Návrh a vlastnosti pohonů se servomotory Siemens
 | |
| Návrh a vlastnosti pohonů se servomotory Siemens Bc. František Šabata, Siemens, s. r. o. Synchronní i asynchronní servomotory se širokým rozsahem výkonů a točivých momentů, vysokými maximálními otáčkami a vynikající dynamickou odezvou jsou nedílnou součástí kompletní nabídky společnosti Siemens v oblasti pohonů. Při vývoji jednotlivých typových řad klade výrobce důraz také na co nejmenší rozměr a moment setrvačnosti motoru. Klasické servomotory s převodovkami Alpha nebo Stöber či bez převodovek jsou doplněny tzv. momentovými motory s vysokým točivým momentem při nízkých otáčkách bez převodovky. Servomotory jsou navrženy pro lineární nebo rotační pohyby. Jsou nabízeny ve výkonovém rozsahu od 0,2 do 630 kW, v provedení s chlazením vzduchem či vodou a ve stupni krytí od IP23 až po IP68. Široká nabídka enkodérových systémů obsahuje rezolver, inkrementální enkodér, sin/cos enkodéry a absolutní snímače typu ENDAT. Ve spojení s moderními frekvenčními měniči typu Sinamics S120, popř. s tradičními řadami Masterdrives a Simodrive, tvoří kompaktní pohon splňující náročné požadavky nejmodernějších strojů a zařízení.  Obr. 1. Motory řady 1FK7 a 1FT6 Významnou výhodou spojení nejnovějších synchronních i asynchronních servomotorů s frekvenčními měniči Sinamics S120 je signálové propojení prostřednictvím proprietární sběrnice Drive-CLiQ, charakteristické pro Sinamics. Pomocí této sběrnice je totiž zajištěn nejen přenos signálů z enkodéru, ale také identifikace motorů podle jejich štítkových údajů. Frekvenční měnič je tedy přesně informován o připojeném servomotoru a automaticky přiřadí z databáze motorů parametry jeho matematického modelu. Navíc má tato identifikace přínos pro konzistenci dané aplikace. Tvůrce aplikace totiž může stanovit, jak má systém reagovat při náhradě motoru – zda má přijmout jakýkoliv motor s minimálními parametry původního, nebo jen shodný typ, popř. dokonce jen opravený původní kus. Synchronní servomotory V oblasti synchronních servomotorů s permanentními magnety na rotoru jsou v nabídce motory řady 1FK7 a 1FT6 (obr. 1). Tyto servomotory nabízejí vysoký dynamický výkon, flexibilitu, univerzálnost, široký rozsah vybavení a u motorů řady 1FT6 krytí motoru IP68. Novinkou jsou servomotory řady 1FK7011 až 1FK7043, určené pro napájení z jednofázových frekvenčních měničů, např. Sinamics S120 AC/AC.  Obr. 2. Servomotor 1FK7 DYA s integrovanou planetovou převodovkou Pro použití v prostředí s nebezpečím výbuchu jsou k dispozici servomotory řady 1FS6. Tyto servomotory splňují požadavky na stupeň ochrany EEx pro zónu 1 a teplotní třídu T3. Typické je jejich nasazení na flexografických tiskařských strojích, resp. obecně na strojích v prostředí s výbušnými parami. Servomotory 1FK7 a 1FT6 mohou být alternativně dodávány s převodovkami. Jedná se o velmi přesné planetové převodovky Alpha LP+ a SP+ a nebo u motorů 1FK7 také čelní, kuželočelní či šnekové převodovky Stöber. Novinkou v oblasti elektropřevodovek je servomotor 1FK7 DYA s integrovanou planetovou převodovkou, s níž tvoří kompaktní celek (obr. 2). Díky tomuto řešení byly zmenšeny rozměry o 20 % a hmotnost o 15 % oproti řešení s externí převodovkou. Navíc se zvýšila dynamická odezva vzhledem k nižšímu momentu setrvačnosti. Momentové motory Momentové motory 1FW3 (obr. 3) jsou permanentně buzené střídavé synchronní stroje, navržené k náhradě hydraulických a standardních elektrických pohonů zahrnujících elektrický motor a převodovku. Mohou být použity zejména jako přímé pohony s momentovým rozsahem od 100 do 20 000 Nm.  Obr. 3. Momentový motor 1FW3 Mezi základní vlastnosti patří vysoká dynamika, vynikající přesnost a dále odstranění vůle v hnacím ústrojí; to spolu s minimalizací třecích sil vede ke snížení celkové hlučnosti pohonu. Díky vynechání převodovky, která jinak mívá významný podíl na velikosti zastavěného prostoru, se celý pohon zmenšuje a zmenšuje se i jeho celková hmotnost. Daní za tyto vlastnosti je sice nutnost vodního chlazení, avšak na většině strojů, kde momentový motor nachází uplatnění, bývá vodní okruh k dispozici. Navíc v mnoha aplikacích, např. na extrudérech, se momentové motory využívají ve sníženém zatížení, kdy stačí vzduchové chlazení, přičemž výhoda prostorové úspory zůstává. Asynchronní servomotory Asynchronní servomotory jsou v principu kompaktní asynchronní motory s kotvou nakrátko, cizím chlazením a s různými stupni krytí od IP23 až po IP65. Oproti standardním asynchronním motorům se vyznačují při stejném výkonu menší osovou výškou a širším rozsahem regulace otáček. Díky těmto vlastnostem uspokojí požadavky mnoha aplikací na vysoký výkon motorů v malém zastavěném prostoru. Jedná se o typové řady 1PH7 (obr. 4), 1PH4 nebo 1PL6, přičemž řada 1PH4 reprezentuje na rozdíl od ostatních dvou vodou chlazené motory. Vodní chlazení předurčuje tyto motory pro aplikace, kde pro prašnost, agresivní atmosféru či obecně vysokou teplotu není vzduchové chlazení možné.  Projektové nástroje Pro správný výběr motoru a frekvenčního měniče pro danou aplikaci dává společnost Siemens svým zákazníkům zdarma software Sizer. S pomocí tohoto databázového nástroje je možné navrhovat pohony pro různé aplikace, a to formou postupného zadávání požadavků aplikace. Výsledkem návrhu je seznam objednacích čísel potřebných dílů, tedy motoru (servomotoru) a frekvenčního měniče, včetně příslušenství a dalších potřebných dílů. Výstupem je však také rozměrový plánek navrženého motoru, který lze exportovat ve formátu 2D nebo 3D pro různé typy návrhových programů typu CAD. Podrobnější práci s rozměry, resp. 2D a 3D plány, prozatím pro servomotory 1FK7 a 1FT6, umožňuje software CAD Creator (obr. 5). V něm lze zobrazit různé pohledy na motory, řezy apod. Závěr Servomotory značky Siemens pracují s frekvenčními měniči, především s moderním Sinamics S120, ale také s tradičními řadami Masterdrives Vector Control či Masterdrives Motion Control a Simodrive 611. Všechny uvedené prvky řešení regulovaných pohonů jsou stavebními kameny koncepce plně integrované automatizace (Totally Integrated Automation – TIA). Tento ucelený koncept, charakterizovaný trojí kompatibilitou (shodností softwaru, datovou průchodností a strukturou otevřených síťových řešení), snižuje náklady spojené s danou aplikací v průběhu celého životního cyklu technologického zařízení (realizace, provoz, údržba), je zárukou vysoké jistoty vložených investic a snižuje složitost technologického zařízení. Další informace lze získat na českém internetu společnosti Siemens, a to na stránkách pohonů na adrese www.siemens.cz/pohony, kde jsou zdarma ke stažení programy Sizer a CAD Creator. | |
Pro řízení pohonů s těmito měniči a motory lze použít jednak klasický univerzální řídicí systém Simatic, jednak – v případě aplikací na obráběcích strojích CNC – systém Sinumerik a na jiných strojích s vysokými požadavky na dynamické řízení ve více osách nejnovější řídicí systém Simotion.