Сервопривод Control Techniques

Когда говорят про Сервопривод Control Techniques, многие сразу думают про чистую электрику, цифровые интерфейсы и точное позиционирование. Это, конечно, основа. Но в реальных проектах, особенно где есть силовая гидравлика, всё сложнее. Частая ошибка — считать, что достаточно взять ?умный? привод, подключить, и система заработает как швейцарские часы. На деле, если за ним стоит, скажем, нестабильный гидравлический насос с пульсациями, даже самый продвинутый сервопривод будет мучиться. Я это на своей шкуре прочувствовал, когда интегрировал их драйверы с системами, где стояли высоконапорные шестерёнки. Казалось бы, цифра управляет механикой, но механика отвечает своей ?живой? физикой.

От спецификаций к реальным нагрузкам

Взять, к примеру, их серию Unidrive M. Отличная штука по бумагам: и EtherCAT есть, и безопасность STO, и алгоритмы настройки. Но вот история: ставили мы его на стенд для испытания насосов. Задача — точное поддержание скорости и момента для имитации переменной нагрузки. Привод выставили, всё откалибровали. А насос — шестерённый высоконапорный, серия VG, подобные тем, что поставляет ООО Викс Интеллектуальное Оборудование (Нинбо) (их сайт, кстати, https://www.vickshyd.ru, полезно глянуть по характеристикам). У них давление до 40 МПа, обороты высокие. И вот на переходных процессах, когда нагрузка скачком менялась, привод начинал ?задумываться?. Не ошибка по протоколу, а именно небольшая раскачка по току. Оказалось, что инерция ротора насоса и сама динамика изменения давления в гидролинии создавали такие возмущения, на которые стандартные ПИД-настройки откликались с запозданием.

Пришлось лезть глубоко в настройки Сервопривод Control Techniques, а точнее, в его софт CTSoft. Там есть возможность каскадных регуляторов и фильтров по обратной связи. Не буду вдаваться в детали, но суть в том, что пришлось учитывать не только электрические параметры двигателя, но и гидравлическую постоянную времени системы. Это тот самый момент, когда понимаешь, что продукт мощный, но требует от инженера понимания всей кинематической цепи, а не только своего куска.

Именно поэтому, когда видишь в каталогах компаний вроде упомянутой ООО ?Викс? разделы с пластинчатыми насосами ABT или плунжерными сериями A4VSO, невольно думаешь о совместимости. Ведь их инновационные ABT сервопластинчатые насосы — это по сути готовые гидравлические ?сервосистемы?. И тут возникает вопрос: а где грань управления? Можно ли отдать весь контур управления на откуп Сервопривод Control Techniques, а гидравлическую часть сделать ?тупым? исполнителем? Или лучше использовать встроенные контроллеры в самих насосах? Опыт показывает, что для сложных задач с синхронизацией нескольких осей лучше всё-таки централизованное управление от продвинутого привода, но с обязательной компенсацией нелинейностей гидравлики.

Интеграция с гидромоторами: тонкости обратной связи

Другая частая задача — управление гидромоторами, например, серий NHM или FMB. Тут история с обратной связью интересная. В Сервопривод Control Techniques обычно ставится энкодер на вал самого серводвигателя. Но если мы говорим про гидромотор, который стоит где-то дальше по редуктору или напрямую связан с нагрузкой, то где брать реальную обратную связь по положению? Варианта два: либо ставить отдельный датчик на выходной вал (дорого, место надо), либо пытаться считать через встроенный датчик в приводе и знать точный передаточный коэффициент гидромотора и механизма.

Вот со вторым как раз были проблемы. Использовали мы мотор M4E, который, согласно данным с https://www.vickshyd.ru, имеет высокий момент и хорошую равномерность вращения. Но его рабочий объём — величина, хоть и постоянная, но зависящая от давления и температуры. На низких оборотах и высоком моменте проскальзывание хоть на доли процента, но есть. И когда привод, управляющий насосом, который питает этот мотор, рассчитывал положение исходя из идеального объёма, набегала ошибка. К концу длинного хода могло накопиться несколько лишних миллиметров. Для прецизионных задач — неприемлемо.

Решение нашли гибридное. Для грубого позиционирования и быстрых ходов использовали контур управления с обратной связью по энкодеру серводвигателя насоса. А для финального точного приведения в точку добавили недорогой магнитострикционный датчик положения прямо на исполнительном органе. Его сигнал шёл уже не в сам Сервопривод Control Techniques (хотя некоторые модели с дополнительными картами расширения это позволяют), а в верхний уровень ПЛК, который давал поправку. Громоздко, но работало. Это к вопросу о том, что иногда готового ?коробочного? решения нет, даже с топовыми компонентами.

Питание и помехи: неочевидные связи

Ещё один момент, про который редко пишут в мануалах, но который вылезает на пусконаладке — это качество сети и помехи. Приводы Control Techniques, особенно мощные, сами являются источником гармоник в сеть. И если на одной шине с ними висит что-то чувствительное, будут проблемы. Но интереснее обратная история.

Был случай на линии, где стояли несколько пластинчатых насосов серии PV2R, управляемых такими приводами. Всё работало, пока не запустили соседний мощный индукционный нагреватель. Наводки по земле пошли такие, что у одного из приводов начались спорадические сбои по ошибке ?перегрузка по току?, хотя физически перегрузки не было. Привод-то думает, что видит реальный скачок тока в силовых ключах. Долго искали, в итоге помогло грамотное разделение земель, экранирование силовых кабелей и установка сетевых дросселей на входе питания приводов. Сам производитель, конечно, рекомендует фильтры, но в погоне за экономией их часто игнорируют. А зря. Особенно в окружении разнородного гидравлического оборудования, где много соленоидов и датчиков давления с аналоговыми выходами.

Кстати, о датчиках давления. Их аналоговый сигнал 4-20 мА, идущий в контроллер для управления Сервопривод Control Techniques по контуру давления, тоже очень чувствителен к помехам. Приходилось тянуть витые пары в экране, причём экран заземлять только с одной стороны. Мелочь, но без неё система не работала стабильно.

Программная сторона: гибкость и её цена

CTSoft — мощная среда. В ней можно многое сделать, вплоть до написания собственной логики на ST (Structured Text). Это и плюс, и минус. Плюс — можно создать идеально заточенное под задачу управление. Минус — это время и квалификация. Не каждый электромонтажник или даже инженер-гидравлик сможет сходу в этом разобраться.

На одном проекте с плунжерным насосом A10VSO нужно было реализовать сложный цикл: быстрый подвод, затем медленное движение с постоянным давлением, удержание, и отвод. Логику написали прямо во встроенном контроллере привода. Работало отлично, избавились от необходимости в отдельном ПЛК для этой операции. Но когда через полгода понадобилось немного изменить параметры цикла, оказалось, что инженер, который это делал, уволился. Документация на программу была… скажем так, минимальная. Пришлось разбираться с нуля. Вывод: гибкость Сервопривод Control Techniques обязывает к дисциплине документирования. Иначе настройки превращаются в ?чёрный ящик?.

Ещё один подводный камень — это версии прошивок и совместимость. Купили мы однажды привод с завода с одной версией, а через полгода ещё один, такой же модели, но с более свежей прошивкой. При попытке загрузить в него старый конфигурационный файл возникли несоответствия, некоторые параметры ?поехали?. Хорошо, что заметили на стенде, а не в работающей системе. Теперь всегда проверяем и, по возможности, обновляем/приводим к одной версии на всех устройствах в проекте.

Вместо заключения: система как организм

Так что, возвращаясь к началу. Сервопривод Control Techniques — это не волшебная таблетка. Это очень грамотный и мощный инструмент. Но его эффективность в гидравлических системах упирается в массу внешних факторов: от динамики насосов (тех же VG или A4VSO) и моторов (вроде GHM), до качества электромонтажа и помехозащищённости. Его сила — в глубоких настройках и адаптивности. Его слабость (скорее, требование) — в необходимости инженера, который видит не просто привод, а весь контур: от цифровой команды до перемещения гидроцилиндра или вращения вала мотора.

Поэтому, когда видишь сайт поставщика компонентов, вроде https://www.vickshyd.ru, с их обширным каталогом от шестерёнчатых насосов до полного спектра моторов, понимаешь, что выбор привода — это только часть уравнения. Успех — в правильном расчёте этого уравнения, где все переменные, включая неидеальность реального оборудования, известны и учтены. И тогда связка, условно, ?Unidrive M + насос ABT? будет работать именно так, как задумано — быстро, точно и надёжно. А если нет — значит, где-то в уравнении ошибка, и её нужно искать, начиная с механики и гидравлики, а не с перепрошивки привода.