Aktuální vydání

celé číslo

10

2019

Automatizace v chemii a petrochemii

Hladinoměry

celé číslo

Servozesilovače TGZ: univerzální, jednoduché a flexibilní

Společnost TG Drives (www.tgdrives.cz) uvedla na trh nové dvouosé servozesilovače TGZ, jež jsou výsledkem jejího vlastního vývoje. Varianta TGZ-48 byla uvedena na trh letos na jaře na veletrhu Amper a naši čtenáři se s ní mohli seznámit v článku v čísle 3/2015 (str. 70 až 71). Na podzimním MSV v Brně byla nabídka rozšířena o variantu TGZ-320. S oběma novými produkty se česká i mezinárodní odborná veřejnost může seznámit také na veletrhu SPS IPC Drives v Norimberku ve dnech 24. až 26. listopadu, kde bude firma TG Drives vystavovat ve společném stánku agentury CzechTrade v hale 3, č. 650. Na MSV v Brně jsem požádal Ing. Daniela Sedláčka z firmy TG Drives, aby doplnil informace, které jsme již zveřejnili letos v březnu, a rozšířil je o údaje o nové verzi servozesilovače.

 
Pane Sedláčku, můžete mi na úvod vyjasnit odborné termíny? Jaký je rozdíl mezi servoměničem, měničem frekvence a servozesilovačem?
My jsme od začátku historie firmy TG Drives pro tento typ výrobků zavedli pojem servozesilovač, protože je to doslovný překlad běžně používaného anglického termínu servoamplifier. Z hlediska hardwaru je to ovšem v podstatě totéž co měnič frekvence, liší se v tom, že má vždy vektorové řízení a zpětnou vazbu vždy zavedenou přímo do vektorového řízení. Běžné měniče frekvence mívají skalární řízení, popř. vektorové řízení s rychlostní zpětnou vazbou, která ale není zavedena přímo do vektorového řízení, ale do regulátoru otáček. Proto jsme zvolili termín servozesilovač, nikoliv servoměnič, protože termín servozesilovač podle mého názoru lépe vystihuje funkci tohoto zařízení.
 
Jaký je rozdíl mezi běžným měničem frekvence a servozesilovačem z hlediska technických parametrů a vlastností?
Servozesilovače jsou určené pro řízení servopohonů, a mají tedy vyšší dynamiku a lepší přesnost řízení, ale také vyšší účinnost, protože u vektorového řízení odpovídá proud přesně krouticímu momentu, zatímco u skalárního řízení se část proudu vždy spotřebuje na buzení a projeví se jako ztrátové teplo a jen část proudu je momentotvorná.
 
V časopise Automa jsme již popisovali servozesilovač TGZ-48. V čem se od něj liší nová verze TGZ-320?
Rozdíl je v tom, že TGZ-48 pracuje s bezpečným stejnosměrným napětím do 48 V. V podstatě jde o střídač, který vstupní stejnosměrné napětí 24, 36 nebo 48 V upraví pro napájení dvou servomotorů. U napájení střídavým napětím 230 V by bylo možné před střídačem použít zdroj s usměrňovačem na 320 V, ale ty nejsou tak běžné, a navíc u pohonů s větším výkonem už je třeba řešit také otázku brzdění. Servozesilovače TGZ-320 proto obsahují neřízený usměrňovač s brzdným odporem a kondenzátory pro dynamické brzdění, protože servostřídače z principu při brzdění vracejí energii zpátky, ale jen do střídavého meziobvodu. Kdyby ji někdo chtěl vracet zpět do sítě, potřeboval by střídač, ale to je relativně drahé zařízení a servopohony nemají tak velký výkon, aby se toto řešení vyplatilo. Proto se zde běžně používá brzdný odpor.
 
První částí je tedy usměrňovač, který může být využit pro několik střídačů, a druhou částí střídač, jehož řídicí deska je naprosto stejná jako u verze TGZ-48, ale nová je jeho výkonová část, kde už se počítá s napětím 230 V. Proud je o něco menší, trvale 6 A na jeden servomotor, zatímco u verze TGZ-48 to bylo 13 A, ale vzhledem k tomu, že napětí je víc než čtyřikrát vyšší, je výkon servomotorů do 1,5 kW. Je tu jen jedno omezení: celkový proud je do 8 A, tedy má-li jeden
motor proud 6 A, druhý už může mít jen 2 A. U TGZ-48 bylo možné oba motory současně napájet plným proudem 13 A.
 
Proč je proud omezen?
U verze TGZ-320 je celkový proud omezen chladičem. Bylo by možné zvýšit účinnost chlazení např. ventilátorem, aby bylo možné dosáhnout většího celkového proudu, ale v praxi se takové požadavky vyskytují výjimečně, proto jsme zvolili levnější a spolehlivější řešení bez ventilátoru.
 
Zmínil jste chlazení. Vím, že chlazení řídicí desky servozesilovačů TGZ je poněkud unikátní. Můžete vysvětlit jeho princip?
Procesor řídicí desky TGZ je přilepen na kryt zesilovače. Proto, aby nemohlo dojít k průniku napětí z kostry na procesor nebo k jinému rušení, je mezi procesorem a krytem speciální deska, která je elektrickým izolátorem, ale přitom dobře vede teplo. Není tedy nutné používat žádný přídavný chladič, a celý servozesilovač je tak výrazně menší než podobné výrobky. Tranzistory mají chlazení vyřešeno obdobným způsobem, teplo se odvádí z obou stran desky plošného spoje přes vložený chladicí profil. Používáme tranzistory MOS-FET, nikoliv IGBT.
 
Proč MOS-FET?
Protože mají ostřejší hrany spínání a menší spínací ztráty. Tranzistory IGBT mají až pětkrát delší doby sepnutí. My jsme naopak museli vyřešit jiný problém: protože spínací hrany byly až příliš ostré, docházelo k rušení, a proto jsme je museli řízeně „sklopit“.
 
K jakému rušení docházelo?
Když je hrana příliš ostrá, je v signálu větší podíl vyšších harmonických. Pro potlačení rušení se instaluje odrušovací filtr. Mírným sklopením hran jsme dosáhli kompromisu s odrušovacím filtrem, který má malou velikost a lze jej pořídit za nízké náklady, v kombinaci s tlumivkou v meziobvodu servozesilovače.
 
Týká se to obou verzí?
Nikoliv, verze TGZ-48 s napájením malým napětím generuje menší rušení. Vhodným návrhem desek, uzemněním a dalšími standardními prostředky jsme snížili rušení na povolenou mez. Máme nižší výkon pohonu, tedy menší rušení.
 
Pro jaké typy úloh jsou servozesilovače TGZ vhodné?
Na trhu jsou univerzální servozesilovače s mnoha funkcemi, v nichž se ale uživatel těžko orientuje a navíc zvyšují cenu zařízení. Na druhé straně jsou servozesilovače jednoúčelové, vhodné jen pro jediný typ použití. Naším cílem bylo vyvinout zařízení, které by bylo zároveň univerzální i jednoúčelové. Servozesilovače TGZ jsou vybaveny základními funkcemi (generátor polohových a rychlostních profilů, najetí do výchozího bodu apod.). Nemají tedy předem připravené speciální funkce, které však lze snadno naprogramovat a uložit do paměti. Optimální je použít je s naším řídicím systémem TG Motion. Potom stačí do servozesilovače zadat typ motoru a zbytek už obstará řídicí systém, který se servozesilovačem komunikuje prostřednictvím sběrnice EtherCAT. To má tu výhodu, že nejsou třeba žádné externí funkce, které by zdržovaly procesor, a celé řešení je jednoduché a přehledné. Přitom je možné doplnit libovolné uživatelské funkce podle požadavků uživatele: uživatel přitom vždy ví, co naprogramoval a proč program napsal právě tak, jak napsal.
 
Co kdyby někdo chtěl využít jiný řídicí systém a jinou sběrnici?
Pro tyto uživatele je k dispozici hradlové pole, které je součástí procesoru a do nějž je možné nahrát libovolný komunikační protokol. Standardně je to EtherCAT, jehož rozhraní máme vyzkoušené a odladěné. Připravené je rozhraní CANopen. CANopen je však podle našich zkušeností až příliš „upovídaný“ protokol, proto používáme jeho zjednodušenou verzi. Dalším krokem bude Profinet a máme zákazníka, který pro řídicí systémy Rockwell Automation požaduje sběrnici EtherNet/IP. Zvládneme i Sercos III, bude-li zájem.
 
Zapomněl jste Powerlink.
Powerlink se od nás asi nedočkáte. Dáváme přednost sběrnici EtherCAT. Powerlink není našimi zákazníky vyhledávaný, EtherCAT je i v komunitě uživatelů servopohonů rozšířenější. Ale kdyby někdo požadoval Powerlink, nebyl by problém příslušné rozhraní vytvořit.
 
Servozesilovače TGZ jsou výsledkem vašeho vlastního vývoje?
Ano, celý servozesilovač je dílo týmu inženýrů z naší firmy. Už mají zkušenosti s vývojem předchozí řady servozesilovačů. Ovšem pro nový servozesilovač konstruktéři vybrali nový procesor Xilinx Zynq s integrovaným hradlovým polem FPGA pro tvorbu uživatelských funkcí a rozhraní.
 
A co dále? Jaké jsou další požadavky zákazníků?
V současné době doplňujeme k nynější verzi TGZ-320 potřebné certifikáty. Dalším krokem je rozšíření spektra o větší výkony a o verze pro napájení 3× 400 V, tj. 560 V v meziobvodu. To bude vyžadovat větší izolační vzdálenosti, takže se zvětší i rozměry servozesilovače.
 
Kdy budou obě verze, TGZ-48 i TGZ-320, na trhu?
TGZ-48 je na trhu od jara. Nyní optimalizujeme jeho hardwarové řešení. Po ověření se úpravy projeví i na TGZ-320. Verze pro nízké napětí TGZ-320 by měla být na trhu na jaře 2016 po dokončení testů a udělení certifikátů.
 
TGZ-48 už tedy je na trhu několik měsíců. Prodává se dobře?
Vzhledem k tomu, že jsme měli zákazníky, kteří na nový servozesilovač už dlouho čekali, je zájem velký.
 
Z jakých oborů zákazníci pocházejí?
Jsou to především výrobci CNC strojů. Ti tvoří přibližně 40 % našich zákazníků.
 
V předchozím článku v březnovém vydání ale nebyl vyfocený obráběcí stroj, nýbrž robot Orpheus. Proč?
To je konkrétní výsledek naší spolupráce s VUT v Brně. Naše servozesilovače jsou tam použity pro pohon všech čtyř kol a mají prezentovat, že jsou vhodné i pro mobilní zařízení.
 
Děkuji Vám za rozhovor.
Rozhovor vedl Petr Bartošík.
 
Obr. 1. Ing. Daniel Sedláček z firmy TG Drives na MSV v Brně
Obr. 2. Stánek společnosti TG Drives na MSV v Brně
Obr. 3. Panel se servozesilovači TG Drives