Miért tudnak a többtengelyes EtherCAT szervohajtások kiváltani az egytengelyeseket? Három kulcsfontosságú technikai előny részletes bemutatása

Almikroszekundumos szinkronizáció nagy pontosságú többtengelyes koordinációhoz

Az EtherCAT elosztott órák lehetővé teszik az 500 ns-nál kisebb jittert minden tengelyen

Az EtherCAT-ben alkalmazott elosztott óra (DC) technológia valóban megoldja azokat a bosszantó időzítési problémákat, amelyek akkor merülnek fel, ha több tengelyt hálózatba kapcsolnak egymással. A jitter értéke körülbelül 500 nanoszekundumra csökken, ami lényegesen jobb, mint a régi szinkronizálási módszerek teljesítménye, mivel azok idővel halmozódó késleltetéseket eredményeznek, és így zavarják a koordinált mozgást. A hagyományos nagy pontosságú szervomotorok minden tengelyhez saját órát használnak, az EtherCAT DC-technológia azonban egy közös hardveres időalapra szinkronizálja az összes egységet. Minden csomópont pontos időbélyeget kap, így minden elem megfelelően illeszkedik egymáshoz. Ennek a technológiának az egyik kiemelkedő előnye, hogy a terjedési késleltetéseket automatikusan kezeli, ahogy azok éppen fellépnek, így a nanoszekundumos pontosságot fenntartja anélkül, hogy bárki manuálisan beállításokat kellene végeznie. Vegyük példaként a félvezető lapkák kezelését: még egy 600 nanoszekundumnál kisebb eltérés is problémákat okozhat mikrométeres mérések során. És itt jön a legfontosabb előny: a rendszer magát kalibrálja különböző környezeti változások hatására is – például különböző kábelhosszak vagy hőmérséklet-ingerek esetén –, így az üzemeltetők beavatkozása egyáltalán nem szükséges.

Determinisztikus ciklusidők (<100 µs) hagyományos mezőbuszokkal szemben

Az EtherCAT rendkívül gyors válaszidőt kínál, 100 mikroszekundum alatt, ami kb. 20-szor gyorsabb, mint a CANopen, amelynek általában legalább 2 milliszekundumra van szüksége. A legtöbb más mezőbuszrendszerhez képest az EtherCAT időzítése sokkal következetesebb és megbízhatóbb. Ez különösen fontos a hagyományos, egytengelyes rendszerekkel való összehasonlításnál. Ahelyett, hogy parancsokat küldenénk egymás után különböző tengelyeken, és így folyamatosan halmozódna fel kis pozicionálási hiba, az EtherCAT egyszerre kezeli az összes tengelyparancsot egyetlen ciklusban. Az eredmény? A szabályozási hurkok gyakorlatilag 10 kilohertz feletti frekvencián is működhetnek, ami segít elnyomni a rezgéseket, amikor a gépek nagy sebességgel üzemelnek. Egy vezető robotgyártó cég úgy tapasztalta, hogy az útvonalkövetési hibák majdnem 90%-kal csökkentek, miután elhagyták a különálló egytengelyes szervomotorokat, és áttértek egy többtengelyes, EtherCAT-alapú rendszerre. Az alacsony késleltetést igénylő rendszerek – például az összetett párhuzamos kinematikai platformok, amelyeket a fejlett gyártásban használnak – ma már mikroradiános szögpontosságot érnek el, amit korábban, a régi, több komponensre szétosztott szabályozási módszerekkel szinte lehetetlen volt elérni.

Architekturális egyszerűsítés: Több egytengelyes, nagy pontosságú szervotípus lecserélése egyetlen, egységes meghajtással

70%-os vezetékcsökkentés és a fő-alárendelt átjárók eltávolítása

Amikor a vállalatok több egytengelyes, nagy pontosságú szervomotort egy többtengelyes meghajtórendszerbe integrálnak, a vezetékezés bonyolultsága körülbelül 70%-kal csökken, és teljesen eltűnnek azok a bosszantó fő–alárendelt átjáratok (master–slave gateways). A régi megközelítés azt jelentette, hogy minden egyes tengelyhez külön-külön meg kellett ismételni az ellátóvezetékeket, a visszacsatolási kapcsolatokat és a vezérlővezetékeket, ami számos problémát okozott, például kábelcsomók kialakulását és túl sok csatlakozási pontot. A többtengelyes meghajtórendszerek azonban másképp működnek: közös egyenáramú (DC) tápegységet használnak, és csak egy fő EtherCAT-kapcsolati vonalra van szükségük, amely áthalad a szekrényen, így minden sokkal rendezettebbé és egyszerűbbé válik a telepítés során. Az átjárat-dobozok eltávolítása további előnyöket is hoz: megszűnnek azok a zavaró kommunikációs késleltetések, amelyek akkor jelentkeznek, ha a jeleknek több fokozaton keresztül kell áthaladniuk. A tavalyi ipari automatizálással kapcsolatos legfrissebb kutatások szerint a gyárak, amelyek ezt a megközelítést alkalmazzák, általában körülbelül 40%-kal gyorsabb telepítést érnek el, emellett az anyagköltségek kb. 25%-kal csökkennek. Ennek megfelelően nem meglepő, hogy egyre több gyártó vált át erre a megoldásra napjainkban.

Natív CIA 402-megfelelőség minden tengelyen – CSP, CSV és CST üzemmódok teljes körű támogatása konfigurációs terhelés nélkül

A többtengelyes meghajtórendszerek azonnal zavartalanul működnek együtt, mivel a CAN-automatizálásra vonatkozó CIA 402 szabványt követik. Ezek a rendszerek minden tengelyen pozícióvezérlést (CSP), sebességvezérlést (CSV) és nyomatékvezérlést (CST) biztosítanak anélkül, hogy az egyes eszközök külön beállítására lenne szükség. A hagyományos, egytengelyes meghajtókkal működő rendszerek bonyolultak, mivel mindegyikhez külön beállításokra és paraméterbeállításokra van szükség. Az új meghajtókkal azonban minden komponens már az első naptól együttműködik, köszönhetően egységes tervezésüknek. A mérnöki csapatok számára ez azt jelenti, hogy kevesebb időt kell fordítaniuk az egyes komponensek konfigurálására, és több figyelmet szentelhetnek a projektek hatékony befejezésére.

• Azonnali tengelyszinkronizáció CSP üzemmódban koordinált mozgásfeladatokhoz
• Zavartalan sebességátmenetek CSV üzemmódban szállítószalag- vagy anyagkezelő rendszerekhez
• Közvetlen nyomatékvezérlés CST üzemmódban feszültségkritikus alkalmazásokhoz, például tekercseléshez vagy nyomtatáshoz
  A validációs tesztek 90%-os gyorsabb üzembe helyezést mutatnak a hagyományos szervóhálózatokhoz képest (Motion Control Journal, 2024), mivel a paraméterkészletek automatikusan terjednek el az egyes tengelyeken a szabványosított objektum-szótár-leképezés révén.

Magasabb teljesítménysűrűség és hőhatásfok: Mérnöki előnyök a diszkrét, egytengelyes, nagy pontosságú szervótípusokkal szemben

Amikor a teljesítményről van szó, a többtengelyes EtherCAT szervohajtások egyértelműen túlszárnyalták az egytengelyes megoldásokat, amit néhány igazán lenyűgöző félvezető-technológiai áttörés tett lehetővé. A varázslat a szilícium-karbiddal (SiC) készült MOSFET-technológiában rejlik, amely körülbelül 40%-kal több teljesítményt tud elhelyezni ugyanakkora helyen, mint a hagyományos szilíciumalapú hajtások. Mit jelent ez a gyakorlatban? A gépek nagyobb nyomatékot tudnak létrehozni, miközben kevesebb helyet foglalnak el a vezérlőszekrényekben. Emellett az SiC alkatrészek jóval kevesebb hőt termelnek a szélesebb sávtiltásuk miatt, így a vezetési veszteségek körülbelül 35%-kal csökkennek. Kevesebb hő azt jelenti, hogy az alkatrészek hosszabb ideig működnek, és a gyártóknak már nem szükségesek azok a hatalmas hűtőrendszerek, amelyek korábban a gépek külső részén lógtak – ez különösen nagy jelentőségű olyan iparágakban, ahol a berendezések folyamatosan üzemelnek, például a CNC megmunkálóüzemekben. Mindezen fejlesztések eredményeként a gépek kemény munka közben is pontosabban működnek, kompaktabbak a tervek, így kevesebb helyet foglalnak el a gyártóüzemek padlóján, és végül is csökkennek a költségek az idővel – ami különösen fontos a gyártóüzem-vezetők számára, akik minden fillért figyelnek.