Автор Тема: Синхронное управление эл. двигателями  (Прочитано 42696 раз)

0 Пользователей и 1 Гость просматривают эту тему.

AND

  • Прохожий
  • *
  • Сообщений: 6
Добрый день!
Нужна консультация по следующему вопросу. Задача состоит в синхронном управлении двумя двигателями типа АИР 180 Вт и 250 Вт (2800 об/мин). Выбор пока остановил на частотниках VFD-E 002 и 004 соответственно - есть векторное управление (т.к. момент нагрузки может меняться) и возможность подключения энкодеров (см. ниже), а также радует питание от однофазной сети 220 В).

Режим работы двигателей циклический:
- 0,5 секунд разгон,
- 20...40 секунд (устанавливается пользователем) основной цикл на частоте 50 Гц (желательно с точность не хуже 0,1 Гц, а лучше - еще точнее),
- затем пауза в интервале 15...30 секунд.

После этого весь цикл повторяется в течение рабочей смены (с управлением от внешнего контроллера).
А теперь сам вопрос - можно ли достичь (естественно, с применением энкодеров на каждом двигателе) угловых отклонений валов в пределах, не превышающих 5 градусов в каждом рабочем цикле? Меня интересуют как мгновенные значения отклонений по углу, так и общее отклонение за весь рабочий цикл. Выполнима ли такая задача на асинхронных двигателях (привлекает низкая цена) или без синхронного привода не обойтись?
Спасибо!

Роман

  • Moderator
  • Специалист
  • *****
  • Сообщений: 119
Добрый день!

Ну, видите ли, наличие энкодеров само по себе не решает задачу. Энкодеры в преобразователях частоты нужны для других целей, а именно для обеспечения привода информацией о реальной скорости вращения, для более точного вычисления требуемого момента. Без энкодера привод не сможет очень точно поддерживать заданную частоту вращения. Кроме того, в преобразователях частоты VFD-E нет сколько -нибудь продвинутых функций управления положением. Поэтому задачу синхронизации валов с такой точностью вы на частотниках VFD-E решить не сможете. Можно было бы посмотреть в сторону частотников VDF-VE (там есть серьезные функции управления положением), но они на такие мощности не выпускаются. .

Да и вообще, судя по требуемой точности (5 градусов), я бы лучше подумал о сервоприводе. Дельта делает неплохие комплектные сервоприводы - мощностью от 100 ватт, с однофазным питанием, поскольку это для Вас важно. Вот на серваках эта задача решается достаточно легко, как мне кажется. Вы можете "вести" оба сервопривода одним импульсным сигналом положения. Точность будет очень высокая, управление - очень простое.

Мой вывод - смотрите в сторону сервоприводов, если уж такая точность Вам действительно необходима.
Информации - полно вот здесь  - http://www.vfd.com.ua/content/blogsection/8/179/

Но я ещё подумаю, как можно решить задачу более простым оборудованием, будут мысли - напишу.
« Последнее редактирование: 11.01.2009, 10:43:59 am от Роман »

AND

  • Прохожий
  • *
  • Сообщений: 6
Спасибо за оперативный ответ!
Собственно, некоторые сомнения по поводу такого технического решения у меня были изначально. Но уж больно убедительным старался быть продавец - и про разрешающую способность энкодеров вещал, и про вычислительные ресурсы схемы... Хотя практической реализации такого синхронного управления я нигде не нашел. Может, искал плохо?
Синхронники, безусловно, данную задачу решат, но цены на них (вместе с системой управления) удручают. А тут еще и кризис на дворе...
Может, действительно есть альтернативные варианты - более дешевые? Очень надеюсь!

Роман

  • Moderator
  • Специалист
  • *****
  • Сообщений: 119
Приводы VFD-E, - конечно же, очень приличные и популярные. Вот и вещал Ваш продавец заученными фразами. Но это привод не для таких задач. Даже если учесть, что в VFD-E встроен свободно программируемый ПЛК, даже с подключением всех его возможностей задача не решается. Ну нет в VFD-E средств управления положением!!!
Представим себе ситуацию. Нужно держать положение на уровне 5 градусов ошибки - так? Переведем это в рассогласование по положению за минуту работы.
Абсолютная величина в 5 градусов - это 0,01389 от полного оборота вала двигателя (5/360). Теперь посмотрим чего мы можем достичь частотником по точности. Если есть энкодер, и точность поддержания скорости может достигать 0,02% (очень прилично для частотника на самом деле), то эти 0,02% на частоте 2800 об/мин дают нам 0,56 об. вала в минуту. Сравните 0,5 вала с одной сотой. И это за минуту работы.
Как я считаю? - да очень просто - 1% от 2800 - это 28 оборотов в минуту, а 0,02% - это в 50 раз меньше чем 1%. Итого 28/50=0,56 об/мин.
Ну пусть даже Вы работаете не минуту, а меньше. Всё равно накопится очень большая ошибка. А ведь это самый точный режим работы по поддержанию скорости.
То есть - вопрос стоит в синхронизации - как убрать эту погрешность, заводя на оба привода перекрестные связи, либо неким внешним синхронизирующим устройством, анализирующим информацию от обоих энкодеров.

Цена же такой системы на сервоприводах будет немаленькая - однако что мы с чем сравниваем? Серводвигатели - с асинхронными двигателями - ну конечно же, по цене не сравнимы. Электроника сервоусилителей (блоков управления двигателем) тоже существенно отличается - наличием контуров управления моментом, скоростью и положением. Это гораздо более сложная техника, если её сравнивать с частотниками. Но ведь и возможности широкие. Вот за возможности и придется доплатить. Кризис не кризис, а 5 градусов точности по валам - это не баран начхал. Тут с кондачка не решишь. Либо снижайте свои требования к точности.

Поскольку у Дельты сервоусилители и серводвигатели - вполне конкурентоспособные, а цена в условиях кризиса - не последний аргумент, то думаю - Дельта выбор не плохой.

Как вариант - можно поискать частотники с функциями синхронизации валов. Тут таки да, Вы плохо искали - такие решения есть. Цена будет соизмерима с ценой сервосистемы на Дельте, если не выше.

Я подумаю, как такую систему решить, может придумаю. Напишу.
« Последнее редактирование: 11.01.2009, 05:18:06 pm от Роман »

AND

  • Прохожий
  • *
  • Сообщений: 6
С приведенными расчетами соглашусь однозначно - цифры достаточно убедительны, а глубинных знаний по возможностям частотников у меня пока маловато. И все больше склоняюсь в сторону синхронных приводов - особо радует высокий момент при относительно малых габаритах движка. И 200-ваттные двигатели у Дельты вполне соответствуют требованиям по моменту... Подозреваю, что технически это наиболее правильное решение. Интересно, какую погрешность по углу можно при этом получить в моем рабочем цикле?
Время для окончательного выбора еще есть, поэтому готов рассмотреть и другие предложения по данной проблеме. Может, есть еще варианты решения моей задачи?
Попутно ищу информацию на других сайтах с родственной тематикой.

Роман

  • Moderator
  • Специалист
  • *****
  • Сообщений: 119
По здравому размышлению - скажу однозначно: Это задача для сервоприводов. Советовать, как сделать такую систему на асинхронных двигателях и частотниках - всё таки не стану, хотя в принципе это возможно. Но ручаться за точностные характеристики полученной системы на частотниках (особенно в динамике) я не могу как инженер, поскольку без данных невозможно сделать расчет.

Интересно, какую погрешность по углу можно при этом получить в моем рабочем цикле?

Без расчета это сложно сказать. Да нет, ну в статике - всё получится, если мощность двигателя достаточна для решения задачи, но динамику просто так вот на коленке не просчитаешь.

AND

  • Прохожий
  • *
  • Сообщений: 6
Вчера получил совет: и энкодеры использовать, и дополнительно аналоговый выход ведущего привода подключить к аналоговому входу ведомого привода. Вот такая аналоговая синхронизация действительно может улучшить точность слежения по углу? Как-то сомнительно... Или я ошибаюсь?
Еще немного поищу инфу по асинхронникам - для того, чтобы не бросать затею на половине пути. И постараюсь разыскать человека, который пару лет назад демонстрировал мне какую-то отечественную разработку (о размерах даже не упоминаю - чемодан был тот еще...) и клятвенно утверждал, что добился полной синхронности на таких движках. Но тогда для меня это было неактуально и я прошел мимо... Сейчас, конечно, проверил бы все по полной программе!
А какие данные для расчетов необходимы? Могу ли я их предоставить?

Теперь вопросы о синхроприводах на ту же тему. Нужно ли в синхроприводах также использавать режим ведущий/ведомый для точной синхронизации по углу? Или само понятие синхропривод уже однозначно обеспечит полную синхронизацию вращения валов? Имеет ли синхропривод (вернее, его блок управления) выход, позволяющий контролировать его выходную частоту (как на обычных частотниках), чтобы иметь возможность от этого сигнала синхронизировать другие процессы, "завязанные" на частоту вращения вала? Вопросы, наверно, будут еще - готовлю почву перед приобретением этих девайсов.

Роман

  • Moderator
  • Специалист
  • *****
  • Сообщений: 119
Вчера получил совет: и энкодеры использовать, и дополнительно аналоговый выход ведущего привода подключить к аналоговому входу ведомого привода. Вот такая аналоговая синхронизация действительно может улучшить точность слежения по углу? Как-то сомнительно... Или я ошибаюсь?

Это совсем работать не будет, поскольку точность аналогового выхода ведущего привода (а там ЦАП в лучшем случае 10 бит) скорее ухудшит ситуацию, чем улучшит синхронизацию. Для чего используются аналоговые выходы? Чаще всего - для подключения панельных приборов. Отсюда и точность ЦАПов - невысокая.

Кроме того, это ведь не синхронизация вообще получается. Один привод (ведущий) задает скорость второму (ведомому). А как это повлияет на точность отработки этой самой заданной скорости ведомым? Я ведь в предыдущем посте давал расчет, исходя из точности поддержания скорости одним приводом.
Нет, это всё мимо цели.

Тут система нужна не с параллельными связями, а с перекрестными, чтобы ошибка (рассогласование) по углу добавлялась внешним регулятором к заданию на скорость какого либо привода. Или часть этой ошибки - в плюс заданию на один привод, и в минус заданию - на второй. Но это должно быть внешнее устройство выделения ошибки - контроллер с таймерами-счетчиками. Сложно просчитать, как это будет работать.

А какие данные для расчетов необходимы? Могу ли я их предоставить?

Да тут модель всей системы нужна, чтобы прокатать её в Матлабе-Симулинке или другом пакете. Потому что динамические ошибки так просто не посчитаешь - а Вам ведь нужно иметь высокую точность и в процессе работы, не только по итогам одного цикла, правильно я понял?
Для модели нужно кучу данных взять. Плюс время на это на всё, за час это не сделаешь - это серьёзная работа, инжиниринг стоит денег.
Данные нужны - по моментам инерции всех частей системы, по всей электрической части - все сопротивления, индуктивности всех движков. Характеристики нагрузки - лучше всего табличную зависимость нагрузки от скорости, или формулу.
В Симулинке есть уже готовые модели асинхронных и синхронных машин, преобразователей частоты - их в готовом виде уже можно использовать. Найдите кого-нибудь, кто разбирается в этом, пусть помогут с моделью...

Теперь вопросы о синхроприводах на ту же тему. Нужно ли в синхроприводах также использавать режим ведущий/ведомый для точной синхронизации по углу? Или само понятие синхропривод уже однозначно обеспечит полную синхронизацию вращения валов? Имеет ли синхропривод (вернее, его блок управления) выход, позволяющий контролировать его выходную частоту (как на обычных частотниках), чтобы иметь возможность от этого сигнала синхронизировать другие процессы, "завязанные" на частоту вращения вала? Вопросы, наверно, будут еще - готовлю почву перед приобретением этих девайсов.

Вы даете обоим сервоприводам одинаковое задание на отработку скорости - лучше всего в цифре. Поскольку точность отработки в сервоприводе в несколько раз выше, то проблема решается как-бы сама собой. Скажем, для частотника глубина регулирования считается нормой 1 к 100, хорошей и даже очень величиной является 1 к 1000, а в сервоприводе стандартом является 1 к 5000.
Но помимо статической точности, важна также динамика, а именно - как набрасывается нагрузка. Самый неприятный режим - это скачкообразный наброс. Неизбежно будет динамическая ошибка, какая - можно примерно сказать по итогам моделирования. Можно, наверное, и простым расчетом это сделать - но я не возьмусь, опять же -много параметров. Моделирование как-то привычнее.
По сигналам - лучше всего не использовать аналоговые сигналы (ошибки неизбежны), а передавать задания в цифре или имульсными сигналами, но не аналоговыми.
Имейте в виду, в Дельте очень хорошо сделан Модбас - все параметры, адреса и команды полностью документированы, и Вы можете внешним контроллером загонять задание и синхронизировать работу, именно в цифре, по Модбасу.

AND

  • Прохожий
  • *
  • Сообщений: 6
Данные нужны - по моментам инерции всех частей системы, по всей электрической части - все сопротивления, индуктивности всех движков. Характеристики нагрузки - лучше всего табличную зависимость нагрузки от скорости, или формулу.
Реальные цифры могу получить только путем прямых измерений максимальной нагрузки (а именно - момента трогания) и минимальной нагрузки. Такие возможности есть. В начале цикла максимально нагружен один двигатель, а второй испытывает минимальную нагрузку. В конце рабочего цикла картина меняется на противоположную. Можно даже предположить, что закон изменения этих нагрузок линейный или близкий к этому. Так что с такими данными проблем не возникает. Характеристики двигателей тоже не являются глубокой тайной - думаю, можно найти. Что касается моментов инерции всех составных частей, то есть чертежи,а, значит, и это можно посчитать - не проблема.
А насчет инжиниринга Вы правы - это тоже работа и немалая...
Вообще-то, хотелось собрать систему "из кубиков": есть механика, известен алгоритм работы, будет управляющая электроника... А вот сам привод (преобразователь с движком) хотелось взять готовые. Но без "выбора и обоснования" не обойтись.
Общаясь со специалистами, читая литературу (пока успел очень немного) и взвешивая все осознанные "за" и против", формирую собственное мнение. Пока оно неоднозначно - видимо, не хватает тех самых расчетов...
А синхронниками заинтересовывают все больше!
Но помимо статической точности, важна также динамика, а именно - как набрасывается нагрузка. Самый неприятный режим - это скачкообразный наброс. Неизбежно будет динамическая ошибка, какая - можно примерно сказать по итогам моделирования. Можно, наверное, и простым расчетом это сделать - но я не возьмусь, опять же -много параметров. Моделирование как-то привычнее.
В моем случае динамического изменения нагрузки быть не может - все изменения абсолютно плавные. Думаю, это положительно скажется на точности системы?

Роман

  • Moderator
  • Специалист
  • *****
  • Сообщений: 119
В моем случае динамического изменения нагрузки быть не может - все изменения абсолютно плавные. Думаю, это положительно скажется на точности системы?

Безусловно! Однако определение "абсолютно плавные", сами понимаете, не отражает действительности с математической точки зрения. Динамика-то есть, раз мы разгоняем а потом тормозим? Какие-то переходные процессы есть? Но если нагрузка линейная - это прекрасно, - значит, есть предсказуемость.

В общем, "обоснование выбора" сервоприводов в Вашем случае аргументируется тем, что точность отработки скорости и положения у них намного выше, чем у асинхронного привода с частотником. В этом же заключается и моя рекомендация как инженера - лучше не экспериментируйте с частотниками - берите серво. Результат будет более предсказуемый.

AND

  • Прохожий
  • *
  • Сообщений: 6
На синхроприводы смотрю все пристальнее - преимущества бесспорные. К тому же, относительная ценовая выгода от ЧРП для асинхронных двигателей может запросто померкнуть при длительном поиске такого дешевого, но все еще неопределенного решения.
Роман! Вы предложили как вариант синхроприводы Delta. А что скажете об аналогичных приводах KEB или DANAHER Motion? Есть ли у них существенные отличия с точки зрения выполнения моей задачи? Двигатели у всех фирм вполне достойные - маленькие, компактные и с приличным моментом. А как обстоят дела с блоками управления? И не что следует обратить внимание в моем случае?
Кстати, а как у них с ценой?

Роман

  • Moderator
  • Специалист
  • *****
  • Сообщений: 119
На такие вопросы вряд ли я смогу ответить в рамках данного форума. Здесь мы можем обсудить - что именно нужно для Вашей задачи, и чем сервоприводы Дельта отличаются от конкурирующих моделей в своем классе - в смысле наличия/отсутствия тех или иных функций, интерфейсов, параметров и т.п.
Я бы рекомендовал Вам вначале составить своего рода Техническое Задание, чтобы анализируя его, можно было бы давать конкретное предложение.
В ТЗ - внести требования по всем характеристикам, по всем интересующим интерфейсам, дать примерную функциональную схему автоматики. Дать все требования по точности, по технологии, и т.д. и т.п. Пока ведь каждый из тех, кто читает данную ветку, задачу видит по-своему. Будет ТЗ - тогда проще говорить про конкретную модель - как Дельтовскую, так и других брендов.
На данном этапе я даже не могу Вам дать рекомендацию, какую именно модель Дельты стоит взять за основу, поскольку не имею в голове представления о задаче вцелом.

А цена - прозвоните продавцам, они Вам скажут цену конкретной модели. Цену моделей Дельты я могу вам назвать, если Вы в Украине - пишите в личку. В России своих продавцов Дельты хватает, найти продавца - не вопрос.