Kodėl daugiagaliai EtherCAT servoribų varikliai gali pakeisti viengaliai? Trijų pagrindinių techninių privalumų analizė

Submikrosekundės sinchronizacija aukštos tikslumo daugiaašiam koordinavimui

EtherCAT paskirstytieji laikrodžiai užtikrina <500 ns svyravimus visose ašyse

EtherCAT skirstytosios laikrodžio (DC) technologija iš tikrųjų išsprendžia tas nepatogias laikymo problemas, kai sujungiami keli valdymo ašys. Ji pasiekia apie 500 nanosekundžių svyravimą, kuris žymiai pranašesnis už senąsias sinchronizavimo metodes, nes šios laikui bėgant kaupia delsas ir sutrikdo koordinuotus judesius. Tradiciniai aukštos tikslumo servorai veikia kiekvienai ašiai atskirais laikrodžiais, tačiau EtherCAT DC visus prietaisus sinchronizuoja naudodami bendrą aparatinės įrangos laiko nuorodą. Kiekvienam mazgui priskiriamos tikslūs laiko žymos, kad viskas būtų tinkamai suderinta. Šios technologijos ypatingumas – gebėjimas automatiškai kompensuoti plitimo delsas, kai jos tik vyksta, taip palaikant tikslų suderinimą nanosekundžių lygyje be jokio rankinio parametrų reguliavimo. Pavyzdžiui, puslaidininkių plokštelių (wafer) tvarkymo procese net nedidelis nuokrypis virš 600 nanosekundžių sukelia mikronais matuojamas problemas. O štai kas dar labiau išskiria šią sistemą: ji savarankiškai kalibruojasi esant įvairioms aplinkos sąlygoms – skirtingoms laidų ilgiams ar temperatūros svyravimams – operatoriams visiškai nereikia įsikišti.

Nustatyti ciklo laikai (<100 µs) prieš tradicinius lauko magistralių tinklus

EtherCAT siūlo neįtikėtinai greitus atsakymo laikus – mažiau nei 100 mikrosekundžių, todėl jis yra apie 20 kartų greitesnis už CANopen, kuriam paprastai reikia bent 2 milisekundžių. Palyginti su dauguma kitų lauko magistralės sistemų, EtherCAT laiko tikslumas yra žymiai nuoseklesnis ir patikimesnis. Tai ypač svarbu keičiant tradicinius vienašius valdymo sprendimus. Vietoj to, kad komandos būtų siunčiamos viena po kitos į skirtingus ašis ir laikui bėgant kaupiamos mažos pozicionavimo klaidos, EtherCAT viename cikle vienu metu apdoroja visų ašių komandas. Rezultatas? Valdymo kontūrai gali veikti praktiškai virš 10 kilohercų, kas padeda slopinti vibracijas, kai įrenginiai veikia dideliais greičiais. Vienas didelis robotų gamintojas po to, kai perejo nuo atskirų vienašių variklių prie daugiaašės EtherCAT technologijos pagrįstos sistemos, pastebėjo kelio sekimo klaidų sumažėjimą beveik 90 %. Žemos delšos sistemas, pvz., sudėtingas lygiagrečios kinematikos platformas, naudojamas pažangioje gamyboje, dabar pasiekia kampinę tikslumą iki mikroradianų – tai buvo beveik neįmanoma pasiekti ankstesniais daugelio komponentų valdymo metodais.

Architektūrinis supaprastinimas: keičiamos kelių vienašių aukštos tikslumo servomechanizmų rūšys vienu universaliu varikliu

70 % laidynės sumažinimas ir pagrindinio-pavaduojamojo vartų pašalinimas

Kai įmonės sujungia kelis vienašius aukštos tikslumo servorius į vieną daugiaašį variklio valdymo sistemą, laidynės sudėtingumas sumažėja apie 70 %, o nepatogūs pagrindinio–pavaldinio (master–slave) vartai visiškai pašalinami. Senasis sprendimo būdas reiškė, kad kiekvienam atskiriam ašiai reikėdavo dubliuoti maitinimo linijas, grįžtamosios ryšio jungtis ir valdymo laidynę, dėl ko kildavo įvairių problemų, pvz., nesutvarkytos laidų grupės ir per daug prijungimo taškų. Daugiaašės variklio valdymo sistemos veikia kitaip: jos naudoja bendrą nuolatinės srovės maitinimo šaltinį ir reikalauja tik vienos pagrindinės EtherCAT ryšio linijos, einančios per šaukštą, todėl viskas tampa žymiai tvarkingiau ir lengviau montuojama. Šių vartų dėžučių pašalinimas taip pat padeda pašalinti nemalonius ryšio delsos laikus, kurie atsiranda, kai signalai turi praeiti per kelis etapus. Pagal praeitais metais atliktus pramonės automatizavimo tyrimus, gamyklos, kurios įdiegė šį sprendimą, paprastai pastebi apie 40 % pagerėjimą montavimo greičiui, o medžiagų išlaidos sumažėja maždaug 25 %. Todėl nenuostabu, kad šiuo metu vis daugiau gamintojų keičia savo sistemas į šią technologiją.

Nativus CIA 402 atitikties užtikrinimas visuose ašių kryptyse – CSP, CSV ir CST veiksenos visiškai palaikomos be papildomos konfigūracijos sąnaudų

Daugiaašiai variklių valdymo sistemos iš karto veikia be problemų kartu, nes jos laikosi CAN automatizavimo CIA 402 standarto. Šios sistemos valdo padėties valdymą (CSP), greičio valdymą (CSV) ir sukimo momento valdymą (CST) kiekvienoje ašyje be reikalingumo atskirai konfigūruoti kiekvieną įrenginį. Tradicinės vienašių variklių valdymo sistemos sukelia daug sunkumų, nes kiekvienam įrenginiui reikia atskirų derinimų ir parametrų nustatymų. Šiuose naujuose variklių valdymo įrenginiuose viskas iš karto veikia kaip vieninga sistema dėl jų suvienytos architektūros. Inžinerijos komandoms tai reiškia mažiau laiko, skirto atskiriems komponentams konfigūruoti, ir daugiau laiko, skirto efektyviai baigti projektus.

• Akimirkinė ašių sinchronizacija CSP veiksenoje koordinuotoms judėjimo užduotims
• Bebarjeriniai greičio perėjimai CSV veiksenoje konvejerinėms ar medžiagų pernešimo sistemoms
• Tiesioginis sukimo momento valdymas CST veiksenoje įtempimo kritinėse aplikacijose, pvz., vyniojime ar spaudinėjime
  Patvirtinimo testavimas parodo 90 % greitesnį įrengimo procesą palyginti su tradicinėmis servoverčių tinklais („Motion Control Journal“, 2024), nes parametrų rinkiniai automatiškai platinami per visus ašis naudojant standartinį objektų žodyno susiejimą.

Didesnė galios tankis ir šiluminė naudingumo efektyvumas: inžineriniai pranašumai prieš diskrečiuosius vienašius aukštos tikslumo servoverčių tipus

Kai kalbama apie našumą, daugiapračių ašių EtherCAT variklių valdikliai aiškiai pralenkė vienapračių ašių atitinkamus įrenginius dėka gana įspūdingų puslaidininkių technologijų pasiekimų. Šio „stebuklo“ pagrindas – silicio karbido (SiC) MOSFET technologija, kuri tame pačiame tūryje suteikia apie 40 % daugiau galios nei tradiciniai silicio pagrindu sukurti valdikliai. Ką tai reiškia praktikoje? Įrenginiai gali generuoti didesnį sukimo momentą, užimdami mažiau vietos valdymo šaukštų spintose. Be to, dėl platesnio juostos tarpelio savybių SiC komponentai išsklaido žymiai mažiau šilumos, o laidumo nuostoliai sumažėja apie 35 %. Mažesnė šilumos išsiskyrimo intensyvumas reiškia ilgesnį komponentų tarnavimo laiką ir gamintojams nebėra būtina montuoti milžiniškų aušinimo sistemų prie įrenginių – tai ypač svarbu pramonės šakose, kur įranga veikia be pertraukos, pvz., CNC apdirbimo dirbtuvėse. Visi šie patobulinimai leidžia pasiekti didesnį tikslumą, kai įrenginiai dirba intensyviai, kompaktiškesnius dizainus, taupančius gamyklos grindų plotą, o ilgainiui – galutinai sumažinti sąnaudas gamyklos vadovams, kurie stengiasi kiekvieną centą.