Siemens 6SN1118-1NH01-0AA1 — SIMODRIVE 611 Universal HRS 2-osiowy moduł pętli sterowania, Sin/Cos 1 Vpp / EnDat

Identyfikacja produktu

Siemens 6SN1118-1NH01-0AA1 to dwuosiowa karta sterowania w pętli zamkniętej (moduł wtykowy) dla systemu napędowego SIMODRIVE 611. Pełny opis firmy Siemens dla tego numeru zamówienia brzmi: SIMODRIVE 611 Universal HR 2-osiowy blok pętli sterowania, enkoder przyrostowy SIN/COS 1 Vpp, enkoder absolutny EnDat, zadana prędkość/moment obrotowy, pozycjonowanie, rozszerzalny o opcje.

Moduł ten należy do generacji Universal HRS — oznaczenie "HRS" wskazujące na wariant o wysokiej rozdzielczości ze współczynnikiem interpolacji enkodera wynoszącym 2048 (poprzednia generacja używała współczynnika 128). Przejście z wewnętrznej interpolacji 128 na 2048 skutecznie mnoży rozdzielczość podłączonego enkodera sin/cos 1 Vpp przez ten sam stosunek, zapewniając znacznie większą precyzję pozycjonowania bez żadnych zmian w sprzęcie enkodera na maszynie.

Zweryfikowane specyfikacje

System SIMODRIVE 611 i miejsce tego modułu

SIMODRIVE 611 to modułowy system konwerterów napędowych firmy Siemens dla obrabiarek CNC i automatyki przemysłowej, opracowany jako szkielet sterowania ruchem dla centrów obróbczych opartych na SINUMERIK, zespołów tokarskich, szlifierek i maszyn produkcyjnych. Wewnątrz szafy sterowniczej poszczególne moduły napędowe — każdy obsługujący jedną lub dwie osie silnika — są zasilane ze wspólnej magistrali DC zasilanej przez centralny moduł wejściowy/regeneracyjny. Karta sterowania jest inteligencją każdego modułu napędowego: wykonuje obliczenia prądu, prędkości i pozycji w pętli zamkniętej oraz komunikuje się z CNC lub zewnętrznym sterownikiem.

6SN1118-1NH01-0AA1 to karta sterowania. Wsuwa się ją do sekcji zasilania napędu jako moduł wtykowy, a fizyczne połączenie sekcji zasilania i karty sterowania stanowi kompletny napęd osi. Wymiana uszkodzonej karty sterowania bez dotykania stopnia mocy jest zatem wykonalną i powszechną strategią konserwacji — pozwala uniknąć wymiany całego modułu i znacznie obniża koszty.

Dwie osie, jedna karta

Umieszczenie dwóch niezależnych osi sterowania napędem w pętli zamkniętej na jednej karcie wtykowej jest jedną z zalet konstrukcyjnych serii Universal HR. W pięcioosiowym centrum obróbczym, na przykład, trzy dwuosiowe karty obsługują sześć potencjalnych osi — pozostawiając szósty slot wolny dla wrzeciona głównego lub osi obrotowej. Efektywność dwuosiowej karty w porównaniu do dwóch oddzielnych jednoosiowych modułów przekłada się na oszczędność miejsca w szafie sterowniczej, terminów okablowania oraz liczby poszczególnych komponentów do magazynowania i zarządzania jako części zamienne.

Każda oś działa w pełni niezależnie. Dwa kanały napędowe współdzielą cyfrowy procesor karty i interfejs komunikacyjny z magistralą napędową, ale każdy ma własny regulator prądu, regulator prędkości i interfejs enkodera. Parametry trybu pracy i wzmocnienia są ustawiane i przechowywane oddzielnie dla każdej osi.

Kompatybilność enkoderów: przyrostowe i absolutne na tej samej karcie

6SN1118-1NH01-0AA1 akceptuje dwa typy enkoderów równolegle na tym samym sprzęcie, co pozwala na użycie różnych typów enkoderów na każdej osi w zależności od potrzeb maszyny.

Enkodery przyrostowe Sin/Cos 1 Vpp generują sinusoidalne sygnały różnicowe o amplitudzie 1 Vpp. Są to standardowe sygnały enkoderów w serwosilnikach Siemens 1FK i 1FT6. Karta HRS wewnętrznie interpoluje każdy okres sygnału w 2048 krokach — znaczące zwiększenie rozdzielczości w porównaniu do pierwotnej interpolacji 128 kroków wcześniejszych kart Universal HR. Dodatkowo, możliwe jest mnożenie impulsów (podwajanie) i dzielenie impulsów (1:2, 1:4, 1:8) na interfejsie enkodera przyrostowego kątowego, co daje inżynierowi uruchamiającemu znaczną elastyczność przy konfiguracji sprzężenia zwrotnego pozycji dla określonych parametrów napędu.

Enkodery absolutne EnDat (sin/cos 1 Vpp z interfejsem EnDat) pozwalają na odczyt absolutnej pozycji wału bezpośrednio po włączeniu zasilania, bez konieczności powrotu do pozycji referencyjnej. Protokół EnDat to standard interfejsu szeregowego, który przesyła dane pozycji cyfrowo przez ten sam kabel, co analogowe sygnały sin/cos. W przypadku osi maszyn, gdzie powrót do pozycji referencyjnej przy starcie jest niedopuszczalny operacyjnie — lub gdzie absolutna pozycja musi być zachowana po cyklach zasilania — enkodery EnDat na karcie HRS zapewniają to bez dodatkowego sprzętu. Mnożenie impulsów (podwajanie) jest również obsługiwane na interfejsie enkodera przyrostowego kątowego dla enkoderów absolutnych.

Maksymalna długość kabla silnika z sygnałami sin/cos 1 Vpp wynosi 50 metrów na oś.

Tryby pracy: interfejs zadanej wartości i pozycjonowanie na pokładzie

Oprogramowanie układowe karty obsługuje dwa odrębne tryby pracy, które można konfigurować niezależnie dla każdej osi.

Tryb zadanej prędkości/momentu obrotowego to konwencjonalny interfejs napędu: karta sterowania przyjmuje analogową zadaną prędkość ±10 V (lub zadaną wartość momentu obrotowego) ze źródła zewnętrznego i odpowiednio reguluje silnik. Jest to standardowy tryb integracji z CNC SINUMERIK 810D lub 840D, gdzie kontroler pozycji CNC wysyła sygnały referencyjne prędkości przez magistralę napędową do każdej osi.

Tryb pozycjonowania na pokładzie to znacząca dodatkowa funkcja. W tym trybie 6SN1118-1NH01-0AA1 wykonuje bibliotekę programów pozycjonowania przechowywanych we własnej pamięci, bez polegania na zewnętrznym CNC do zamknięcia pętli pozycjonowania. Bloki ruchu — pozycja docelowa, prędkość, przyspieszenie — są przechowywane i aktywowane przez cyfrowe sygnały we/wy. Ten tryb sprawia, że karta jest cenna nie tylko w pełnych konfiguracjach maszyn CNC, ale także w samodzielnych osiach maszyn, liniach transferowych, maszynach z obrotowym indeksem i wszelkich zastosowaniach, gdzie prosty sterownik zewnętrzny musi wyzwalać predefiniowane profile ruchu bez uruchamiania ciągłej pętli sterowania pozycją.

Rozszerzalność: moduł zacisków i opcje PROFIBUS-DP

Pojedynczy slot na opcje na przednim panelu karty akceptuje jeden z dwóch modułów rozszerzeń, zwiększając możliwości interfejsu karty:

Moduł zacisków (6SN1114-0NB01-0AA1): Dodaje 8 wejść cyfrowych i 8 wyjść cyfrowych. W trybie pozycjonowania te dodatkowe we/wy służą do wyboru i wyzwalania bloków ruchu, umożliwiając sterownikowi PLC lub prostemu sterownikowi przekaźnikowemu aktywację zapisanych sekwencji ruchu bez skomplikowanych protokołów komunikacyjnych.

Moduł PROFIBUS-DP (6SN1114-0NB00-0AA1 / 6SN1114-0NB01-0AA0): Podłącza kartę sterowania bezpośrednio do sieci PROFIBUS-DP, umożliwiając cykliczną i acykliczną wymianę danych z PLC SIMATIC lub innym masterem PROFIBUS. Jest to szczególnie przydatne w zespołach produkcyjnych, gdzie wiele osi napędowych SIMODRIVE 611 musi być koordynowanych przez PLC za pomocą jednego kabla magistrali polowej. Opcja PROFIBUS-DP obsługuje synchroniczne profile ruchu dla maksymalnie dwóch osi na tej samej karcie.

Funkcja bezpiecznego zatrzymania

6SN1118-1NH01-0AA1 obsługuje funkcję Siemens Safe Standstill — sprzętową funkcję bezpieczeństwa, która zapewnia certyfikowany bezpieczny stan osi napędowej bez konieczności stosowania oddzielnego modułu przekaźnika bezpieczeństwa w wielu konfiguracjach. Po aktywacji funkcji Safe Standstill impulsy zapłonu napędu są blokowane przez monitorowaną ścieżkę sprzętową, zapobiegając generowaniu momentu obrotowego lub obracaniu się silnika, nawet jeśli elektronika sterująca ulegnie awarii. Funkcja ta jest udokumentowana w rozdziale 8.5 instrukcji SIMODRIVE 611 Universal Description of Functions.

Kompatybilne rodziny silników

Ta karta sterowania jest przeznaczona do użytku z następującymi seriami serwosilników i silników wrzecionowych firmy Siemens w systemie SIMODRIVE 611:

• 1FT6 / 1FT5 — synchroniczne serwosilniki do napędów posuwowych
• 1FK6 / 1FK7 — kompaktowe synchroniczne serwosilniki
• 1FN1 / 1FN3 — silniki liniowe
• 1FE1 — wbudowane silniki synchroniczne
• 1PH / 1PM — asynchroniczne silniki wrzecionowe
• 1FM6 — silniki momentowe bez obudowy
• 2SP1 — wrzeciona silnikowe

Porównanie wariantów — seria 6SN1118-1NH01

Cyfra "1" na piątej pozycji numeru zamówienia (1NH vs 0NH) identyfikuje generację HRS z możliwością pozycjonowania na pokładzie. Końcowa cyfra wersji (-0AA0 vs -0AA1) oznacza rewizję sprzętową — -0AA1 jest późniejszą rewizją i zawiera ulepszony współczynnik interpolacji oraz funkcje mnożenia/dzielenia impulsów opisane powyżej.

FAQ

P1: Jaka jest różnica między 6SN1118-1NH01-0AA1 a 6SN1118-0NH01-0AA1 i czy są one wymienne?

Kluczowa różnica polega na obecności lub braku funkcji pozycjonowania na pokładzie i współczynnika interpolacji enkodera. 6SN1118-1NH01-0AA1 (generacja HRS, wskazana przez "1" na pozycji 5 numeru zamówienia) zawiera wbudowany tryb pozycjonowania bloków ruchu i wykorzystuje współczynnik interpolacji 2048 dla sygnałów enkodera sin/cos 1 Vpp. 6SN1118-0NH01-0AA1 (starsza generacja HR) działa tylko w trybie sterowania zadaną wartością/prędkością i wykorzystuje niższy współczynnik interpolacji 128. W czysto zintegrowanej aplikacji CNC, gdzie SINUMERIK obsługuje całe pozycjonowanie — i gdzie wyższa rozdzielczość enkodera nie jest wymagana — obie karty są funkcjonalnie kompatybilne w trybie pracy z zadaną wartością. Jednakże, jeśli maszyna wykorzystuje pozycjonowanie na pokładzie lub jeśli aplikacja zależy od interpolacji enkodera o wyższej rozdzielczości, wymagana jest wersja HRS (1NH), a wersja 0NH nie może jej zastąpić.

P2: Czy ta karta działa z CNC SINUMERIK 840D lub 810D, czy tylko w konfiguracjach samodzielnych?

Oba. 6SN1118-1NH01-0AA1 jest w pełni kompatybilna z systemami CNC SINUMERIK 840D i 810D powerline jako standardowa karta sterowania osi napędowej. W tej konfiguracji SINUMERIK pobiera oprogramowanie układowe do karty sterowania przy każdym włączeniu zasilania przez magistralę napędową, a kontrolery osi CNC sterują kartą przez tę samą magistralę w czasie rzeczywistym. Karta działa również jako samodzielny kontroler pozycjonowania — bez CNC — po zamontowaniu opcji PROFIBUS-DP lub modułu zacisków i aktywacji trybu pozycjonowania na pokładzie. Ta sama karta sprzętowa obsługuje oba tryby; tryb pracy jest parametrem konfiguracji, a nie różnicą sprzętową.

P3: Maszyna wykorzystuje silniki 1FT6 z enkoderami sin/cos 1 Vpp. Czy zmiana z karty 0NH na kartę 1NH wymaga wymiany enkodera?

Nie. Rodzina serwosilników 1FT6 wykorzystuje standardowo sygnały enkodera sin/cos 1 Vpp, a właśnie taki sygnał jest przeznaczony dla 6SN1118-1NH01-0AA1. Sprzęt enkodera na silniku nie musi być zmieniany. Zmienia się efektywna rozdzielczość pozycji dostarczana przez system sterowania: wyższy współczynnik interpolacji (2048 vs 128) karty HRS zapewnia dokładniejsze sprzężenie zwrotne pozycji z tego samego fizycznego enkodera, co może wymagać niewielkiej regulacji parametrów wzmocnienia regulatora pozycji (wzmocnienie P, sprzężenie zwrotne prędkości) podczas ponownego uruchamiania. Typ kabla enkodera i okablowanie pozostają niezmienione; maksymalna długość kabla wynosi 50 metrów.

P4: Jaki moduł opcji należy zamontować, jeśli maszyna potrzebuje, aby ta oś napędowa komunikowała się przez PROFIBUS-DP z PLC SIMATIC?

Moduł opcji PROFIBUS-DP — numery zamówień Siemens 6SN1114-0NB00-0AA1 lub 6SN1114-0NB01-0AA0, w zależności od wymaganej wersji PROFIBUS — jest wkładany do slotu na opcje z przodu karty sterowania. Po zamontowaniu i skonfigurowaniu za pomocą oprogramowania do uruchamiania SimoCom U, oś napędowa staje się standardowym slave PROFIBUS DP, wymieniając dane cykliczne i acykliczne z masterem PLC. Pozwala to PLC na wysyłanie zadanych wartości prędkości, momentu obrotowego lub pozycji oraz odczytywanie wartości rzeczywistych i informacji diagnostycznych bezpośrednio przez magistralę polową — bez potrzeby analogowego okablowania z PLC do napędu. Jeśli zamiast tego potrzebne są dodatkowe we/wy cyfrowe (do wyboru bloków ruchu z przekaźnika lub prostego PLC bez magistrali polowej), odpowiednią opcją jest moduł zacisków (6SN1114-0NB01-0AA1), dodający 8 wejść i 8 wyjść.

P5: Funkcja "Safe Standstill" jest wymieniona jako obsługiwana. Czy oznacza to, że karta spełnia wymagania funkcji STO (Safe Torque Off) zgodnej z normą IEC 61800-5-2?

Funkcja Safe Standstill w sprzęcie SIMODRIVE 611 Universal HRS to sprzętowe blokowanie impulsów zapłonu napędu, zaimplementowane za pomocą monitorowanej ścieżki sprzętowej i udokumentowane w odpowiedniej dokumentacji bezpieczeństwa firmy Siemens dla tej serii. To, czy konkretna instalacja spełnia wymagania STO IEC 61800-5-2, zależy od pełnej implementacji systemu — okablowania, zewnętrznego przekaźnika bezpieczeństwa lub bezpiecznego PLC używanego do aktywacji funkcji oraz ogólnej architektury bezpieczeństwa maszyny — a nie tylko od karty sterowania. W przypadku krytycznej wymiany lub nowej instalacji związanej z funkcją Safe Standstill, należy zapoznać się z odpowiednią dokumentacją bezpieczeństwa SIMODRIVE 611 firmy Siemens oraz z oceną bezpieczeństwa konkretnej maszyny. Karta obsługuje mechanizm sprzętowy; zgodność na poziomie maszyny wymaga walidacji kompletnego obwodu bezpieczeństwa przez wykwalifikowanego inżyniera ds. bezpieczeństwa.