Mitsubishi HC-SFS202 (HCSFS202) — Serwomotor AC 2kW, wał prosty, bez hamulca, 2000 obr./min, seria MELSERVO J2-Super

Przegląd produktu

Numer części: HC-SFS202

Szukane również jako: HCSFS202, HC SFS 202, HC-SFS-202

Seria: Mitsubishi MELSERVO HC-SFS (generacja J2-Super)

Klasyfikacja: Serwomotor AC bezszczotkowy o średniej bezwładności — 2 kW, klasa 200V, 2000 obr./min, wał prosty, bez hamulca

Silnik w skrócie

Silnik Mitsubishi HC-SFS202 to punkt wejścia do większej rodziny silników HC-SFS o prędkości 2000 obr./min — pierwszy model w zakresie 2000 obr./min, który przeszedł z kołnierza 130 × 130 mm na powierzchnię montażową 176 × 176 mm. Ta zmiana jest znacząca: oznacza granicę między kompaktowymi serwomotorami a jednostkami średniej wielkości przeznaczonymi do osi o większych obciążeniach, wyższych wymaganiach momentu obrotowego i bardziej wymagających cyklach pracy.

Moc 2 kW przy ciągłym momencie obrotowym 9,55 Nm i szczytowym 28,6 Nm, HC-SFS202 znajduje się w najczęściej występującym paśmie mocy w ogólnej automatyce przemysłowej. Osie posuwu obrabiarek, napędy przenośników o średniej masie, stoły obrotowo-indeksacyjne, układy kontroli napięcia nawijania — ten zakres momentu obrotowego obejmuje bardzo szeroki zakres zastosowań, z którymi projektanci maszyn spotykają się na co dzień. Nie jest to silnik niszowy. Jest to pod wieloma względami koń roboczy linii HC-SFS.

Tym, co zapewnia mu niezawodność, jest platforma J2-Super: 17-bitowy enkoder absolutny szeregowy o rozdzielczości 131 072 ppr, wieloobrotowy absolutny pomiar pozycji wspierany przez baterię A6BAT w serwowzmacniaczu MR-J2S-200, automatyczne strojenie w czasie rzeczywistym, adaptacyjne tłumienie drgań i pełny zestaw funkcji ochronnych. Konfiguracja z prostym wałem i bez hamulca reprezentuje najprostsze możliwe połączenie mechaniczne i elektryczne — brak wymagań dotyczących obróbki wpustu na piaście, brak okablowania przekaźnika hamulca, brak logiki MBR w sterowniku PLC.

Specyfikacje techniczne

Dlaczego 2 kW przy 2000 obr./min to tak powszechny punkt projektowy

Dziewięć i pięćdziesiąt pięć niutonometrów przy 2000 obr./min. Ten punkt pracy pojawia się w ogromnej liczbie rzeczywistych maszyn przemysłowych i jest ku temu proste wyjaśnienie.

Przy 2000 obr./min prędkość silnika jest wystarczająco niska, aby napędzać śruby kulowe o umiarkowanym skoku i przekładnie zębate bezpośrednio — bez pośredniego stopnia redukcji, który dodaje bezwładność, luzy i złożoność mechaniczną. Jednocześnie jest wystarczająco szybka, aby osiągnąć praktyczne prędkości liniowe na tych samych śrubach kulowych, nie przekraczając zakresu pracy termicznej silnika. Śruba kulowa o skoku 10 mm napędzana z prędkością 2000 obr./min zapewnia prędkość posuwu liniowego 20 m/min. Na osi posuwu obrabiarki CNC, 20 m/min to komfortowa prędkość szybkiego posuwu. Na przenośniku serwonapędowym, jest to szybkie i produktywne. W napędzie nawijania, 2000 obr./min zapewnia znaczący zakres prędkości dla zmiennej średnicy rolki.

Ciągły moment obrotowy 9,55 Nm jest podobnie dobrze umiejscowiony. Jest wystarczający do napędzania śruby kulowej o skoku 10 mm przy obciążeniu stołu kilkuset kilogramów przy umiarkowanym przyspieszeniu. Obejmuje sekcje przenośników o średniej masie przy pełnym obciążeniu produkcyjnym. Utrzymuje stałą kontrolę napięcia w napędzie nawijania w całym zakresie średnic roboczych. Zasila stół obrotowo-indeksacyjny podczas cykli wielostanowiskowych.

Szczytowy moment obrotowy 28,6 Nm — dokładnie trzy razy większy od ciągłego — obsługuje fazy przyspieszania i hamowania każdego cyklu pozycjonowania. Są to krótkie przejścia w porównaniu do fazy ze stałą prędkością przy momencie znamionowym; budżet termiczny silnika pochłania je bez protestów, a elektroniczny model termiczny serwowzmacniacza MR-J2S-200 śledzi skumulowane obciążenie, aby zapewnić zadziałanie alarmu ochronnego, zanim uzwojenia osiągną temperaturę uszkadzającą.

Wszystko to sumuje się do silnika, który pasuje do wymagań momentu obrotowego i prędkości bardzo szerokiego zakresu ogólnych osi przemysłowych, nie wymagając ani nadmiernego wymiarowania, ani kreatywnego projektowania mechanicznego, aby działał.

Wał prosty: opcje sprzęgieł i wybór

Prosty wał silnika HC-SFS202 — bez wpustu, bez płaskiej powierzchni, standardowa średnica zewnętrzna cylindryczna — jest uniwersalnym punktem wyjścia do projektowania sprzęgieł serwomotorów. Każdy główny typ sprzęgła do zastosowań serwo działa z prostym wałem: sprzęgła szczękowe, sprzęgła mieszkowe, sprzęgła Oldhama, sprzęgła tarczowe i piasty do pasów zębatych z blokadą stożkową zaciskają się na średnicy zewnętrznej wału za pomocą dzielonej piasty lub dopasowania na wcisk.

Przy ciągłym momencie obrotowym 9,55 Nm i szczytowym 28,6 Nm, wybór sprzęgła musi uwzględniać wartość szczytową, a nie tylko moment znamionowy. Sprzęgło szczękowe o mocy znamionowej 9,55 Nm będzie na granicy podczas agresywnych cykli przyspieszania przy szczytowym momencie 28,6 Nm. Standardową praktyką jest wybór sprzęgła o mocy 1,5–2× momentu szczytowego, gdy obciążenie obejmuje obciążenia udarowe, i o wartości momentu szczytowego, gdy obciążenie jest czysto bezwładnościowe. W obu przypadkach 28,6 Nm jest liczbą, która decyduje o rozmiarze sprzęgła, a nie wartością znamionową 9,55 Nm.

W zastosowaniach, gdzie piasta z wpustem jest wymagana lub preferowana — koła łańcuchowe, niektóre koła pasowe zębate, piasty do napędów zębatych — model HC-SFS202K (wał z wpustem, bez hamulca) jest mechanicznie identyczny pod każdym innym względem i wykorzystuje ten sam serwowzmacniacz MR-J2S-200. Specyfikacje wydajności pozostają niezmienione. Jedyną różnicą jest obrobiony wpust w wale.

Montaż piasty: metoda z gwintowanym trzpieniem przy ramie 176 × 176 mm.Instrukcje obsługi firmy Mitsubishi są spójne w tej kwestii w odniesieniu do silników o dużej ramie: zawsze używaj otworu gwintowanego na końcu wału i trzpienia do osiowego wciągania sprzęgła lub piasty na wał. Nigdy nie wciskaj ani nie uderzaj. Silnik o ramie 176 × 176 mm ma dłuższy wał niż jednostki 130 × 130 mm, a obciążenia udarowe podczas montażu piasty przenoszą się przez wał na tarczę enkodera i tylne łożysko. Powstałe uszkodzenie — zazwyczaj niewielkie uszkodzenie łożyska enkodera lub niedopasowanie tarczy enkodera — zazwyczaj nie powoduje natychmiastowego alarmu. Pojawia się tygodnie lub miesiące później jako sporadyczne błędy szumu enkodera pod wpływem wibracji, których zdiagnozowanie może wymagać znacznego wysiłku, aby powiązać je z wydarzeniem instalacyjnym. Trzydzieści dodatkowych sekund z trzpieniem całkowicie eliminuje to ryzyko.

Bez hamulca: kiedy blokada serwo jest właściwym rozwiązaniem

Silnik HC-SFS202 nie posiada hamulca elektromagnetycznego. Pozycja spoczynkowa jest utrzymywana przez blokadę serwo w pętli zamkniętej serwowzmacniacza MR-J2S-200 — pętla pozycji pozostaje aktywna, 17-bitowy enkoder monitoruje kąt wału z wysoką rozdzielczością, a serwowzmacniacz dostarcza prąd potrzebny do utrzymania zadanej pozycji. Na prawidłowo działającej osi z odpowiednim dostrojeniem wzmocnienia, utrzymuje to pozycję w granicach jednego lub dwóch zliczeń enkodera — praktycznie zerowy widoczny ruch.

Dla osi poziomych i mechanizmów symetrycznie obciążonych, gdzie siła grawitacyjna lub sprężynowa nie działa w kierunku obrotu wału, blokada serwo jest w pełni niezawodna i wystarczająca. Nie ma mechanicznego powodu, aby dodawać hamulec, a zalety konfiguracji bez hamulca są wymierne: prostsze okablowanie panelu, brak przekaźnika, brak obwodu hamulca 24V, brak elementów tłumiących przepięcia, brak sekwencji blokady MBR w sterowniku PLC, brak okresowej kontroli tarcz hamulcowych i lżejszy silnik niż równoważny wariant z hamulcem.

Pytanie inżynierskie, które należy zadać dla każdej osi w maszynie, jest proste: jeśli prąd serwo spadnie do zera niespodziewanie, czy oś poruszy się pod wpływem jakiejkolwiek pozostałej siły? Jeśli odpowiedź brzmi nie — stół poziomy, symetrycznie zbalansowany obrotnik, płaska sekcja przenośnika — HC-SFS202 bez hamulca jest prawidłową i kompletną specyfikacją. Jeśli odpowiedź brzmi tak — pionowa oś Z, nachylony posuw, mechanizm obciążony grawitacyjnie — wymagany jest HC-SFS202B (wał prosty z hamulcem elektromagnetycznym sprężynowym). Oba wykorzystują ten sam serwowzmacniacz MR-J2S-200.

W maszynie z kilkoma osiami serwo o tej mocy, systematyczne zastosowanie tego testu i odpowiedni wybór — zamiast domyślnie stosować hamulce na wszystkich osiach — prowadzi do prostszego projektu maszyny z mniejszą liczbą komponentów.

17-bitowy enkoder w codziennej produkcji

Enkoder wbudowany w HC-SFS202 to absolutna jednostka szeregowa Mitsubishi z 17 bitami, zapewniająca 131 072 dyskretnych pozycji kątowych na obrót wału, wraz z wieloobrotowym licznikiem absolutnym utrzymywanym po wyłączeniu zasilania przez baterię A6BAT w serwowzmacniaczu.

W praktyce oznacza to dla maszyny produkcyjnej:

Uruchomienie bez powrotu do punktu zerowego. Po włączeniu zasilania maszyny po weekendowym przestoju, po zatrzymaniu serwisowym lub po zatrzymaniu awaryjnym, MR-J2S-200 natychmiast odczytuje absolutny kąt wału. Sterownik zna dokładną pozycję osi bez żadnego ruchu wału. Produkcja może zostać wznowiona bezpośrednio. Dla maszyn, w których rutyna powrotu do punktu zerowego wymagałaby przejścia przez strefę niebezpieczną, lub gdzie pozycja osi w momencie wyłączenia była krytyczna i musi być dokładnie znana dla sekwencji ponownego uruchomienia, nie jest to wygoda — jest to wymóg funkcjonalny.

Sprzężenie zwrotne prędkości o wysokiej rozdzielczości. Przy 131 072 zliczeniach na obrót, pętla prędkości ma do dyspozycji niezwykle precyzyjne dane pozycji, nawet przy niskich prędkościach wału. Jest to jeden z powodów, dla których osie J2-Super działają płynnie przy niskich prędkościach posuwu bez pulsacji prędkości — rozdzielczość sprzężenia zwrotnego jest wystarczająco wysoka, aby algorytm sterowania zawsze miał dokładne informacje o prędkości, niezależnie od tego, jak wolno obraca się wał. W zastosowaniach takich jak napędy nawijania o niskiej prędkości, osie pełzające w obrabiarkach lub napędy z kontrolą momentu obrotowego, gdzie liczy się płynność przy niskich prędkościach, rozdzielczość 17-bitowa robi zauważalną różnicę w porównaniu do poprzedników 14-bitowych.

Konserwacja baterii. Bateria A6BAT w serwowzmacniaczu MR-J2S-200 utrzymuje wieloobrotowy licznik po wyłączeniu zasilania. Wymień ją, gdy serwowzmacniacz wyświetli alarm niskiego poziomu baterii. Całkowicie rozładowana bateria resetuje licznik absolutny, wymagając cyklu powrotu do punktu odniesienia przed wznowieniem produkcji przez oś. Na liniach produkcyjnych o wysokiej dostępności, proaktywna wymiana baterii przy pierwszym alarmie niskiego poziomu baterii — zamiast czekać na jej całkowite rozładowanie — eliminuje nieplanowane przestoje z powodu możliwej do uniknięcia przyczyny.

Kompatybilne serwowzmacniacze

Silnik HC-SFS202 jest parowany z rodziną serwowzmacniaczy MR-J2S-200 — platforma J2-Super o mocy 2kW. Trzy warianty interfejsu odpowiadają głównym architekturze sterowania:

MR-J2S-200A to serwowzmacniacz ogólnego przeznaczenia. Akceptuje polecenia pozycji impulsowych z kontrolerów CNC i sterowników PLC, a także analogowe referencje prędkości i momentu obrotowego. Dostępne są wszystkie tryby sterowania: pozycja, prędkość, moment obrotowy i kombinacje trybów przełączanych P/S, S/T, T/P. RS-232C łączy się z MR Configurator w celu ustawienia parametrów i diagnostyki. Jest to standardowy wybór dla osi posuwu obrabiarek i ogólnych zastosowań pozycjonowania przemysłowego.

MR-J2S-200B łączy się z kontrolerami ruchu serii A i Q firmy Mitsubishi za pomocą magistrali światłowodowej SSCNET. Polecenia pozycji, sprzężenie zwrotne enkodera, dane alarmowe i sygnały monitorowania przesyłane są przez łącze światłowodowe. W przypadku maszyn wieloosiowych skoordynowanych — centrów obróbczych wykonujących jednoczesne konturowanie wieloosiowe, systemów transferowych z osiami zsynchronizowanymi, zastosowań przekładni elektronicznych — magistrala SSCNET zapewnia synchronizację w czasie rzeczywistym, której interfejsy analogowe lub impulsowe nie są w stanie dorównać.

MR-J2S-200CP zapewnia wbudowane pozycjonowanie jednoosiowe. Do 31 pozycji docelowych jest przechowywanych w wewnętrznych tabelach punktów serwowzmacniacza i aktywowanych przez sygnały cyfrowe I/O lub sieć CC-Link. W przypadku samodzielnych osi pozycjonowania indeksowanego, które nie wymagają koordynacji z innymi osiami, CP eliminuje koszt i złożoność dedykowanego kontrolera ruchu.

Uwagi dotyczące kompatybilności. HC-SFS202 wymaga serwowzmacniacza J2-Super (MR-J2S). Nie jest kompatybilny z serwowzmacniaczami oryginalnej serii MR-J2-200 (pierwszej generacji), które nie potrafią odczytać protokołu szeregowego 17-bitowego enkodera. W przypadku maszyn z istniejącym sprzętem MR-J2, HC-SF202 (ta sama specyfikacja mechaniczna, enkoder 14-bitowy) jest odpowiednim silnikiem. HC-SFS202 nie jest również kompatybilny z serwowzmacniaczami MR-J3 lub MR-J4 bez zestawu adaptera odnowienia.

Rodzina HC-SFS 2000 obr./min — kontekst mocy

HC-SFS202 to pierwszy model w zakresie 2000 obr./min na kołnierzu 176 × 176 mm i opcja o najniższej mocy w większej ramie. Przejście z HC-SFS202 na HC-SFS152 oznacza przejście na mniejszą ramę 130 × 130 mm. W przypadku projektów maszyn wymagających większego kołnierza — czy to ze względu na rozkład masy silnika, wymagania dotyczące średnicy wału, czy zapas mocy na przyszłość — HC-SFS202 jest punktem wyjścia.

Wszystkie warianty mocy w rodzinie 2000 obr./min występują w czterech konfiguracjach wału i hamulca: wał prosty (HC-SFS202), wał prosty z hamulcem (HC-SFS202B), wał z wpustem (HC-SFS202K) i wał z wpustem z hamulcem (HC-SFS202BK). Wszystkie cztery wykorzystują klasę serwowzmacniaczy MR-J2S-200.

Typowe zastosowania

Osie posuwu obrabiarek CNC. Osie X, Y i pomocnicze Z napędzane śrubą kulową w centrach obróbczych pionowych i poziomych. Ciągły moment obrotowy 9,55 Nm i maksymalna prędkość 3000 obr./min nadają się do umiarkowanej masy stołu przy praktycznych prędkościach szybkiego posuwu bez redukcji między silnikiem a śrubą.

Napędy przenośników i transferów średniej wytrzymałości. Sterowane serwo sekcje przenośników, mechanizmy przesuwne i systemy transferu części na liniach montażowych i testowych. Moc 2kW obejmuje umiarkowane obciążenia linii; enkoder absolutny eliminuje potrzebę powrotu do punktu zerowego po ponownym uruchomieniu, co jest ważne dla systemów produkcyjnych o wysokiej dostępności, które często cyklicznie włączają i wyłączają zasilanie.

Stoły obrotowo-indeksacyjne. Wielostanowiskowe stoły obrotowo-indeksacyjne, gdzie silnik jest połączony przez przekładnię ślimakową lub zębatą o zerowym luzie z obrotnicą. 17-bitowy enkoder zapewnia rozdzielczość kątową potrzebną do precyzyjnego pozycjonowania stanowiska; szczytowy moment obrotowy 28,6 Nm obsługuje moment obrotowy przyspieszenia dla szybkich ruchów indeksowania między stanowiskami.

Napędy nawijania i odwijania z kontrolą napięcia. Napędy nawijania materiału pracujące w trybie kontroli momentu obrotowego w celu utrzymania stałego napięcia wstęgi w miarę zmiany średnicy rolki. Ciągły moment obrotowy 9,55 Nm przy 2000 obr./min obejmuje użyteczny zakres rozmiarów stanowisk nawijania i nastaw napięcia wstęgi. Automatyczne strojenie w czasie rzeczywistym w MR-J2S-200 pomaga utrzymać spójną reakcję napięcia w miarę zmiany bezwładności rolki wraz ze średnicą.

Pomocnicze osie w maszynach do formowania wtryskowego. Napędzane serwo osie wyrzutnika, ściągacza rdzenia i obrotu ślimaka w maszynach do formowania wtryskowego, gdzie silnik musi utrzymywać precyzyjną pozycję pod obciążeniem podczas cyklu formowania. Wał prosty łączy się czysto z mechanizmami wyrzutnika zębatkowego; konfiguracja bez hamulca jest odpowiednia na poziomych osiach wyrzutnika, gdzie blokada serwo jest wystarczająca.

Często zadawane pytania

P1: Jaka jest różnica między HC-SFS202 a HC-SF202?

Oba są silnikami 2kW, 2000 obr./min, z prostym wałem, na kołnierzu 176 × 176 mm, i oba są mechanicznie identyczne pod względem wymiarów i interfejsu sprzęgła. Kluczowa różnica polega na generacji enkodera. HC-SF202 posiada enkoder 14-bitowy (16 384 ppr) i jest kompatybilny z serwowzmacniaczami MR-J2 i MR-J2S. HC-SFS202 posiada enkoder 17-bitowy (131 072 ppr) i wymaga serwowzmacniacza MR-J2S-200 — nie będzie działał z MR-J2 pierwszej generacji. W przypadku maszyny już pracującej z serwowzmacniaczami MR-J2S-200, HC-SFS202 jest odpowiednim silnikiem. W przypadku maszyn z oryginalnym sprzętem MR-J2-200, należy określić HC-SF202.

P2: Czy HC-SFS202 można stosować na osi pionowej bez hamulca?

Tylko po dokładnej analizie. Blokada serwo przez MR-J2S-200 niezawodnie utrzymuje osie poziome w spoczynku, ale na osi pionowej obciążenie grawitacyjne działające na oś po spadku prądu serwo do zera spowoduje ruch w dół. Dla każdej osi, gdzie ruch przy wyłączonym serwo jest niebezpieczny lub mechanicznie szkodliwy — w tym dla większości osi pionowych — HC-SFS202B (wał prosty, sprężynowy hamulec elektromagnetyczny) jest prawidłową specyfikacją. Hamulec jest domyślnie załączony i mechanicznie blokuje oś niezależnie od stanu serwo.

P3: HC-SFS202 jest na kołnierzu 176 × 176 mm. Czy to oznacza, że potrzebuje większego mocowania niż 1,5kW HC-SFS152?

Tak. HC-SFS152 i jego warianty z kołnierzem 130 × 130 mm to fizycznie mniejsze silniki. HC-SFS202 przechodzi na kołnierz 176 × 176 mm, który wymaga innego interfejsu mocowania silnika — większy rozstaw śrub, inna średnica centrująca. Jeśli maszyna została zaprojektowana wokół kołnierza 130 × 130 mm, a rozważasz HC-SFS202 jako ulepszenie, płyta montażowa silnika będzie wymagała modyfikacji. Jeśli rama maszyny już wykorzystuje mocowanie 176 × 176 mm, wówczas HC-SFS202 pasuje obok wariantów HC-SFS352, HC-SFS502 i HC-SFS702 bez żadnych zmian mechanicznych.

P4: Jaki serwowzmacniacz jest potrzebny i gdzie znajduje się bateria enkodera absolutnego?

HC-SFS202 wymaga serwowzmacniacza MR-J2S-200 — wariantu A (analogowy/impulsowy), B (SSCNET) lub CP (wbudowane pozycjonowanie). Bateria podtrzymująca wieloobrotowy licznik absolutny to litowa jednostka Mitsubishi A6BAT, znajdująca się wewnątrz serwowzmacniacza, a nie w silniku. Wymień ją przy pierwszym alarmie niskiego poziomu baterii z serwowzmacniacza. Całkowicie rozładowana bateria resetuje pamięć pozycji absolutnej i wymaga cyklu powrotu do punktu odniesienia przed wznowieniem produkcji przez oś.

P5: Czy HC-SFS202 jest nadal dostępny pomimo wycofania z produkcji?

Tak. Chociaż Mitsubishi oficjalnie wycofało serię HC-SFS wraz z szerszą platformą MR-J2S, HC-SFS202 pozostaje szeroko dostępny u dystrybutorów nadwyżek automatyki przemysłowej i specjalistycznych dostawców komponentów serwo Mitsubishi, zarówno jako nowy, nieużywany towar, jak i jako przetestowane jednostki po renowacji. W przypadku maszyn, które muszą pozostać na sprzęcie J2-Super, pozyskiwanie z nadwyżek jest proste. W przypadku nowych projektów maszyn, odpowiednikiem obecnej generacji jest HG-SR202 (seria MR-J4, 2kW, 2000 obr./min, wał prosty, enkoder 22-bitowy, kołnierz 176 × 176 mm, IP67), który wymaga serwowzmacniacza MR-J4-200.