Mitsubishi HC-SFS1524B (HCSFS1524B) — 1,5 kW, klasa 400V, silnik serwo AC ze hamulcem elektromagnetycznym, 2000 obr./min, wał prosty, seria MELSERVO J2-Super

Przegląd produktu

Numer części: HC-SFS1524B

Szukano również jako: HCSFS1524B, HC SFS 1524B, HC-SFS-1524B

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

Klasyfikacja: Silnik serwo AC bezszczotkowy o średniej bezwładności — 1,5 kW, klasa 400V, 2000 obr./min, wał prosty, hamulec elektromagnetyczny z dociskiem sprężynowym

Czym jest ten silnik

Dwie rzeczy całkowicie definiują HC-SFS1524B w stosunku do reszty rodziny HC-SFS o mocy 1,5 kW.

Pierwszą jest napięcie zasilania klasy 400V — "24" w numerze części. HC-SFS152B to mechanicznie identyczna wersja tego samego silnika o napięciu 200V. HC-SFS1524B nawija te same bieguny stojana do pracy z siecią 380–480V AC, pobiera około połowę prądu liniowego przy równoważnej mocy i współpracuje ze wzmacniaczem MR-J2S-200_4 zamiast MR-J2S-200. Dla fabryk i producentów maszyn korzystających z europejskich lub międzynarodowych zasilaczy 400V, eliminuje to transformator, który w przeciwnym razie byłby potrzebny do zasilania serwonapędów Mitsubishi klasy 200V. Ta sama wydajność silnika, bezpośrednio podłączona do lokalnego zasilania.

Drugim jest hamulec elektromagnetyczny — sufiks "B". Jest to hamulec trzymający z dociskiem sprężynowym i zwalniany elektrycznie, zintegrowany z tyłu silnika. Sprężyna dociska klocki hamulcowe do tarczy, gdy cewka hamulca jest odłączona od zasilania; podłączenie cewki napięciem 24V DC podnosi klocki i zwalnia wał do ruchu. Praktyczna konsekwencja jest kluczowa: hamulec jest domyślnie załączony i zwalnia tylko po podaniu napięcia na cewkę. Utrata zasilania — planowana lub nieoczekiwana — automatycznie załącza hamulec i blokuje oś. W przypadku osi pionowych i mechanizmów obciążonych grawitacyjnie jest to dokładnie wymagane zachowanie.

Poza tymi dwiema cechami, HC-SFS1524B jest tym samym silnikiem z enkoderem absolutnym 17-bitowym na kołnierzu 130 × 130 mm o stopniu ochrony IP65, co każdy inny silnik z rodziny HC-SFS 1,5 kW 2000 obr./min.

Specyfikacje techniczne

Hamulec: z dociskiem sprężynowym, zwalniany elektrycznie

Wśród różnych typów hamulców silnikowych stosowanych w maszynach przemysłowych, konstrukcja z dociskiem sprężynowym i zwalnianiem elektromagnetycznym — czasami nazywana hamulcem bezpieczeństwa lub hamulcem normalnie zamkniętym — ma specyficzną i ważną cechę, która odróżnia ją od alternatyw: jest bezpieczna w przypadku awarii.

Cewka hamulca musi być stale zasilana napięciem 24V DC, aby wał pozostał swobodny do obracania się. Odłączenie zasilania od cewki z jakiegokolwiek powodu — polecenie E-stop, awaria panelu, przerwa w dostawie prądu, celowa sekwencja wyłączenia serwo — powoduje natychmiastowe dociśnięcie tarczy hamulcowej do powierzchni ciernej przez sprężynę. Oś zatrzymuje się i pozostaje zatrzymana mechanicznie, niezależnie od tego, czy wzmacniacz jest aktywny, czy blokada serwo jest włączona.

Jest to właściwa konstrukcja dla każdej osi, która mogłaby spowodować obrażenia lub uszkodzenie maszyny, gdyby poruszyła się nieoczekiwanie. Pionowa głowica wrzeciona. Pionowo zamontowany stół obrotowy. Oś Z sterowana serwo w centrum obróbczym lub wiertarce. Ramię bramowe z przeciwwagą, gdzie przeciwwaga jest niedoskonała i na oś serwo działa wypadkowa siła skierowana w dół. Pochylona przenośnik, który cofałby się pod wpływem grawitacji bez oporu. We wszystkich tych zastosowaniach hamulec z dociskiem sprężynowym nie jest udogodnieniem — jest wymogiem funkcjonalnym.

W przypadku osi poziomych na symetrycznie obciążonych mechanizmach, gdzie siła grawitacji nie działa w kierunku obrotu wału, sama blokada serwo wystarczająco utrzymuje pozycję, a hamulec dodaje złożoności bez zapewniania korzyści funkcjonalnych. HC-SFS1524B jest specjalnie przeznaczony do zastosowań, w których hamulec jest rzeczywiście wymagany.

Sekwencjonowanie hamulca: Co musi wiedzieć wzmacniacz

Hamulec elektromagnetyczny w HC-SFS1524B wymaga oddzielnego obwodu zasilania 24V DC dla cewki hamulca — nie jest zasilany przez wyjście U/V/W wzmacniacza serwo. Konstrukcja panelu maszyny musi zawierać zasilacz 24V DC o odpowiedniej mocy dla prądu cewki hamulca, przekaźnik hamulca z odpowiednim tłumieniem przepięć oraz logikę blokującą, która koordynuje załączanie i zwalnianie hamulca z sekwencją włączania serwo.

Kolejność ma znaczenie. Instrukcja obsługi serwonapędów Mitsubishi jest jednoznaczna: podczas zwalniania hamulca, zawsze potwierdź, że serwo jest włączone przed zwolnieniem. Oś, która zwalnia hamulec przed ustaleniem blokady serwo przez wzmacniacz, poruszy się pod wpływem grawitacji lub obciążenia, dopóki wzmacniacz nie nadrobi zaległości. Na osi pionowej ze znacznym obciążeniem, to poślizg może być wystarczająco duży, aby spowodować kolizję lub alarm błędu pozycji. Blokada zapobiegająca temu nie jest opcjonalna.

Sygnał MBR (Magnetic Brake Release) dostępny we wzmacniaczu MR-J2S-200_4 zapewnia wygodne wyjście do tej blokady — wzmacniacz może sygnalizować przekaźnikowi hamulca jako część sekwencji włączania, zapewniając, że zwolnienie następuje we właściwej kolejności względem ustalenia blokady serwo. Skonsultuj się z instrukcją obsługi wzmacniacza w celu uzyskania zalecanych czasów sekwencji, które różnią się w zależności od dynamiki osi.

Po zatrzymaniu: załącz hamulec przed odłączeniem włączania serwo. Pozostawienie osi do deceleracji do zera pod blokadą serwo, a następnie załączenie hamulca — zamiast załączania hamulca jednocześnie z odłączeniem włączania serwo — zapewnia, że oś jest już w spoczynku, gdy klocki hamulcowe zetkną się z tarczą. Znacząco wydłuża to żywotność tarczy hamulcowej na osiach z częstymi cyklami wyłączania serwo.

400V w ramie 130 × 130 mm

Silniki HC-SFS 400V z kołnierzem 130 × 130 mm zajmują użyteczną niszę projektową: maszyny, które potrzebują kompaktowej obudowy silnika, działają na infrastrukturze 400V i wymagają osi pionowej lub obciążonej grawitacyjnie, która potrzebuje hamulca trzymającego w spoczynku.

Zakres dostępnej pojemności w tej kombinacji — klasa 400V, 130 × 130 mm, z hamulcem — obejmuje od HC-SFS524B o mocy 500W, przez HC-SFS1024B o mocy 1kW, do HC-SFS1524B o mocy 1,5kW. HC-SFS1524B stanowi górną granicę kompaktowej ramy 130 × 130 mm w tej klasie napięcia. Następny krok w górę pod względem pojemności — HC-SFS2024B o mocy 2kW — jest wyposażony w większy kołnierz 176 × 176 mm, co oznacza nowy interfejs montażu silnika. Jeśli rama maszyny została zaprojektowana pod kątem wymiarów 130 × 130 mm, a moc 1,5kW jest wystarczająca dla budżetu momentu obrotowego osi, HC-SFS1524B jest właściwym i ostatecznym rozwiązaniem.

Przy 7,16 Nm ciągłego i 21,6 Nm szczytowego, punkt pracy 1,5 kW 2000 obr./min obsługuje szeroki zakres rzeczywistych wymagań osi pionowych — osie Z napędzane śrubą kulową z umiarkowaną masą stołu i narzędzi, mechanizmy podnoszące sterowane serwo, pionowe stacje transferowe i osie podawania prasy, gdzie pozycję należy utrzymywać w dowolnym punkcie skoku bez dryfu.

17-bitowy enkoder absolutny i praca osi pionowej

Na hamowanej osi pionowej 17-bitowy enkoder absolutny szeregowy zyskuje na wartości w specyficzny sposób, który jest mniej oczywisty niż na osi pozycjonującej poziomo.

Rozważmy, co się dzieje, gdy pionowa oś serwo jest wyłączana na koniec zmiany produkcyjnej — lub, co bardziej pilne, gdy zatrzymuje się w połowie skoku podczas E-stop. Hamulec mechanicznie utrzymuje pozycję. Enkoder zachowuje w pamięci absolutny kąt wału wieloobrotowy, wspierany przez baterię A6BAT we wzmacniaczu MR-J2S-200_4. Po ponownym uruchomieniu maszyny sterownik odczytuje aktualną absolutną pozycję z enkodera, ustala blokadę serwo, a następnie zwalnia hamulec we właściwej sekwencji. Oś jest natychmiast gotowa do pracy bez żadnego ruchu powrotnego do punktu odniesienia.

Porównajmy to z enkoderem inkrementalnym: po ponownym uruchomieniu pozycja osi jest nieznana. Wymagany jest cykl powrotu do punktu zerowego, co oznacza ruch osi — potencjalnie przez zakres grawitacyjny obciążenia — w celu znalezienia znacznika odniesienia, zanim produkcja będzie mogła się rozpocząć. Na pionowej osi Z w centrum obróbczym lub pionowo poruszającym się ramieniu robota, ten ruch powrotny do punktu zerowego wymaga starannego sekwencjonowania i stanowi niebagatelne uzupełnienie procedury uruchamiania. Enkoder absolutny eliminuje tę potrzebę.

W przypadku maszyn, które mogą doświadczać nieoczekiwanych zatrzymań — czy to z powodu alarmu, E-stop, czy utraty zasilania — połączenie hamulca z dociskiem sprężynowym i enkodera absolutnego oznacza, że oś zatrzymuje się bezpiecznie, pozostaje tam, gdzie się zatrzymała, i uruchamia się ponownie z dokładnie znanej pozycji. Taką konstrukcję zapewnia HC-SFS1524B.

Kompatybilne wzmacniacze

Trzy warianty wzmacniaczy MR-J2S-200 klasy 400V obsługują HC-SFS1524B:

MR-J2S-200A4 to wzmacniacz ogólnego przeznaczenia z interfejsem analogowym i impulsowym. Akceptuje polecenia pozycji jako impulsy z zewnętrznych sterowników CNC, PLC lub pozycjonerów, a polecenia prędkości lub momentu obrotowego jako analogowe wejścia napięciowe. Dostępne są wszystkie tryby sterowania pozycją, prędkością i momentem obrotowym, a także kombinacje trybów przełączanych P/S, S/T i T/P. RS-232C umożliwia połączenie z oprogramowaniem konfiguracyjnym MR Configurator. Jest to standardowy wybór dla większości zastosowań w obróbce skrawaniem i automatyce przemysłowej, gdzie polecenie osi pochodzi od zewnętrznego sterownika.

MR-J2S-200B4 łączy się ze sterownikami ruchu serii A i Q firmy Mitsubishi za pomocą magistrali szeregowej światłowodowej SSCNET. Wszystkie dane pozycji i informacje monitorujące przesyłane są przez łącze światłowodowe — nie ma oddzielnego okablowania analogowego lub impulsowego do osi. W przypadku skoordynowanych systemów wieloosiowych pod kontrolą sterownika ruchu Mitsubishi, jest to właściwy wzmacniacz. Synchronizacja w czasie rzeczywistym zapewniana przez SSCNET jest szczególnie cenna w maszynach wieloosiowych, gdzie osie pionowe muszą poruszać się w koordynacji z osiami poziomymi.

MR-J2S-200CP4 zawiera wbudowaną funkcjonalność pozycjonowania. Do 31 pozycji docelowych jest przechowywanych jako dane tabeli punktów wewnątrz wzmacniacza i aktywowanych przez sygnały I/O lub polecenia sieci CC-Link. Dla samodzielnych osi pozycjonujących pionowych — stacji podnoszących, podajników prasowych sterowanych serwo, pozycjonerów osi Z w urządzeniach montażowych — gdzie pełny sterownik ruchu nie jest wymagany, CP4 zapewnia lokalnie inteligencję pozycjonowania.

Wszystkie trzy wzmacniacze zawierają wyjście sygnału MBR (Magnetic Brake Release) do koordynacji czasu przekaźnika hamulca z sekwencją włączania/wyłączania serwo.

Uwaga dotycząca klasy napięcia: Wzmacniacze MR-J2S-200_4 są tylko klasy 400V i nie wolno ich podłączać do zasilania 200V. Sufiks "4" zarówno w silniku, jak i we wzmacniaczu musi być zgodny w całym systemie.

Rodzina hamowanych silników HC-SFS 400V: Gdzie znajduje się 1524B

HC-SFS1524B jest najmocniejszym silnikiem w hamowanej rodzinie 400V, który pasuje do kołnierza 130 × 130 mm. Przejście na HC-SFS2024B oznacza akceptację większej ramy i przeprojektowanie interfejsu montażu silnika. W przypadku projektów maszyn, które wykorzystują wymiary 130 × 130 mm, 1524B jest opcją o najwyższej mocy i najwyższym momencie obrotowym dostępną przed zwiększeniem rozmiaru ramy.

Typowe zastosowania

Pionowa oś Z w centrach obróbczych i wiertarkach. Archetypowe zastosowanie serwo z hamulcem: pionowo poruszająca się głowica wrzeciona lub suwak osi Z, gdzie ciężar wrzeciona, narzędzia i mechanizmu suwaka spadłby pod wpływem grawitacji po odłączeniu prądu serwo. Hamulec z dociskiem sprężynowym mechanicznie utrzymuje pozycję osi Z podczas E-stop i wyłączenia zasilania. Enkoder absolutny eliminuje potrzebę powrotu do punktu zerowego po ponownym uruchomieniu. Napięcie 400V podłącza się bezpośrednio do głównego zasilania maszyny bez transformatora.

Podajniki pras i maszyn do tłoczenia sterowane serwo. Pionowe napędy słupowe i osie docisków matryc sterowane serwo w prasach, gdzie pozycję należy utrzymywać precyzyjnie w dowolnym punkcie skoku, w tym podczas zatrzymań w środku cyklu. Połączenie 7,16 Nm momentu obrotowego ciągłego, 21,6 Nm szczytowego do przyspieszania i hamulca bezpieczeństwa pasuje do tych mechanizmów w maszynach zasilanych napięciem europejskim.

Stacje podnoszące i pionowe osie maszyn transferowych. Oś podnoszenia części, wind paletowych i pionowych transferów wahadłowych w maszynach montażowych i spawalniczych. Te mechanizmy pracują z umiarkowaną prędkością, przenoszą określone ładunki i muszą utrzymywać pozycję na każdej stacji pod obciążeniem podczas wykonywania operacji na stacji. Enkoder absolutny oznacza, że pozycja podnoszenia jest znana natychmiast po każdym ponownym uruchomieniu.

Oś przegubów robota na platformach 400V. Dodatkowe napędy przegubów robota — ramię, łokieć — gdzie europejskie normy maszynowe wymagają hamulca trzymającego na każdej osi, która poruszałaby się pod wpływem grawitacji po odłączeniu zasilania serwo. Kompaktowa rama 130 × 130 mm pasuje do geometrii ramion robotów, gdzie upakowanie silnika jest ograniczone.

Pionowe osie posuwu w szlifierkach CNC i maszynach EDM. Posuw osi Z głowicy szlifierskiej i elektrody, gdzie oś musi parkować w znanej pozycji po wyłączeniu maszyny i wznowić pracę z tej dokładnej pozycji bez ruchu powrotnego do punktu zerowego, który mógłby dotknąć obrabianego przedmiotu lub uszkodzić elektrodę. Hamulec trzyma, enkoder absolutny raportuje, oś uruchamia się ponownie czysto.

Często zadawane pytania

P1: Jaka jest różnica między HC-SFS1524B a HC-SFS152B?

Są to te same silniki przy różnych napięciach zasilania. HC-SFS152B to silnik klasy 200V generujący 7,16 Nm momentu obrotowego ciągłego i wymagający wzmacniacza MR-J2S-200A/B/CP. HC-SFS1524B to jego odpowiednik klasy 400V — ta sama rama, ten sam moment obrotowy, ten sam hamulec, ten sam enkoder 17-bitowy — wymagający wzmacniacza MR-J2S-200A4/B4/CP4. W przypadku maszyn pracujących na infrastrukturze 400V, 1524B jest bezpośrednim wyborem; silnik i wzmacniacz podłącza się do zasilania bez transformatora obniżającego napięcie.

P2: Jakie napięcie i prąd są wymagane dla cewki hamulca elektromagnetycznego?

Hamulec z dociskiem sprężynowym w HC-SFS1524B zwalnia po podaniu napięcia 24V DC na cewkę hamulca. To zasilanie 24V musi pochodzić z panelu maszyny — jest oddzielne od zasilania silnika i wyjścia wzmacniacza serwo. Przekaźnik hamulca i jego zasilanie 24V muszą być odpowiednio dobrane i sekwencjonowane. Wymagane jest tłumienie przepięć (dioda lub warystor) na zaciskach cewki, aby chronić styki przekaźnika po odłączeniu zasilania cewki.

P3: Czy hamulec może być używany jako hamulec dynamiczny podczas deceleracji?

Nie. Hamulec elektromagnetyczny w HC-SFS1524B jest hamulcem trzymającym, a nie hamulcem roboczym. Jest zaprojektowany do utrzymywania stacjonarnej osi — nie do deceleracji poruszającej się. Załączenie hamulca podczas pracy silnika spowoduje szybkie zużycie powierzchni ciernych i może uszkodzić mechanizm hamulca. Właściwa sekwencja to: deceleracja osi do zatrzymania pod kontrolą serwo, a następnie załączenie hamulca w celu utrzymania zatrzymanej pozycji.

P4: Gdzie znajduje się bateria enkodera absolutnego i jak działa z hamowaną osią pionową?

Bateria podtrzymująca — Mitsubishi A6BAT — znajduje się we wzmacniaczu MR-J2S-200_4, a nie w silniku. Utrzymuje ona licznik absolutny wieloobrotowy podczas zdarzeń wyłączenia zasilania. Na hamowanej osi pionowej oznacza to, że oś zatrzymuje się i utrzymuje pozycję mechanicznie po odłączeniu zasilania, a enkoder zachowuje tę dokładną pozycję w pamięci. Po ponownym uruchomieniu sterownik odczytuje absolutną pozycję natychmiast — nie jest wymagany ruch powrotny do punktu zerowego. Wymień A6BAT, gdy wzmacniacz zgłosi alarm niskiego poziomu baterii; wyczerpana bateria resetuje licznik absolutny i wymaga cyklu powrotu do punktu odniesienia.

P5: Czy HC-SFS1524B jest kompatybilny ze wzmacniaczami MR-J3 lub MR-J4?

Nie. HC-SFS1524B wymaga wzmacniacza MR-J2S-200 klasy 400V (wariant A4, B4 lub CP4). Nie jest bezpośrednio kompatybilny ze wzmacniaczami MR-J3 lub MR-J4. W przypadku nowych projektów maszyn, gdzie sprzęt J2-Super nie jest już dostępny, odpowiednikiem obecnej generacji byłby silnik z serii HG-SR lub HF-SP ze wzmacniaczem MR-J4 400V — ale wymaga to wymiany zarówno silnika, jak i wzmacniacza, a także weryfikacji kompatybilności kabli i złączy.