PILLAR MEXICANA S A de C V CURSO

PILLAR MEXICANA S. A de C. V. CURSO DE SERVOMOTORES

Temario Definiciones Configuración de un Sistema Servomotor Instalación y Cableado Monitores, Parámetros y Funciones Señales de Interface Arranque de Prueba Lazos de Control de Torque Control de Velocidad Control de Posición Control de Velocidad por Contactos Usando Múltiples modos de control Ajustes del Servo Sigma Select Sigma. Win +

Conceptos Básicos

¿Qué es Potencia? Es la rapidez en que se realiza un trabajo.

¿Qué es Inercia? Es la capacidad de un cuerpo de oponerse a que se modifique su estado de reposo o movimiento.

¿Qué es un Encoder Incremental? Un encoder incremental es un generador de pulsos, que indica el movimiento y la dirección del mismo.

¿Qué es un Encoder Absoluto? Es un encoder que da un código único para cada posición de la flecha, debido a que su disco interno tiene varias pistas.

¿Qué es un Sistema de Lazo Cerrado? Es un mecanismo de auto-corrección. La autocorrección, se refiere a la capacidad de un sistema para monitorear o “revisar” cierta variable del proceso industrial y automáticamente, corregirlo si no es aceptable.

Configuración de un Sistema Servo

Configuración de un Sistema Servo

¿Qué es un Servomotor? Es un motor de imán permanente con características especiales, el cual además cuenta con un encoder absoluto o incremental como retroalimentación. Es el actuador principal que mueve un sistema.

¿Qué es un Servoamplificador? Es un dispositivo que procesa una señal de error y corrige la diferencia entre los datos de una referencia dada y los de una retroalimentación, controlando el servomotor de acuerdo a esta diferencia. El amplificador consiste de un comparador, que procesa la señal de error y un circuito de potencia que controla el servomotor.

¿Qué es un Controlador? Un controlador de movimiento es un dispositivo que controla al amplificador especificándole una velocidad, posición o torque.

Tipos de Servomotores

PILLAR MEXICANA SERVOMOTORES ROTATORIOS LINEALES DIRECT DRIVE

SERVOMOTORES ROTATORIOS PILLAR MEXICANA Vista Velocidad Potencia SGMAV 3000 – 6000 30 – 750 Baja Inercia para aceleraciones rápidas. Protección IP 65. SGMJV 3000 -5000 30 -1000 Media inercia Protección IP 65 SGMGV 1500 – 3000 0. 45 k 15 k Servomotor de propósito general. IP 67. SGMSV 3000 – 5000 1. 0 k – 5. 0 k Alta relación torque-inercia para aceleraciones rápidas. IP 67. Modelo (rpm) (Watts) Características

PILLAR MEXICANA Servomotores Lineales Modelo Especificaciones Características Sigma Trac Σ-TRAC STF Velocidad: 5 m/s Carga máxima: 215 kg Carrera: 70 -1950 mm §Ensamblado desde fabrica §Precisión en el posicionamiento Velocidad: 5 m/s Carga: 30 kg Carrera: 140 -585 mm §Posibilidad de aumentar el numero de Rieles Magnéticos. §Gran exactitud en el posicionamiento. Moving Coils SGL*W Magnet Tracks SGL*M * G: Sin núcleo, F: Núcleo de hierro tipo FM, T: Núcleo de hierro tipo TM

PILLAR MEXICANA Modelo SGMCS Servomotores Direct Drive Especificaciones Características Diámetro Ext. : 135 -360 mm Potencia: 200 W-3. 0 k. W Encoder: Absoluto de 20 bits Voltaje: 200 v Torque Nominal: 2 -200 N-m Torque Pico: 6 -600 N-m Vel. Nominal: 200 -150 rpm Vel. Max: 500 -250 rpm Torque alto a bajas velocidades No necesita de reductor Flecha hueca Ahorro de espacio Reducción del ruido Precisión: +-15 arc seg Repetitividad: 1. 3 arc seg

Tipos de Amplificadores

PILLAR MEXICANA Amplificadores Sigma V

PILLAR MEXICANA Amplificador Sigma V TIPO DE CONTROL • Control de Posición • Control de Velocidad • Control de Torque. Este amplificador puede ser controlador por: • CONTROLADORES DE MOVIMIENTO • PLC • CNC

PILLAR MEXICANA Amplificador Sigma V ALIMENTACIÓN ◦ Disponible en 100 V o 200 V fase simple en potencias de 400 W y menores. ◦ Los amplificadores de 800 y 1500 W pueden ser a 200 V monofásico o trifásicos. ◦ 200 V y 400 V Trifásico en potencias desde 500 W hasta 15 KW.

Tipos de Controladores de Movimiento

PILLAR MEXICANA Controladores de Movimiento MP 2300 IEC Y MP 2310 IEC MP 2200 El controlador mas poderoso de la serie MP 2000. Control de hasta 16 ejes. CPU 166 MHz. Slots Configurables: 3 Opciones de Red para Conectividad : Ethernet Memobus / Modbus TCP/IP, Mechatrolink II Controlador modular. Control de hasta 256 ejes. CPU 233 MHz. Extensión para Racks. Slots Configurables: 9 Comunicación USB. Opciones de Red para Conectividad: Device. Net, Profibus, Ethernet Memobus/Modbus TCP/IP, Mechatrolink, Ethernet I/P.

Instalación y Cableado

Precauciones de Instalación El servomotor debe de operar con un amplificador. No intente girar el motor aplicando voltaje de CA directamente a las terminales del motor. No opere el servomotor apagando y encendiendo la alimentación principal. Evite golpear o forzar componentes en la flecha del servomotor, esto puede causar daños en los rodamientos y encoder del servomotor. “Antes” “Después” $$$

Acoplamiento del Servomotor Para un acoplamiento directo del motor, las flechas deben de estar perfectamente alineadas para prever vibración y daño en los rodamientos del servomotor. Mida esta distancia (C) en cuatro puntos diferentes de la circunferencia. La diferencia entre el mínimo y máximo no debe exceder de 0. 03 mm. C Esto asegura una alineación paralela. Flecha de la Máquina Flecha del Motor D Mida esta distancia (D) en cuatro puntos diferentes de la circunferencia. La diferencia entre el mínimo y el máximo no debe exceder 0. 03 mm. Esto asegura una alineación angular.

Acoplamiento del Servomotor � Si las flechas no pueden ser alineadas de acuerdo a las especificaciones, se debe utilizar un acoplamiento flexible. ◦ Acoplamientos helicoidales y fuelles son los mas comunmente usados para aplicaciones de movimiento. ◦ Los acoplamientos flexibles en aplicaciones de posicionamiento deben ser del tipo de cero-backlash. Flecha de Motor Flecha de la máquina

Acoplamiento del Servomotor El esfuerzo radial y axial en el motor debe ser menor que el especificado en el manual. ◦ Sección 2. 1. 5 “Carga permitida en la flecha” Exceder las especificaciones podrian causar fallas prematuras en los rodamientos. Carga Radial Esfuerzo axial

Instalación del Amplificador � Siempre instale el amplificador verticalmente en una superficie sólida y plana. Esto es necesario para la adecuada conducción del calor.

Cableado en Gabinete � YASKAWA POWER ALARM RESET I/ O 1 D 1 200 V A E 1 X SERVOPACK SGDH 200 V SERVOPACK SGDH Y C O M 1 C O M 2 Barra de Tierra Use siempre las técnicas de “Estrella” y/o “Punto a punto” para aterrizar los dispositivos: ◦ Todos los cables de tierra van a una barra de tierras del gabinete y esta barra es conectada a tierra. ◦ Esto elimina diferenciales de potencial en diferentes puntos de tierra. (conocidos como “lazos de tierra”).

erminales del Amplificador

Cableado de Alimentación Principal 200 -230 VAC Amplifier 3Ø 50/60 Hz 1 MCCB Alimen. Control Filtro Fases del Motor SGDV L 1 C L 2 C U A V B W C FG D M 1 MC L 1 L 2 Alimen. Potencia Encoder del Motor PG L 3 1 Ry Alarm Lamp 1 D 1 PL ON ALM 1 Ry 1 MC OFF 1 MC 1 SUP FG ALM-SG 1 Ry +24 V 0 V

Cableado del Freno 1 MCCB 200 -230 VAC SGDV Filtro Fases del Motor Amplifier Alimen. Control V L 1 C W L 2 C FG 3Ø 50/60 Hz A U B M C D L 1 L 2 L 3 24 VCD Alimen. Potencia BK Freno PG BK+ BK-Ry CA CD Encoder del Motor Se debe utilizar una fuente de alimentación independiente para el Freno

Recomendaciones de Cableado � � Use cable de par trenzado y blindado para todo el cableado del encoder. ◦ El par trenzado ayuda a reducir errores de señal. ◦ El blindaje ayuda a prevenir que el ruido eléctrico externo afecte las señales de bajo voltaje del encoder. Separe el cableado de la fuente de alto voltaje de las señales de bajo voltaje del encoder. Esto reduce la posibilidad de que el ruido corrompa las señales del encoder. ◦ Yaskawa recomienda que separe los cables de encoder y potencia por lo menos 30 cm tanto como la longitud lo permita. 200 V SERVOPACK SGDH Mantenga el cable del encoder y el de potencia separados 30 cm o mas

Señales de Interfase

Señales de Interfase La interfase entre la máquina y el controlador es realizada usando señales de 24 VCD. ◦ El usuario debe disponer de una fuente de poder regulada de 24 V para usar estas señales. Las entradas son enviadas al amplificador como un comando: ◦ Ejemplos de esto son: señal habilitar-servo, señales de límite de carrera, reset de alarma, y algunas otras. ◦ Las entradas pueden ser tanto del tipo “sinking” y “sourcing”. ◦ Los comandos de referencia son enviados por el controlador para decirle al motor qué tanto y qué tan rápido rotar. Las salidas son indicadores de estado del amplificador para la interfase con el controlador. ◦ Algunos ejemplos son la salida de alarma, la salida del freno, el indicador de cero velocidad, y algunas otras.

Comandos de Referencia Los Comandos de Referencia le dicen al amplificador como controlar al motor: ◦ Por Control de Torque , el comando de referencia es una señal de ± 10 V que le dice al amplificador que tanto torque debe aplicar el motor a la carga. ◦ Por Control de Velocidad, el comando de referencia es una señal de ± 10 V que dice al amplificador que tan rápido debe girar. ◦ Por Control de Posición, el comando de referencia son dos señales digitales de entrada. Una es un tren de pulsos que indica al motor cuánto y que tan rápidos debe girar, y la otra indica el sentido de giro del motor. 200 V SERVOPACK SGDH

Diagrama de Entradas Digitales 0 VCD Amplificador SGDV Alimen CD 47 /S-ON 40 /P-CON 41 P-OT 42 N-OT 43 /ALM-RST 44 /PCL 45 /N-CL 46 24 VCD 28

Diagrama de Salidas Digitales � El Amplificador cuenta con 4 salidas de optoacoplador y 3 de Colector abierto Salidas de optoacoplador Salidas de Colector abierto 0 VCD 24 VCD 0 VCD Amplificador SGDV V-CMP + 25 V-CMP - 26 TGON + 27 TGON - 28 S-RDY + 29 S-RDY - 30 ALM + 31 ALM - 32 ALO 1 #1 37 Salida Código de Alarma ALO 2 #2 38 Voltaje Operación: 30 VCD ALO 3 #3 39 Corriente Operación: 20 m. A

Diagrama de Entradas Analógicas Amplificador SGDV Referencia de Velocidad Referencia de Torque 5 V-Ref 6 Tierra Señal 9 T-Ref 10 Tierra Señal 470Ω, ½ W mínimo Amplificador SGDV + 12 V 2 kΩ 5 V-Ref 6 Tierra Señal 30

Diagrama de la Entrada de Pulsos CONTROLADOR Amplificador SGDV PULS 7 /PULS 8 SIGN 11 /SIGN 12 CLR 15 /CLR 14

Diagrama de la Salida de Pulsos PAO 33 /PAO 34 PBO 35 /PBO 36 PCO 19 /PCO 20 0 V 1 CONTROLADOR Amplificador SGDV Blindaje

Parámetros, Monitores y Funciones

Operador Digital � El amplificador SGDV utiliza parámetros, monitores y funciones para configurar y resolver problemas en el amplificador. � El operador digital integrado puede ser utilizado para acceder a todos los parámetros, monitores y funciones. El software Sigma. Win+ también puede ser usado. Display De Status Funciones Aux. 200 V Parámetros 200 V Monitores 200 V SERVOPACK SGDV MODE/SET DATA/

Display de Estado � � El display de estado es el desplegado por default después de energizar el amplificador. El display de estado muestra el estado del amplificador (base bloqueada, corriendo, limite de carrera). Si una alarma ocurre, el display mostrará automáticamente el código de dicha alarma. Los primeros dígitos del display son usados para mostrar el estado de bits que representan las entradas tales como entradas de referencia, coincidencia de velocidad, etc. SERVOPACK 200 V SGDV MODE/SET Bit DATA/ Código de Status

Funciones Auxiliares Existen muchas funciones auxiliares integradas en el amplificador para asistir al amplificador en el ajuste y sintonía. La información de cómo operar alguna función específica puede ser encontrada en el manual de usuario.

Parámetros Los parámetros son datos almacenados en localidades de memoria que el amplificador necesita para operar. Los parámetros son llamados con frecuencia “ajustes” o “constantes”. Las constantes inician con la letras “Pn”, como en Pn 001. SERVOPACK Existen dos tipos de Parámetros: SGDV ◦ Constantes del tipo de Selección ◦ Constantes del tipo de Ajuste. MODE/SET 200 V DATA/

Constantes del tipo de Selección Las constantes de usuario del tipo de Selección simulan electrónicamente a los dip-switches. Hay cuatro “nibbles” por constante , cada uno de las cuales pueden ser ajustados a un valor hexadecimal de 0 a F. Cada nibble selecciona la manera en que el parámetro dado trabaja. F Nibble 3 4 0 Nibble 2 Nibble 1 7 Nibble 0

Constantes del tipo de ajuste Los parámetros del tipo de ajuste simulan electrónicamente a los potenciómetros. Cualquier entero dentro de un rango permitido puede ser ajustado. ◦ Ver el Manual de Usuario para los rangos individuales de cada parámetro. El uso típico es en ajuste de ganancias, ajuste de la resolución del encoder, velocidad de “jogeo”, etc. Medio Minimo Máximo

� � � Monitores de Usuario Los Monitores del Usuario muestran los valores de la velocidad, torque y estado de las E/S. Los Monitores de datos inician con la designación “Un”, como en Un 001. Existen dos tipos de Monitores de Usuario: ◦ Los Monitores Numéricos son usados para mostrar los valores numéricos como el de velocidad, torque o error de posición. ◦ Los Monitores de Estado de Bit son usados para determinar el estado de on/off de los puntos de E/S, como el /S-ON o el /P-CON. SERVOPACK 200 SGDV MODE/SET DATA/

Arranque de Prueba

¿Por qué realizar una prueba de arranque al servo? � � � La solución de fallas puede ser reducida verificando que el servomotor, amplificador y cables trabajen apropiadamente antes de ser integrados a la máquina. Yaskawa recomienda una prueba de arranque en dos pasos: ◦ Prueba Sin Carga ◦ Prueba en Máquina La prueba de arranque verifica el correcto funcionamiento del amplificador, servomotor y cables.

Prueba de Arranque sin carga La prueba sin carga es para asegurar que el amplificador y el servomotor están funcionando antes de que sean instalados. Paso 1: Verifique los modelos coincidan con lo que haya pedido, y que la potencia del motor corresponda con la del amplificador Paso 2: Asegure el motor y quite la cuña de la flecha del motor. Paso 3: Conecte los cables de potencia y del encoder del motor a el amplificador. También, si es necesario, conecte las resistencias de regeneración. Paso 4: Conecte la alimentación de la fase de potencia y control del amplificador. 200 V SERVOPACK SGDH

Prueba de Arranque sin carga Paso 5: Energice el circuito. Si el amplificador no es nuevo, probablemente deseará restablecer los parámetros de fábrica (Fn 005) Paso 6: Joguee el servomotor. (Fn 002) Paso 7: Si el sentido de rotación CW no es la deseada, se puede cambiar ajustando el parámetro Pn 000. 0 = 1. Paso 8: Conecte al puerto CN 1 del amplificador las E/S de control. Paso 9: Ajuste el modo de control, de acuerdo al requerido, y use el control para joguear al servo. Se podría requerir que se enmascaren las señales de los limites de carrera en el amplificador. Paso 10: Salve las constantes de usuario. 10:

Prueba de Arranque en Maquina Paso 1: Paso 2: Paso 3: Paso 4: Asegúrese de que la alimentación del amplificador esta apagada. Monte y fije el amplificador. Acople el motor a la carga. Use el controlador de movimiento para jogear el servomotor. Procure no pasarse de los limites de carrera. Paso 5: Salve las constantes nuevamente. SERVOPACK SGDH YASKAWA POWER ALARM I/ O 1 RESET D 1 A E 1 X Y C O M 1 C O M 2 G N D N L AC IN 0 24 V DC IN 200 V

Lazos de Control

¿Qué son los Lazos de Control? � Los Lazos de Control dirigen la manera en que el funcionamiento de cada uno de los factores controlados dentro del amplificador: ◦ Un comando es dado y comparado con su retroalimentación. ◦ El error resultante es multiplicado por una ganancia. ◦ Este “error procesado ” actúa como un comando para el siguiente lazo a la etapa de potencia del amplificador. Comando + - Error Ganacia Retralimentación Comando Resultante

Lazos de control � � � Existen tres lazos de control: posición, velocidad, y torque. Dependiendo del modo de control usado, los lazos de control son cerrados en el controlador o amplificador. El lazo mas interno es el de control de torque, la velocidad y posición son cambiadas ajustando el torque del motor con el amplificador. Lazo de Posición Lazo de Velocidad + - Lazo de Torque + - PWM

Control de Torque

Control de Torque En el modo de control de torque, el amplificador recibe un comando analógico de torque, usualmente de ± 10 V, de un controlador de mas alto nivel. El amplificador es responsable de asegurar que el motor aplique el valor de torque apropiado. (El lazo de control de torque se cierra en el amplificador. ) Controlador Lazo de Posición Lazo de Velocidad + - Amplificador Lazo de Torque + - PWM

Control de Torque El controlador cierra los lazos de velocidad y posición. El controlador es típicamente muy complejo y el amplificador es muy simple. El controlador es típicamente un dispositivo de alto nivel. Controlador Lazo de Posición Lazo de Velocidad + - Amplificador Lazo de Torque + - PWM

Seleccionando el modo de Control de Torque � Para usar el amplificador en modo de control de torque, primero ajuste este modo en el amplificador. . Pn 000. 1 Selección del modo de control 0: 1: 2: 3: 4: 5: 6: 7: 8: 9: A: B: Control de Velocidad Control de Posición Control de Torque Control interno de Velocidad Control Interno de Velocidad/Control de Posición Control interno de Velocidad/Control de Torque Control de Posición/Control de Velocidad Control de Posición/Control de Torque/Control de Velocidad/Zero Clamp Control de Posición/Control de Posición (Inhibit)

Cableado de Control de Torque YASKAWA POWER ALARM RESET D 1 ± 10 V Comando de Torque 200 V SERVOPACK SGDH X Y C O M 1 G N D C O M 2 N L AC IN Retroalimentación del encoder 0 24 V DC IN 470Ω, ½ W mínimo + 12 V Amplificador SGDV 2 kΩ 9 T-Ref 10 Tierra Señal

Escalando ganancia de referencia Por default, una señal de 3. 0 V de comando causa que el motor genere su torque nominal, y un comando de 9. 0 V causa que el motor genere su torque pico. El comando puede ser escalado usando el Pn 400: Ganancia de Referencia de Torque Pn 400=30 Pn 400=50 100% Torque 3 V 5 V Volts La Ganancia de Referencia de Torque esta en unidades de 0. 1 V/100% del torque. Ejemplo: Si Pn 400=30: 30 • (0. 1 V)=3. 0 V referencia=100%de torque Torque Pico=300% del Torque Nominal=9. 0 V

Limite de velocidad � � En el modo de control de torque, el motor girará a cualquier velocidad que el torque le permita. Bajo condiciones sin carga, este requiere de muy poco torque para girar a la máxima velocidad. El limite velocidad puede ser ajustado de dos maneras: ◦ Un limite de velocidad predeterminado usando el valor del parámetro (Pn 407) como máxima velocidad. ◦ Un límite analógico de velocidad usando la entrada V-REF como límite de velocidad. �El escalamiento es hecho con el Pn 300 (Ganacia de La Referencia de Velocidad). (Ver la sección “Usando el Control De Velocidad” de este curso)

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Control de Velocidad

Control de Velocidad En el modo de control de velocidad, el amplificador recibe un comando analógico de velocidad, usualmente de ± 10 V, de un controlador de medio nivel. El amplificador es responsable de asegurar que el motor esté girando a la velocidad comandada, y asegurar que el torque aplicado sea el apropiado. (Los lazos de velocidad y torque son cerrados en el amplificador. ) Controlador Lazo de Posición + - Amplificador Lazo de Velocidad + - Lazo de Torque + - PWM

Control de Velocidad El controlador cierra el lazo de posición. Tanto el controlador como el amplificador usan un nivel medio de complejidad. Los controladores típicos son ◦ CNC ◦ Controladores de bajo costo ◦ PLC Con tarjetas de control de movimiento. Controlador Lazo de Posición + - Amplificador Lazo de Velocidad Lazo de Torque + - PWM

Seleccionando el modo de Control de Velocidad Para usar el amplificador en el modo de velocidad, primero active este modo. Pn 000. 1 Selección del modo de control 0: 1: 2: 3: 4: 5: 6: 7: 8: 9: A: B: Control de Velocidad Control de Posición Control de Torque Control interno de Velocidad Control Interno de Velocidad/Control de Posición Control interno de Velocidad/Control de Torque Control de Posición/Control de Velocidad Control de Posición/Control de Torque/Control de Velocidad/Zero Clamp Control de Posición/Control de Posición (Inhibit)

Cableado de Control de Velocidad Controlador 200 V ± 12 V comando de velocidad SERVOPACK SGDH Retroalimentación del encoder 470Ω, ½ W mínimo + 12 V Amplificador SGDV 2 kΩ 5 V-Ref 6 Tierra Señal

Escalando ganancia de referencia Por omisión, se toma una señal de 6 V de referencia para que el motor gire a velocidad nominal. El voltaje de comando puede ser escalado usando Pn 300 : Speed Reference Gain rpm Pn 300=600 Velocidad nominal Pn 300=____ Señal de comando 6 Volt 7 Volt La ganancia de referencia de velocidad esta en 0. 01 V/velocidad nominal Ejemplo: si Pn 300=600, 600 • 0. 01 V = 6 V hace que el motor gire a velocidad nominal

Limite de Torque En el modo de control de velocidad, el motor usará el torque necesario para mantener la velocidad indicada Existen tres formas de limitar el torque el motor puede generar: ◦ Límites de torque internos ◦ Límites de torque externos ◦ Límite de torque analógico

� � /P-CL y /N -CL “OFF” TORQUE (N-m) Velocidad (RPM) � Un límite de torque externo es activado por una señal externa. El valor del límite de torque es: ◦ Ajustado por medio de una constante ◦ Guardado en porcentaje del torque nominal. Si la entrada de límite de torque (/P-CL) es “ON”, entonces el límite se activa. Si la entrada es “OFF” entonces el límite se desactiva. Los límites reversa y adelante se ajustan por separado. Velocidad (RPM) � Limite de Torque Externo /P-CL o /N-CL “ON” TORQUE (N-m)

Limite de Torque Interno El límite de torque interno siempre esta activo. El valor del límite de torque interno es ajustado por medio de una constante, y esta dado en porcentaje del torque nominal. El motor nunca genera más del límite de torque especificado. Los límites de torque internos de reversa y adelante son ajustados por separado. Velocidad (RPM) Al usar el límite de torque interno, es como si se modificará la curva Torque/Velocidad. TORQUE (N-m)

Limite de Torque Analógico El límite de torque analógico usa la entrada de referencia(T-REF) como límite (Pn 002. 0) El factor de escala es ajustado en Pn 400 (Torque Reference Input Gain). El voltaje de referencia actúa como límite de torque en ambos sentidos (reversa y adelante).

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Control de Posición

Control de Posición � � En el modo de control de posición, el amplificador recibe un tren de pulsos digitales de paso y dirección, de algún controlador. El amplificador es el responsable de asegurar que el motor termina en la posición indicada, por lo que también controla la velocidad y el torque generado por el motor. (los lazos de posición, velocidad, y torque son cerrados en el amplificador). Amplificador Lazo de posición + - Del controlador Retroalimentación opcional Lazo de velocidad + - Lazo de torque + - PWM

Control de Posición � � � El controlador no cierra el lazo de control, pero puede monitorear la retroalimentación. El controlador es un elemento de control simple, y el amplificador lleva la mayor carga de trabajo en el posicionamiento. Los controladores típicos son: ◦ PLC’s con tarjetas para stepper. ◦ Indexadores para stepper. Amplificador Lazo de posición Del controlador Retroalimentación opcional + - Lazo de velocidad + - Lazo de torque + - PWM

Seleccionando el modo de Control de Posición Para usar el amplificador en modo de control de posición, primero debe ser activado para este modo. Pn 000. 1 Selección del modo de control 0: 1: 2: 3: 4: 5: 6: 7: 8: 9: A: B: Control de Velocidad Control de Posición Control de Torque Control interno de Velocidad Control Interno de Velocidad/Control de Posición Control interno de Velocidad/Control de Torque Control de Posición/Control de Velocidad Control de Posición/Control de Torque/Control de Velocidad/Zero Clamp Control de Posición/Control de Posición (Inhibit)

Cableado de Control de Posición Controlador 200 V SERVOPACK SGDH Tren de pulsos CONTROLADO R Amplificador SGDV PULS 7 /PULS 8 SIGN 1 1 /SIGN 1 2 CLR 1 5 /CLR 1 4

Tipos de Tren de Pulsos Existen tres tipos de tren de pulsos que el amplificador puede aceptar como comando de posición. ◦ Paso y dirección ◦ CW + CCW ◦ Fase-A + Fase-B (encoder) Cada tipo usa dos entradas de referencia (con sus señales complementadas) para dar el comando de posición y dirección. ◦ Primera entrada de referencia (PULS) ◦ Segunda entrada de referencia (SIGN)

Referencia de Paso y Dirección La referencia de paso y dirección, da el tren de pulsos en la primera entrada de referencia, y la dirección en la segunda. Referencia adelante Primera entrada de referencia Segunda entrada de referencia Referencia reversa

Referencia de CW + CCW La referencia CW + CCW, para mover hacia adelante da el tren de pulsos en la primera entrada, y para mover hacia atrás en la segunda entrada. La entrada no usada se pone en estado bajo. Referencia adelante Primera entrada de referencia Segunda entrada de referencia Referencia reversa

Referencia de Fase A+ Fase B La referencia fase A+B, da la posición en ambos canales. La dirección es determinada por el defasamiento entre señales. Referencia adelante Referencia reversa Primera entrada de referencia Segunda entrada de referencia De A a B, defasamiento: 270° De A a B, defasamiento: 90 °

Referencia de Fase A+ Fase B � Los pulsos de referencia fase A + B, tienen un multiplicador que determina como son contados los pulsos. ◦ Multiplicación x 1 cuenta solamente el flanco izquierdo de la fase 2 3 4 A. Ref. 1 1 Ref. 2 ◦ Multiplicación x 2 cuenta el flanco izquierdo y derecho de la fase A. Ref. 1 1 2 3 4 5 6 7 8 Ref. 2 ◦ Multiplicación x 4 cuenta todas los flancos de las fases A y B. Ref. 1 Ref. 2 1 3 2 5 4 7 6 9 11 13 15 8 10 12 14 16

Cableado de entradas de pulsos Los amplificadores Sigma V pueden aceptar tanto señales del tipo “line driver” o colector abierto. La máxima frecuencia de los pulsos de entrada depende del tipo de referencia usada. Entrada “Line Driver” Entrada Colector abierto Pn 200. 3 = 0 Pn 200. 3=1 Controlador Amp. PULS Controlador Vcc Amp. PULS

Escalando ganancia de referencia El comando de referencia, se escala usando la función de relación de engranaje electrónico (Electronic Gear Ratio). Los factores de escala son ajustados por medio de las constantes Pn 20 E (numerador) y Pn 210 (denominador).

Escalando ganancia de referencia � � Sin engranaje electrónico la relación es 1: 1, entonces: Pulsos de comando = Líneas del encoder x 4 Cuando la relación es activada, los pulsos de referencia son multiplicados por el factor de escala (relación de Pn 20 E y Pn 210). ◦ Si Pn 20 E > Pn 210, el motor se moverá más rápido que en relación 1: 1. Engranaje electrónico = Pn 20 E = Líneas del encoder por rev (o por pulg) x 4 Pn 210 conteos de comando por rev (o por pulg)

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Control de Velocidad por Contactos

Control de Velocidad por Contactos El control de velocidad por contactos usa velocidades preajustadas (hasta tres velocidades más velocidad cero) en lugar de un comando analógico. Cuando el control de velocidad por contactos es usado, el lazo de posición no es cerrado. La posición puede ser asegurada a cero velocidad usando la función “Zero-Clamp”. Controlador Amplificador Lazo de Posición Lazo de velocidad + - Lazo de Torque + - PWM

Seleccionando el modo de Control de Velocidad por Contactos Para usar el modo de control de velocidad por entradas digitales, primero debe ser ajustado para este modo. Pn 000. 1 Selección del modo de control 0: 1: 2: 3: 4: 5: 6: 7: 8: 9: A: B: Control de Velocidad Control de Posición Control de Torque Control interno de Velocidad Control Interno de Velocidad/Control de Posición Control interno de Velocidad/Control de Torque Control de Posición/Control de Velocidad Control de Posición/Control de Torque/Control de Velocidad/Zero Clamp Control de Posición/Control de Posición (Inhibit)

Cableado de Control de Velocidad por Contactos Controlador Velocidad y dirección por entradas digitales 200 V SERVOPACK SGDH No requiere retroalimentación 0 VCD Alimen CD 47 SPD-D 41 SPD-A 45 SPD-B 46 24 VCD

Selección de Velocidad La selección de velocidad y dirección es por medio de las señales /SPD-A, /SPD-B, y /SPD-D. 200 V SERVOPACK SGDH /SPD-A /SPD-B Vel 1 Pn 301 Vel 2 Pn 302 Vel 3 Pn 303 Normal ON OFF /SPD-D es usada como señal de cambio de dirección /SPD-A /SPD-B /SPD-D

Velocidad por Contactos Cuando /SPD-A y /SPD-B están en “off”, el amplificador esta en modo normal. En este modo el amplificador puede moverse en muchas formas: Referencia analógica de torque Referencia analógica de velocidad Tren de pulsos Position input Cero velocidad Velocidad analógica con “Zero-Clamp” Velocidad cero con “Zero-Clamp” 200 V SERVOPACK SGDH Control de Velocidad Analog Control de velocidad por Contactos /SPD-A y /SPD-B “Off” /SPD-A o /SPD-B “On”

Modo “Zero- Clamp” Para usar “zero-clamp”, deben ocurrir tres cosas : ◦ Se debe estar en modo para utilizar “zero-clamp” (válido sólo para modo de control de velocidad o para control de velocidad por contactos). ◦ /ZCLAMP (Zero-clamp) debe estar en “on”. ◦ La velocidad del motor debe ser menor a la especificada en Pn 501 (zero-clamp level) Velocidad Pn 501 (Zero-clamp level) en rpm Pendiente ajustada en Pn 300 Referencia de Voltaje

Aplicación de Velocidad por Contactos � El control de velocidad por contactos puede ser utilizado con un PLC para seleccionar velocidades. ◦ El PLC recibe las señales de los interruptores de límite para cambiar la velocidad del motor. ◦ Zero-clamp puede ser usado para fijar la posición. ◦ Es una solución de bajo costo para aplicaciones simples. Vel 3 Vel 2 Vel 1 200 V SERVOPACK SGDH PLC /P-CL /N-CL /P-CON

Aplicación de Velocidad por Contactos La misma aplicación puede ser realizada con un contador de cuadratura de alta velocidad, para detectar las posiciones de cambio de velocidad. Vel 2 15, 000 cts Vel 1 25, 000 cts 200 V SERVOPACK SGDH Retro. PLC SALIDAS Vel 3 5, 000 cts CONTADOR Encod er /P-CL /N-CL /P-CON

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Usando Múltiples Modos de Control

Múltiples Modos de Control Los amplificadores Sigma V tienen la capacidad de dos diferentes modos de control para adicionar mayor flexibilidad. PLC 200 V SERVOPACK SGDH Velocidad por contactos Indexador Control de Posición

Modos de Control de SGDV Ajustes para Pn 000. 1 0: Analog Speed Control 1: Position (pulse) Control 2: Analog Torque Control 3: Contact Speed 0 Ref. 4: Contact Speed Analog Speed 5: Contact Speed Position (pulse) 6: Contact Speed Analog Torque 7: Position (pulse) Analog Speed 8: Position (pulse) Analog Torque 9: Analog Torque Analog Speed A: Analog Speed Zero-Clamp B: Position (pulse) Inhibit Las opciones en negritas son modos secundarios seleccionados por /C-SEL en “On” Las opciones subrayados son modos secundarios seleccionados por /SPD-A y /SPD-B (entradas de selección de velocidad por contactos) en “Off”

¡Hora de un ejercicio!

Ajustando el Servomotor

¿Qué es el ajuste? � � � Un servosistema esta desajustado cuando recae en un error excesivo para controlar el sistema. El ajuste es el proceso de estabilizar el control cambiando como debe reaccionar ante un error. El ajuste de un sistema depende de muchos factores, incluyendo que tan rígido es el sistema, que tan rápido se mueve la carga, y la inercia que maneja.

¿Por qué es necesario el ajuste? Si el sistema tuviera un amplificador ideal, seria capaz de controlar la posición sin error alguno. En el mundo real existe la fricción, tiempos de muestreo, pérdidas, juegos mecánicos y otras imperfecciones que hacen que la posición real sea cercana pero no igual a la deseada. Un sistema ajustado apropiadamente se posiciona rápidamente manteniendose estable. ◦ Si hacemos el sistema muy flojo, la carga toma mucho tiempo para posicionarse. ◦ Si sobre ajustamos el sistema se convierte en un sistema inestable y oscila. Perfil ideal Perfil real

¿Qué es el Auto-Ajuste -Tuning)? (Auto El Auto-tuning es el proceso que usa el amplificador para determinar las ganancias que usará, para que el sistema tenga el mejor rendimiento. Solo los parámetros básicos son modificados en el auto-tuning: ◦ Pn 100 - Speed loop gain ◦ Pn 101 - Speed loop integral time constant ◦ Pn 102 - Position loop gain ◦ Pn 401 - Torque reference filter time constant

Ganancias de Lazo de Velocidad El amplificador tiene dos ganancias de velocidad, la ganancia proporcional y la integral. Estas actúan de diferente forma para tratar de mantener el error de velocidad al mínimo. I n te g r a l Comando + - Error Proporcional Retroalimentación Comando resultante Lazo de velocidad

Ganancia Proporcional La ganancia proporcional es ajustada en Pn 100 Speed Loop Gain. El efecto de esta ganancia es directamente proporcional a el valor en Pn 100. Esta ganancia observa la cantidad de error en velocidad y aplica la corrección directamente proporcional a dicho error. La ganancia proporcional ayuda a reducir el error cuando se presenta en cantidades grandes como en las aceleraciones. Integral Comando + - Error Proporcional Retroalimentación Comando resultante Lazo de velocidad

Una muy alta ganancia de velocidad hace al sistema inestable Velocidad (rpm) Una respuesta baja de velocidad es causada por una baja ganancia de velocidad (Speed Loop Gain) Movimiento Comandado Velocidad (rpm) Ganancia Proporcional Movimiento Comandado Movimiento Actual

Ganancia Integral � � La ganancia integral es ajustada en Pn 101 Integration Time Constant. El efecto de esta ganancia es inversamente proporcional a el valor en Pn 101. Esta ganancia observa la integral del error de velocidad y aplica la corrección directamente proporcional a este valor. La ganancia integral ayuda cuando existen pequeños errores, como los generados durante un movimiento a velocidad constante. I n te g r a l Comando + - Error Proporcional Retroalimentación Comando resultante Lazo de velocidad

Bajo Ti = Alta ganancia integral Un alto tiempo de integración = baja ganancia de integración Si es muy alta la velocidad actual nunca alcanza a la comandada. Velocidad (rpm) Un muy bajo tiempo de integración (Ti) causa oscilación y overshoot. Velocidad (rpm) Ganancia Integral Movimiento comandado Movimiento actual

Ganancias de Lazo de Posición � � � Si el lazo de posición es cerrado en el amplificador, entonces estas ganancias son ajustadas en el. En el amplificador, el lazo de posición tiene solo una ganancia, la ganancia proporcional. Si el amplificador no esta en modo de control por posición la ganancia de posición debe ser ajustada en el controlador. Para esto se debe consultar el manual del controlador. Comando + - Error Proporcional Comando resultante Lazo de posición Retroalimentación

Ganancias de Lazo de Posición La ganancia proporcional de posición es ajustada en Pn 102, Position Loop Gain. El efecto de esta ganancia es directamente proporcional a el valor ajustado en Pn 102. Esta ganancia observa la cantidad total del error en posición y aplica la corrección directamente proporcional a este error. Comando + - Error Proporcional Comando resultante Lazo de posición Retroalimentación

¡Es tiempo para un ejercicio!

Calculando un Servomotor con Sigma Select

Sigma Select

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Ejemplo de un Husillo Seleccione el mejor motor para la siguiente aplicación: ◦ Carga husillo embalado, 2 revoluciones por pulgada. En las listas de manufactura, el coeficiente de fricción es de 0. 10 ◦ 5000 lb. carga útil. ◦ Longitud del husillo embalado de 4 ft. Y 1. 5 pulg. De diámetro. Material: acero. ◦ Longitud del cople de aluminio de 3. 0 pulg. y 3. 0 pulg. de diám. exterior y 0. 5 pulg. de diám. interior. ◦ El movimiento tiene que ser de una longitud máxima de 44 pulg. en un tiempo de 12 segundos. La máxima velocidad de recorrido es de 250 pulgadas por minuto.

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PILLAR MEXICANA S. A. DE C. V. DEPARTAMENTO DE INGENIERIA SERVOMOTORES