциональный коэффициент скорости, интегральный, коэффициент позиционного усиления. В ASDA-Soft есть преднастроенные уровни жесткости – от «мягкого» режима, предотвращающего колебания (для механизмов с люфтом или мягких), до максимально жесткого (для жестких механик, требующих быстрого отклика). Настроечные алгоритмы учитывают ранее введенное J/L: при большом инерционном рассогласовании настройки будут более осторожными.
• Подавление резонансов – включение и конфигурирование фильтров вибрации. Обычно после первичной настройки выполняется тестовое движение оси (рывок/торможение) и с помощью встроенного осциллографа анализируются возможные колебания. Если наблюдаются затухающие синусоиды, свидетельствующие о механическом резонансе, – активируются авторежимы подавления. В параметре P2-47 можно включить автопоиск резонансных частот: привод выполнит небольшое сканирование частотным сигналом и настроит режекторные фильтры автоматически. Также можно вручную задать частоты фильтров и их глубину, если известны характеристики механики. После настройки фильтров добиваются, чтобы переходной процесс был апериодическим (без выраженных колебаний).
• Настройка источников команд и дополнительных фильтров – на этом шаге задается, откуда привод получает задающие воздействия: например, выбирается «источник скорости – аналоговый вход AI1», «источник позиции – импульсный вход», или «управление по сети CANopen». Также настраиваются фильтры команд: доступны цифровой фильтр низких частот для сглаживания приходящих команд (полезно, если внешние команды шумные или дискретные) и фильтр профиля типа S-curve (P-curve), скругляющий переходы ускорения. Степень сглаживания регулируется параметрами – оператор может задать константу фильтра, влияющую на время успокоения команды. В практике S-кривая значительно снижает рывки и механические ударные нагрузки, хотя и немного увеличивает время хода, поэтому выбирается компромиссно.

После выполнения этих процедур сервопривод готов к пробному пуску – выполняется пробное движение (Jog или перемещение на небольшую дистанцию) для проверки правильности направления движения, работы концевых датчиков и т.п. Затем привод интегрируется в систему: либо подключается к верхнему контроллеру (ЧПУ, ПЛК) и тестируется в составе всего оборудования, либо настраивается автономная программа PR/E-CAM, если предполагается режим stand-alone.

Стоит отметить удобство программирования PR-mode и E-CAM через ПО ASDA-Soft. Интерфейс предлагает таблицу позиционирования: в каждой строке задается позиция (в единицах энкодера или пользовательских единицах – «PUU», programmable user units), скорость, ускорение, режим движения (относительный или абсолютный), задержки и действия по окончании. Можно составить до 64 таких шагов. Эти шаги можно группировать в циклы, запускать по входам или по условиям. Для E-CAM редактор представляет собой графический график кулачка – точки (угол ведомого в зависимости от угла ведущего) можно задать вручную или импортировать из CSV, далее кнопкой «Интерполяция» выполнить автоматическое сглаживание сплайном. После этого профиль загружается в привод. При наладке синхронных осей есть возможность в режиме oscilloscope наблюдать следование ведомого за виртуальным мастером и при необходимости подстроить масштаб (коэффициент электронного редуктора) или фазы.

Пример настройки фильтра вибрации: допустим, при испытании привода на станке наблюдается резонансная вибрация столика на частоте около 50 Гц после остановки. Используя функцию автоподавления резонансов, инженер включает один из notch-фильтров. Привод проводит быстрый скан-оценку и сам устанавливает фильтр с центральной частотой, допустим, 48 Гц и глубиной -20 дБ. После этого повторное испытание показывает, что колебания практически исчезли. Далее, чтобы полностью убрать легкую осцилляцию на частоте ~5 Гц (раскачка всей установки на упругих опорах), включается низкочастотный виброподавитель – привод автоматически находит оптимальные параметры демпфирования (например, вносит корректирующее воздействие в противофазе на частоте 5 Гц). В результате станок начинает останавливаться «как влитой», без дрожания. Эти операции раньше требовали длительной ручной подстройки ПИД и проб с механическими гасителями, а с ASDA-A2 выполняются за несколько минут средствами ПО.

Обслуживание и диагностика. В процессе эксплуатации сервоприводов важно иметь инструменты для мониторинга состояния. ASDA-A2 предоставляет обширную диагностическую информацию: текущая позиция, скорость, нагрузка (ток, процент от номинала), температура модуля, состояние входов/выходов – все это доступно как через панель (по кодам параметров), так и через ПО/сеть. При возникновении ошибки привод мгновенно отключается и отображает код ошибки (ALxx) на дисплее. Список возможных аварий и их причины приведены в руководстве – от перегрузки по оси (AL.006) до потери сигнала энкодера (AL.062) и внутренних ошибок памяти. Для быстрого поиска проблем ПО ASDA-Soft имеет встроенный лог ошибок с временными метками, а также позволяет запустить осциллографическую запись заранее выбранных сигналов при наступлении ошибки (триггер по событию). Например, можно записать поведение токов и скоростей за 100 мс до и после аварии, чтобы проанализировать причину перегрузки. Эти средства чрезвычайно полезны для превентивного обслуживания – можно заметить возросшие колебания тока (признак повышенного трения или заклинивания механизма) до того, как произойдет аварийная остановка. Таким образом, ASDA-A2 не только управляет, но и помогает обслуживать оборудование.

Подводя итог разделу, отметим: несмотря на богатую функциональность, настройка приводов ASDA-A2 достаточно удобна даже для инженера, не имеющего узкоспециализированных знаний в сервоприводах. Автоматические функции берут на себя рутинные задачи, а интуитивное ПО и документация на нескольких языках (есть и русская версия руководства) позволяют быстро освоить работу с системой. Именно сочетание гибкости, простоты настройки и интеллектуальных алгоритмов выгодно отличает ASDA-A2 на фоне конкурентов, облегчая интеграцию этих приводов в разнообразные машины.

Примеры применения серии ASDA-A2

Область применения сервоприводов Delta ASDA-A2 весьма широка – от металлообрабатывающих станков до пищевого оборудования. Рассмотрим два показательных примера: использование в станках с числовым программным управлением (ЧПУ) и в современных упаковочных машинах. Эти примеры демонстрируют, как описанные выше технические особенности превращаются в конкретные преимущества при решении практических задач.

Применение в станках с ЧПУ

Станки с числовым программным управлением (CNC – Computerized Numerical Control) предъявляют высокие требования к сервоприводам: необходима точная отработка координат по программной траектории, синхронизация нескольких осей, жесткость при резании и быстрота перемещения вхолостую. Серия ASDA-A2 успешно зарекомендовала себя в этой области, ее используют как на фрезерных и токарных станках, так и на станках лазерной резки, плазморезах, деревообрабатывающих центрах и т.д.

Высокая точность и качество обработки. Благодаря 20-битному разрешению энкодера и функции полного замкнутого контура, приводы ASDA-A2 позволяют CNC-станкам достигать очень высокой точности позиционирования инструмента относительно заготовки. Например, при фрезеровании сложного 3D-контура каждая координатная ось под управлением A2 способна позиционироваться с шагом в микрометры. Это гарантирует соблюдение геометрии детали в пределах допуска и высокое качество поверхностей без волн и ступенек. Применение двухконтурной обратной связи (двигатель + линейная линейка на оси) компенсирует люфт шарико-винтовой пары или ременной передачи: даже если механически есть небольшой зазор, привод его устраняет на программном уровне, подавая мотору команду чуть дальше, пока не получит обратную связь о фактическом смещении стола. Таким образом, достигается эффект прямого привода по точности, хотя реализация остается косвенной через винт. В результате станки с ASDA-A2 могут выполнять, к примеру, прецизионное контурное шлифование или растачивание отверстий с точностью порядка нескольких микрон, что ранее требовало дорогостоящих систем линейных двигателей.

Повышение скорости и производительности. Быстродействие приводов непосредственно сказывается на времени цикла обработки. На современных обрабатывающих центрах значительную долю цикла составляют вспомогательные перемещения: переходы инструмента между зонами обработки, подъёмы/опускания и т.п. Чем быстрее и без колебаний выполняются эти разгоны/торможения, тем выше общая производительность станка. Замены старых приводов на Delta ASDA-A2 показали, что время холостых перемещений сокращается на 10–20% за счет более агрессивной настройки контуров без потери стабильности. Приводы выдерживают резкие задания скорости при черновой обработке – например, на фрезерном центре с подачей 15–20 м/мин ось не выходит в разнос и не «подрагивает», а четко следует заданному профилю ускорения. В результате снижается время позиционирования инструмента в точку начала резания, каждый переход выполняется быстрее. Кроме того, высокая частота обновления позиционного задания (при EtherCAT управлении – тысячные доли секунды) позволяет контроллеру ЧПУ задавать более плавные и оптимизированные траектории, экономя время на сглаживание углов (контроллер может чаще вносить коррекцию, избегая необходимости снижать скорость на сочленениях траектории). Все это делает станки более продуктивными без существенного апгрейда механики – только за счет улучшения электроники привода.

Устойчивость режима резания. Во время обработки материала на инструмент действуют переменные силы, которые норовят отклонить инструмент от заданной траектории и вызвать вибрации (так называемые автоколебания в обработке – chatter). Сервоприводы ASDA-A2 способствуют гашению таких колебаний: встроенные notch-фильтры могут быть настроены на частоты собственных колебаний системы «деталь-станок-инструмент» (например, 200–300 Гц), и привод активно компенсирует эти вибрации, подавая противофазные импульсы момента. Интеграторы отмечают, что при использовании ASDA-A2 станки способны работать при более жестких режимах резания без возникновения дрожания и вибрационного рисунка на поверхности детали. Это повышает качество обработки (нет «рифления») и позволяет увеличить подачу или глубину резания, что опять же улучшает производительность. Особенно явно преимущества проявляются на операциях точения длинных заготовок или фрезерования тонких стенок – там, где система склонна к колебаниям, привод с функцией виброподавления делает процесс более плавным.

Синхронизация осей и многокоординатная интерполяция. Станки ЧПУ – это всегда многокоординатные системы (обычно 3–5 осей одновременно), и успех обработки зависит от синхронной работы всех приводов. ASDA-A2 прекрасно для этого подходит. Если используется централизованный CNC-контроллер, приводы могут работать в сетевом режиме (например, EtherCAT) и принимать интерполированные задания каждые 0,5–1 мс, точно отрабатывая их. При этом ошибку синхронности между осями удается удерживать в пределах нескольких энкодерных отсчетов, т.е. долей микрометра – фактически движения происходят консолидированно, как единое. Для станков большой размерности, где применяются двойные приводы на одной оси (портальные фрезеры, лазерные установки большого формата), функция гантри-синхронизации A2 крайне полезна. Она гарантирует, что оба двигателя портала X движутся с одинаковой скоростью. На практике это упрощает настройку такого станка: достаточно обеспечить жесткую механическую привязку и подключить оба привода к одному контроллеру, включив режим «гантри» – дальше электроника автоматически будет поддерживать электронную мастеругу между левым и правым приводом. Ранее для этого приходилось покупать CNC-системы с поддержкой «электронного вала», либо синхронизировать оси через программный PLC-код, что менее надежно. С ASDA-A2 же встроенное решение работает на уровне прошивки привода, с высокой скоростью реакции на рассинхрон, что предотвращает даже кратковременный перекос. Например, при неравномерной нагрузке на двух концевых шарнирах портала (скажем, слева заедание линейной направляющей) один привод может притормаживаться, но второй мгновенно подстраивается по скорости, и портал едет ровно, лишь с небольшим снижением общей скорости. Если же разница превышает предел – оба остановятся аварийно, не допустив механической поломки. Это делает большие CNC-машины на Delta A2 более надежными и безопасными в работе.

Применение режима встроенного контроллера в ЧПУ. Хотя классический подход – использовать отдельный CNC-контроллер – существует и другой вариант: применить возможности встроенного PR-режима для простых станков. Например, для несложной гравировально-фрезерной машины с двумя-тремя осями можно обойтись без полноценного ЧПУ: каждой оси назначается своя последовательность перемещений (PR-программа), триггером запуска служит сигнал от простого микроконтроллера или ПЛК. При этом возможна определенная координация – например, ось X проходит PR-позиции 1-2-3, а ось Y – свои, при этом шаги синхронизированы по цифровым сигналам. Конечно, для контурной обработки этот метод ограничен (интерполяцию вручную сложно сделать идеально синхронной), но для позиционных операций или циклических действий (сверлильные станки, станки с револьверной головой) – вполне рабочее решение. Использование ASDA-A2 в качестве мини-ЧПУ уменьшает стоимость системы для простых задач.

В заключение, можно отметить, что серия ASDA-A2 полностью удовлетворяет требованиям современных станков с ЧПУ и зачастую превосходит ожидания. Как отмечено в одном из прикладных анализов, ASDA-A2 является полноценной сервосистемой, способной выполнить любые требовательные задачи CNC-оборудования. В условиях роста спроса на высокопроизводительные станки, доступные по цене, приводы Delta находят все более широкое применение, предлагая баланс производительности и экономичности. Многие производители станков в Азии, а теперь и в Европе, включают ASDA-A2 в стандартную комплектацию своих изделий, зная о ее надежности и потенциале.

Применение в упаковочных машинах

Упаковочное оборудование – еще одна область, где сервоприводы серии ASDA-A2 раскрывают свои сильные стороны. Современные упаковочные линии (например, фасовка продуктов, этикетировка, группирование товаров в пленку и коробы) требуют высокой скорости, точной синхронизации движений и гибкости переналадки под разные форматы. Рассмотрим, как функции ASDA-A2 используются на примере типичной упаковочной машины.

Летучий нож (летучая резка). Это устройство, распространенное в упаковке и полиграфии, отрезает движущийся материал (пленку, бумагу) на ходу, без остановки подачи. Сервопривод управляет кареткой с ножом: каретка разгоняется, синхронизируется по скорости с движущейся лентой материала, выполняет рез и возвращается в исходное положение. Применение ASDA-A2 с функцией E-CAM существенно упрощает реализацию летучего ножа. Профиль скорости каретки относительно основного конвейера программируется как электронный кулачок: на одном участке – движение синхронно с лентой (режущая фаза), на другом – быстрое возвращение назад (холостая фаза). Привод хранит этот профиль и цикл повторяется непрерывно с точностью до миллисекунды. В сравнении с приводами без E-CAM, где требовался сложный контроллер для вычисления траектории в реальном времени, решение на ASDA-A2 предельно надежно и точно – оно не зависит от задержек вычислений, так как профиль выполнен аппаратно. Результат – ровные отрезы пленки на высокой скорости конвейера, без перекоса и с минимальным допуском по длине пачки. На практике внедрение A2 в летучие резаки позволило увеличить скорость резки, например, с 100 циклов/мин до 130 циклов/мин, поскольку отпала необходимость «страховаться» замедлением ленты: привод успевает вовремя проходить цикл реза и возвращения.

Синхронная подача и группировка. В упаковочных машинах часто нужно синхронизировать несколько движений: подача продукта, обёртка пленкой, запайка, вставка в коробку – все должно происходить слаженно. ASDA-A2 отлично справляется с синхронизацией нескольких осей через CANopen или EtherCAT связь. Например, в автоматической линии упаковки рулонов туалетной бумаги, описанной Delta, использовано несколько приводов A2: одни тянут пленку, другие группируют рулоны, третий осью задвигает группу в пакет. Все эти приводы связаны общим ПЛК Delta по сети CANopen, который раздает им команду «старт цикла» и затем контролирует выполнение с помощью стандартных функций PLCopen. За счет быстрого отклика и точности приводы обеспечивают, что при группировке 6 или 10 рулонов все они встречаются точно в нужной точке для оборачивания пленкой – ни один не отстает и не опережает. Аналогично, на линиях розлива, где бутылки движутся по транспортеру, а сервопривод ставит на них этикетки, важна четкая синхронизация вращения этикетировочной головки с линейным движением бутылки. A2 в режиме электронного редуктора (электронной передачи) решает эту задачу: энкодер на транспортере задает скорость бутылок, а привод этикетки следует с нужным коэффициентом, наклеивая этикетку без смещения и проворотов. Более того, датчики контролируют положение этикетки, и если возникает рассинхрон (например, проскальзывание), привод через функцию позиционного захвата корректирует фазу наклейки. Все это возможно благодаря богатым функциям позиционного режима ASDA-A2, и как результат – упаковочная машина работает с минимальным браком при максимальной скорости линии.

Гибкость переналадки. Универсальность программирования ASDA-A2 – большой плюс в упаковке, где требуется часто менять формат упаковки. Ранее машины имели механические кулачки и редукторы, переналадка которых – трудоемкий процесс (замена шестерен, перестановка механики). С переходом на полностью сервоприводное решение, достаточно сменить профиль движения или параметры – и машина готова под новый размер упаковки или новый продукт. Приводы ASDA-A2 могут хранить в памяти несколько наборов параметров (несколько профилей E-CAM, несколько таблиц PR), а переключение между ними возможно по команде оператора (через ПЛК). Например, упаковочный автомат может иметь «рецепты» под разные размеры коробок: оператор на панели выбирает формат, и контроллер посылает приводам соответствующие команды – те переключаются на другой электронный кулачок, другой электронный редуктор и т.д. У Delta предусмотрено удобное управление этим – через сетевые команды можно загружать профили на лету либо переключать регистры. Благодаря этому на переналадку уходит минуты вместо часов, что крайне важно на производстве с часто меняемым ассортиментом.

Высокая скорость и плавность. Современные упаковочные линии работают с огромной скоростью – сотни изделий в минуту. Любая задержка может привести к «узкому месту» и снизить выпуск. Применение ASDA-A2 помогает достичь требуемого темпа за счет мощного ускорения и замедления исполнительных осей. В сравнении с пневмоцилиндрами или шаговыми двигателями, серводвигатели A2 обеспечивают более быстрый цикл движения, а также контролируемое движение без ударов. Например, в машинах вертикальной фасовки (формовка пакета, дозировка, запайка) сервопривод тянет пленку рывками вниз – переходя от остановки к скорости ~1 м/с и обратно десятки раз в минуту. Привод A2 выдерживает такие циклы, гарантируя одинаковую длину пакета каждый цикл. Или на горизонтальных упаковщиках «flow-pack» сервопривод синхронно крутит ролики подачи пленки и одновременно другой сервопривод запечатывает шов – синхронность здесь критична, и Delta A2 зарекомендовали себя способностью поддерживать ее даже при мелких колебаниях нагрузки (например, толщина пленки слегка меняется или продукт чуть застревает). Один из реализованных проектов Delta – линия групповой упаковки рулонов – достиг производительности 20 упаковок в минуту для групп по 10 рулонов, что было бы сложно без точной координации множества приводов A2 по сети

Пример интеграции: упаковка бутылок. Рассмотрим изображенную выше часть линии групповой упаковки бутылок. Зеленое механическое устройство – это автомат укладки бутылок в короб (кейспакер). Он берет поступающие по конвейеру бутылки и раскладывает их в ячейки картонной коробки. Сервопривод ASDA-A2 управляет механизмом подъема и опускания группы бутылок: когда короб подъезжает, привод синхронизирует опускание бутылок с движением конвейера – чтобы бутылки входили точно в ячейки. Затем он возвращается в верхнее положение для следующей группы. Одновременно другой привод может контролировать подачу самого короба, третий – систему заклейки. Все эти оси должны работать слаженно. В представленной системе применены приводы Delta, объединенные общим контроллером. Благодаря сетевой синхронизации, описанной ранее, бутылки точно попадают в ячейки, без застреваний и удара о край – даже при том, что линия не останавливается полностью. Высокий крутящий момент A2 при разгоне обеспечивает быструю подачу бутылок, а плавное замедление – бережную установку. В итоге упаковка происходит практически на лету. В случае, если сенсор обнаружит отсутствующую бутылку, контроллер за доли секунды сообщает приводу – и тот корректирует ход механизма, пропуская пустую ячейку (это реализовано через программируемые условия в ПЛК и быстрое управление приводом по сети, что A2 позволяет сделать). Таким образом, система с ASDA-A2 демонстрирует высокую скорость упаковки при отличном качестве, уменьшая количество брака и простоев

Надежность в пищевой и фармацевтической индустрии. В упаковывании пищевых продуктов и лекарств крайне важно избегать остановок линии – каждая внеплановая остановка означает потери продукта и риска снижения стерильности/свежести. Сервоприводы ASDA-A2 зарекомендовали себя надежными «рабочими лошадками» на таких линиях. Они работают круглосуточно, и встроенные системы самодиагностики помогают проводить профилактику строго по регламенту. Например, функция отслеживания вибраций может выявить износ механики (подшипников, зубчатых ремней) – возросшие вибрации станут заметны на трендах токовой нагрузки, и обслуживание можно провести заранее. Кроме того, плавность работы привода снижает ударные нагрузки на оборудование – соответственно, механические части изнашиваются медленнее. В итоге машины с ASDA-A2 показывают увеличенный межсервисный интервал и меньше простоев, что очень ценно на высокопроизводительных фасовочных и упаковочных линиях.

Энергетическая эффективность. Еще один аспект – сервоприводы более энергоэффективны по сравнению с пневматикой или устаревшими электроприводами с дросселированием. Алгоритмы регенеративного торможения ASDA-A2 возвращают энергию в цепь DC-шины при замедлениях, которая может быть использована другими осями или рассеяна с минимальными потерями (через нагрузочный резистор). Кроме того, приводы позволяют точно дозировать энергию движения – привод потребляет мощность только тогда, когда действительно выполняется движение или поддерживается усилие. В упаковочных циклах, где много пауз или переменной активности, это дает экономию электроэнергии. Таким образом, производители оборудования отмечают снижение энергопотребления линии после перехода на серводвигатели A2, что важно как с точки зрения экономики, так и соблюдения современных стандартов энергосбережения.

Подытоживая, в упаковочных машинах серия ASDA-A2 предоставляет высокоскоростное, точно синхронизированное и гибко настраиваемое движение, которое значительно повышает производительность и универсальность оборудования. Те функции, которые ранее требовали сложной механики или электроники, теперь доступные «из коробки» в самом приводе, позволяют создавать инновационные машины для упаковки самого разного товара – от сыпучих продуктов до сложных многокомпонентных упаковок. Заводы, внедрившие Delta ASDA-A2, добиваются повышения выхода продукции при одновременном снижении простоев и брака, что в конкурентной среде индустрии упаковки является ключевым преимуществом.

Заключение

Сервоприводы Delta Electronics серии ASDA-A2 представляют собой современное комплексное решение для систем автоматизированного электропривода. Проведенный обзор показал, что эти приводы сочетают в себе передовые технические характеристики (высокое разрешение, быстрое реагирование, развитые интерфейсы) с богатым набором встроенных функций управления движением (электронные кулачки, внутренние профили, фильтрация вибраций и т.д.). Благодаря этому ASDA-A2 обеспечивает высокую точность и производительность оборудования в различных отраслях – от точного станкостроения до скоростной упаковки.

Практические примеры применения в станках ЧПУ и упаковочных линиях подтвердили, что заявленные функциональные возможности действительно дают ощутимый эффект: повышается качество продукции, сокращается время цикла, увеличивается надежность и срок службы механизмов. Немаловажно и то, что приводы удобны в интеграции и настройке – наличие унифицированных сетевых протоколов и дружественного ПО снижает порог внедрения этих сервоусилителей даже для предприятий, ранее не работавших с оборудованием Delta.

Стиль серии ASDA-A2 можно охарактеризовать девизом «More Rapid, More Stable, More Precise» («Быстрее, стабильнее, точнее») – именно к этим ключевым параметрам стремится современная промышленная автоматизация, и Delta удалось воплотить их в своем продукте. Учитывая все перечисленные преимущества, можно с уверенностью рекомендовать сервоприводы Delta ASDA-A2 для применения в новых разработках оборудования, а также в проектах модернизации, где требуется повысить точность и скорость существующих машин.