Защо мултиосевите EtherCAT сервоприводи могат да заменят едноосевите? Анализ на 3 ключови технически предимства

Синхронизация под микросекунда за високоточна координация на многоосеви системи

Разпределените часовници EtherCAT осигуряват джитър <500 нс за всички оси

Технологията за разпределен часовник (DC) в EtherCAT наистина решава онези досадни проблеми със синхронизацията, когато няколко оси са свързани в мрежа. Тя постига джитър от около 500 наносекунди, което надвишава традиционните методи за синхронизация с огромна преднина, тъй като те просто натрупват закъснения с времето и нарушават координираното движение. Традиционните високоточни сервоприводи работят с отделни часовници за всяка ос, но DC в EtherCAT синхронизира всички устройства спрямо обща хардуерна временна референтна точка. Всеки възел получава точно маркиране с времеви печати, така че всичко се подрежда правилно. Това, което я прави особено интересна, е способността ѝ да компенсира автоматично задаваните задържания при пропагация в реално време, като поддържа синхронизацията на наносекунденото ниво, без нужда от ръчна настройка от страна на оператора. Например при обработката на полупроводникови пластина дори най-малкото отклонение над 600 наносекунди води до проблеми при измерванията в микрометри. А това, което я отличава, е способността на системата да се калибрира автоматично при всякакви промени в околната среда — като различни дължини на кабели или колебания в температурата — без каквото и да било участие на оператора.

Детерминистични циклови времена (<100 µs) срещу традиционните полеви шини

EtherCAT предлага изключително бързи времена на отговор под 100 микросекунди, което го прави около 20 пъти по-бърз от CANopen, който обикновено изисква поне 2 милисекунди. В сравнение с повечето други системи за полеви шини, времевото поведение на EtherCAT е значително по-стабилно и надеждно. При преминаването от традиционни едноосови конфигурации това има голямо значение. Вместо да изпраща команди последователно към различните оси и да натрупва малки грешки в позиционирането с течение на времето, EtherCAT обработва командите за всички оси едновременно в рамките на един цикъл. Резултатът? Циклите на управление могат практически да работят с честота над 10 килогерца, което помага за потискане на вибрациите при високоскоростна работа на машините. Един водещ производител на роботи отбелязал намаляване на грешките при проследяване на траекторията с почти 90 % след преминаването от отделни едноосови сервоприводи към многоосова система, базирана на технологията EtherCAT. Системите, които изискват ниско забавяне – като сложните платформи с паралелна кинематика, използвани в напредналото производство, – сега постигат ъглова прецизност до микрорадиани, нещо, което беше почти невъзможно преди това с по-старите методи за управление, разпределени между множество компоненти.

Опростяване на архитектурата: Замяна на множество еднооси високоточни сервоприводи с един унифициран двигател

снижение на монтажните кабели с 70 % и елиминиране на шлюзовете за главен-подчинен контрол

Когато компании комбинират няколко еднооси високоточни сервопривода в една многоосова система за задвижване, те намаляват сложността на кабелната инсталация с около 70 % и напълно елиминират онези досадни шлюзови устройства за главен-подчинен контрол. Старият начин на работа изискваше дублиране на електропроводите, връзките за обратна връзка и управляващите кабели за всеки отделен ос, което пораждаше различни проблеми като неоправени кабелни групи и прекалено много точки за завършване. Многоосовите системи за задвижване обаче работят по различен начин: те споделят обща постояннотокова електрозахранваща система и имат нужда само от един основен EtherCAT кабел, преминаващ през шкафа, което прави цялата инсталация значително по-оправена и по-лесна за монтиране. Отстраняването на тези шлюзови кутии също помага, тъй като премахва онези дразнещи забавяния в комуникацията, които възникват, когато сигнали трябва да минат през множество стъпала. Според последно проучване в областта на индустриалната автоматизация от миналата година, фабриките, които прилагат този подход, обикновено постигат подобрение от около 40 % в скоростта на извършване на инсталациите, а разходите за материали намаляват приблизително с 25 %. Логично е защо все повече производители преминават към тази технология в наши дни.

Пълна съвместимост със стандарта CIA 402 за всички оси — режими CSP, CSV и CST напълно поддържани без допълнителни конфигурационни усилия

Многоосевите двигателни системи работят безупречно заедно от самото начало, тъй като следват стандарта CIA 402 за CAN автоматизация. Тези системи осъществяват контрол на положението (CSP), контрол на скоростта (CSV) и контрол на въртящия момент (CST) по всяка ос без нужда от отделна настройка за всяко устройство. Традиционните конфигурации с едноосеви двигатели са проблематични, тъй като всяко устройство изисква индивидуални корекции и параметризация. С тези нови двигатели всичко функционира синхронно още от първия ден благодарение на унифицираната им конструкция. За инженерните екипи това означава по-малко време, прекарано в настройката на отделни компоненти, и по-голям фокус върху ефективното завършване на проекти.

• Незабавна синхронизация на осите в режим CSP за координирани движения
• Безпроблемни преходи между скорости в режим CSV за транспортни ленти или системи за обработка на материали в руло
• Директен контрол на въртящия момент в режим CST за приложения, критични по отношение на опън, като намотаване или печат
  Тестовете за валидация показват 90 % по-бързо пускане в експлоатация в сравнение с традиционните сервомрежи („Motion Control Journal“, 2024 г.), тъй като параметричните набори се разпространяват автоматично по осите чрез стандартизирано мапиране на обектен речник.

По-висока мощностна плътност и термична ефективност: инженерни предимства пред дискретните едноосови високоточни сервомотори

Когато става въпрос за производителност, многосиовите сервоприводи с EtherCAT явно надминават своите едносиови аналоги благодарение на някои доста впечатляващи постижения в областта на полупроводниците. Магията се крие в технологията на MOSFET транзистори от карбид на кремния (SiC), която осигурява около 40 % повече мощност в същия обем, заеман от традиционните приводи, базирани на кремний. Какво означава това в реални условия на употреба? Машините могат да развиват по-голям въртящ момент, като при това заемат по-малко място в командните шкафове. Освен това компонентите от SiC генерират значително по-малко топлина поради по-широката си забранена зона, което намалява загубите при провеждане с около 35 %. По-малкото топлина означава по-дълъг срок на експлоатация на компонентите и производителите вече не се нуждаят от онези масивни системи за охлаждане, монтирани външно към машините — нещо, което прави огромна разлика в индустрии, където оборудването работи непрекъснато, например в цеховете за CNC-обработка. Всички тези подобрения водят до по-висока прецизност при интензивна работа на машините, компактни конструкции, които спестяват място на производствената площадка, и в крайна сметка — намалени разходи с течение на времето за ръководителите на заводите, които внимателно следят всяка отделна пара.