Mitsubishi HC-SFS153 (HCSFS153) — 1,5 kW AC Serwomotor, Prosty Wał, Bez Hamulca, 3000 obr./min, Seria MELSERVO J2-Super

Przegląd produktu

Numer części: HC-SFS153

Szukane również jako: HCSFS153, HC SFS 153, HC-SFS-153

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

Klasyfikacja: AC Serwomotor bezszczotkowy o średniej bezwładności — 1,5 kW, klasa 200V, 3000 obr./min, prosty wał, bez hamulca

Co ten silnik reprezentuje w gamie produktów

Litowa bateria Mitsubishi HC-SFS153 jest trzecim stopniem w kompaktowej rodzinie HC-SFS o prędkości 3000 obr./min — powyżej 1kW HC-SFS103, poniżej 2kW HC-SFS203 i dzieląc z nimi tę samą kołnierz 130 × 130 mm. Przy mocy 1,5 kW i prędkości 3000 obr./min generuje 4,78 Nm momentu obrotowego ciągłego z 14,3 Nm dostępnymi do przyspieszania — kombinacja, która idealnie wpisuje się w zakres roboczy szerokiej klasy lekkich i średnich przemysłowych osi serwo, które potrzebują prędkości bez poświęcania znaczącej zdolności momentu obrotowego.

Tym, co czyni HC-SFS153 czymś więcej niż tylko liczbą między dwoma innymi modelami, jest dopasowanie wzmacniacza. Zarówno HC-SFS153, jak i HC-SFS203 (2kW) używają wzmacniacza MR-J2S-200. Ten sam interfejs montażowy, ten sam wzmacniacz, inna wydajność silnika. Oznacza to, że rama maszyny zaprojektowana wokół HC-SFS153 może przyjąć HC-SFS203 jako modernizację pojemności bez żadnych zmian mechanicznych ani elektrycznych w panelu — tylko aktualizacja parametrów wzmacniacza. Ta elastyczność projektowa jest przydatna na etapie specyfikacji, a jeszcze bardziej przydatna, gdy maszyna potrzebuje większego momentu obrotowego osi po wejściu do produkcji.

Za wałem platforma J2-Super dostarcza: 17-bitowy absolutny enkoder szeregowy przy 131 072 ppr, absolutna pozycja wieloobrotowa wspierana przez baterię A6BAT we wzmacniaczu, automatyczne strojenie w czasie rzeczywistym i adaptacyjne tłumienie drgań. Prosty wał, bez hamulca — czysta, nieskomplikowana konfiguracja dla osi poziomych i symetrycznie obciążonych, które stanowią większość zastosowań, którym służy ten silnik.

Specyfikacje techniczne

4,78 Nm przy 3000 obr./min: Odczyt punktu pracy

Punkt pracy momentu obrotowego względem prędkości silnika HC-SFS153 zasługuje na bezpośrednią uwagę, ponieważ to na jego podstawie podejmowane są decyzje o rozmiarze osi i to tutaj niedopasowania między silnikiem a zastosowaniem ujawniają się najjaśniej w produkcji.

Cztery przecinek siedemdziesiąt osiem niutonometrów momentu obrotowego ciągłego to naprawdę użyteczna, stała zdolność siły przy tym kompaktowym rozmiarze obudowy. Jest wystarczająca do napędzania śruby kulowej o skoku 5 mm przy umiarkowanym oporze przy praktycznych prędkościach posuwu, utrzymania stałego napięcia wstęgi na lekkiej napędowej nawijarce w użytecznym zakresie średnic rolek, zasilania głównego napędu paska zębatego na osi maszyny montażowej o szybkim cyklu lub utrzymania siły posuwu na mechanizmie posuwu materiału o lekkim obciążeniu przez cały cykl produkcyjny. Nie jest nieograniczona — osie, które regularnie wymagają więcej niż 4,78 Nm w sposób ciągły, będą gromadzić obciążenie termiczne, aż do momentu zadziałania alarmu przeciążenia elektronicznego — ale w swoim zakresie jest solidna i niezawodna.

Szczytowy moment obrotowy 14,3 Nm to miejsce, gdzie znajduje się wydajność pozycjonowania. Przy trzykrotności znamionowego obciążenia, ten przejściowy moment obrotowy jest dostępny podczas faz przyspieszania i hamowania każdego ruchu. Lekko obciążona oś wykonująca szybkie ruchy punkt-punkt wykorzystuje 14,3 Nm do rampowania prędkości w górę i w dół, spędza większość cyklu przy znamionowym obciążeniu lub poniżej podczas ruchu ze stałą prędkością, a model termiczny we wzmacniaczu MR-J2S-200 obsługuje cykl pracy bez zarzutu.

Znamionowa prędkość 3000 obr./min to druga połowa równania projektowego. Przy prędkości znamionowej z bezpośrednio połączoną śrubą kulową o skoku 10 mm, ten silnik napędza oś liniową z prędkością 30 m/min. Dla osi pomocniczych CNC jest to komfortowa prędkość szybkiego ruchu bez żadnego stopnia redukcji między silnikiem a śrubą. W zastosowaniach z połączeniem paskowym, skromna redukcja 1,5:1 do 2:1 obniża prędkość roboczą do mechanicznie odpowiedniego zakresu, jednocześnie mnożąc dostępny moment obrotowy — powszechne podejście projektowe dla osi, w których silnik jest zamontowany z boku od napędzanego wału.

Maksymalna prędkość 4500 obr./min rozszerza zakres roboczy powyżej prędkości znamionowej w obszarze stałej mocy. Powyżej 3000 obr./min dostępny moment obrotowy maleje wraz ze wzrostem prędkości. Ten obszar jest użyteczny do szybkiego ruchu na osiach o lekkim obciążeniu, gdzie potrzebna jest prędkość, a zapotrzebowanie na moment obrotowy jest znacznie poniżej wartości znamionowej.

Gdzie HC-SFS153 mieści się między 103 a 203

Wszystkie trzy silniki — HC-SFS103, HC-SFS153 i HC-SFS203 — dzielą kołnierz 130 × 130 mm, 17-bitowy enkoder J2-Super i stopień ochrony IP65. Maszyna zaprojektowana wokół któregokolwiek z nich pasuje do wszystkich trzech mechanicznie bez modyfikacji. Ale nie są one wymienne z punktu widzenia wzmacniacza, a zrozumienie pełnego obrazu jest przydatne.

Przejście z HC-SFS103 na HC-SFS153 oznacza zmianę klasy wzmacniacza — z MR-J2S-100 na MR-J2S-200. Montaż silnika pozostaje niezmieniony, ale zmienia się wzmacniacz. Z drugiej strony, przejście z HC-SFS153 na HC-SFS203 wykorzystuje ten sam wzmacniacz MR-J2S-200. Zmienia się tylko silnik. Ta asymetria ma znaczenie dla projektowania maszyn: po zbudowaniu panelu wokół MR-J2S-200, silnik można zmodernizować z HC-SFS153 do HC-SFS203 bez dotykania panelu.

Dlaczego silnik 1,5 kW przy 3000 obr./min używa wzmacniacza klasy 2 kW? Zapotrzebowanie na prąd silnika 1,5 kW przy 3000 obr./min przekracza to, co jest w stanie dostarczyć MR-J2S-100. Tabele kompatybilności silnik-wzmacniacz firmy Mitsubishi potwierdzają MR-J2S-200 zarówno dla HC-SFS153, jak i HC-SFS203 przy 3000 obr./min — klasa wzmacniacza jest określana przez pobór prądu silnika w jego punkcie pracy, a nie wyłącznie przez jego moc znamionową.

Prosty wał, bez hamulca: Czysty domyślny wybór

Konfiguracja HC-SFS153 z prostym wałem i bez hamulca stanowi domyślny wybór dla dobrze zaprojektowanych poziomych osi serwo o tej mocy, a argument za tym jest prosty.

Na wale: Przy 4,78 Nm znamionowym i 14,3 Nm szczytowym, wymagania dotyczące interfejsu sprzęgła są umiarkowane. Precyzyjne sprzęgła serwo — sprzęgła mieszkowe, sprzęgła szczękowe, sprzęgła tarczowe — obsługują ten zakres czysto, gdy są dopasowane do wartości momentu obrotowego szczytowego, a nie ciągłego. Sprzęgło wybrane przy momencie obrotowym znamionowym jest marginalne podczas każdego przejściowego przyspieszenia; sprzęgło wybrane przy 14,3 Nm szczytowym z umiarkowanym współczynnikiem bezpieczeństwa obsługuje pełny zakres roboczy.

Prosty wał działa z każdym popularnym typem sprzęgła. Napędy pasków zębatych wykorzystujące koło pasowe z dzielonym piastą. Sprzęgło śruby kulowej przez elastyczne sprzęgło tarczowe. Bezpośrednie sprzężenie z wejściem przekładni. W zastosowaniach, gdzie napędzany element wymaga otworu z wpustem — piasta koła zębatego, koło pasowe lub niestandardowe koło pasowe — model HC-SFS153K (wał z wpustem, bez hamulca) posiada identyczne parametry wydajności i wykorzystuje ten sam wzmacniacz MR-J2S-200. Typ wału niczego nie zmienia w zachowaniu elektrycznym ani dynamicznym silnika.

Na hamulcu: Blokada serwo przez pętlę pozycji zamkniętej wzmacniacza MR-J2S-200 jest całkowicie niezawodna dla osi poziomych bez składowej obciążenia grawitacyjnego działającej w kierunku obrotu wału. 17-bitowy enkoder stale monitoruje kąt wału; wzmacniacz dostarcza prąd korygujący, aby utrzymać błąd śledzenia na poziomie zerowym. Dla tych osi dodanie hamulca oznacza dodanie obwodu 24V, przekaźnika, tłumienia przepięć, logiki blokady MBR i tarczy hamulcowej do harmonogramu konserwacji — bez żadnego zwrotu funkcjonalnego.

Zastosuj test celowo do każdej osi: jeśli prąd serwo nagle spadnie do zera, czy obciążenie się przesunie? Na mechanizmach poziomych i osiach obrotowych symetrycznie obciążonych odpowiedź brzmi: nie. Na osiach pionowych i ukośnych posuwach odpowiedź brzmi: tak — i te zastosowania należą do modeli HC-SFS153B (prosty wał, hamulec sprężynowy) lub HC-SFS153BK (wał z wpustem, hamulec sprężynowy). Prawidłowe rozróżnienie tych elementów dla wszystkich osi w maszynie skutkuje czystszym, lżejszym i prostszym projektem.

Wydajność 17-bitowego enkodera przy 1,5 kW, 3000 obr./min

Enkoder w HC-SFS153 to ta sama 17-bitowa absolutna jednostka szeregowa w całym zakresie HC-SFS J2-Super. Sto trzydzieści jeden tysięcy siedemdziesiąt dwa dyskretne pozycje kątowe na obrót wału, z wieloobrotowym licznikiem absolutnym wspieranym przez baterię A6BAT we wzmacniaczu MR-J2S-200.

Przy 3000 obr./min na osi 1,5 kW, wkład enkodera objawia się w dwóch miejscach, które mają największe znaczenie.

Jakość pętli prędkości przy prędkości znamionowej. Przy 3000 obr./min — 50 obrotów wału na sekundę — pętla sprzężenia zwrotnego prędkości wymaga drobnej rozdzielczości kątowej do obliczenia dokładnej chwilowej prędkości. Przy 131 072 zliczeniach na obrót, algorytm sterowania ma więcej niż wystarczającą rozdzielczość, aby zapewnić płynną pracę ze stałą prędkością z niskim tętnieniem w dowolnym punkcie zakresu prędkości, w tym z niskimi prędkościami pełzania używanymi podczas podejścia i zatrzymania pozycjonowania. Kontrast z 14-bitowym (16 384 ppr) poprzednikiem jest najbardziej widoczny przy niskich prędkościach wału, gdzie drobniejsza ziarnistość zliczeń HC-SFS153 zapewnia zauważalnie płynniejszy moment obrotowy.

Pozycja absolutna po zdarzeniach zasilania. Gdy maszyna się zatrzymuje — planowo lub nie — enkoder zachowuje dokładny kąt wału i skumulowaną liczbę obrotów w pamięci. Po ponownym uruchomieniu MR-J2S-200 odczytuje pozycję absolutną bez konieczności ruchu wału. Dla osi w maszynach produkcyjnych, które często cyklicznie włączają i wyłączają zasilanie, lub maszyn, w których zatrzymanie w środku cyklu może pozostawić oś w dowolnej pozycji w zakresie jej ruchu, możliwość pozycjonowania absolutnego eliminuje rutynowe procedury powrotu do punktu odniesienia i skraca czas ponownego uruchomienia do minimum.

Konserwacja baterii. Bateria A6BAT znajduje się we wzmacniaczu MR-J2S-200, a nie w silniku. Wymień ją przy pierwszym alarmie niskiego poziomu baterii ze wzmacniacza. Rozładowana bateria resetuje licznik wieloobrotowy i wymaga cyklu powrotu do punktu odniesienia przy następnym uruchomieniu. Traktowanie alarmu niskiego poziomu baterii jako pilnego elementu konserwacji — a nie czegoś, co można odłożyć do następnego zaplanowanego zatrzymania — zapobiega nieplanowanemu przerwaniu produkcji.

Kompatybilne wzmacniacze

Silnik HC-SFS153 współpracuje z rodziną wzmacniaczy MR-J2S-200 — platforma J2-Super o mocy 2 kW. Dostępne są wszystkie trzy warianty interfejsu:

MR-J2S-200A akceptuje polecenia pozycji typu impulsowego z kontrolerów CNC i PLC, a także analogowe referencje prędkości i momentu obrotowego. Dostępne są wszystkie tryby sterowania — pozycja, prędkość, moment obrotowy i ich kombinacje przełączane. RS-232C łączy się z MR Configurator do uruchamiania i monitorowania diagnostycznego. Dla większości osi pomocniczych obrabiarek i ogólnych zastosowań automatyki przemysłowej, gdzie źródłem poleceń jest zewnętrzny kontroler, jest to standardowy wybór.

MR-J2S-200B łączy się z kontrolerami ruchu Mitsubishi serii A i Q za pomocą szeregowej magistrali światłowodowej SSCNET. Wszystkie polecenia osi, sprzężenie zwrotne enkodera, dane alarmowe i sygnały monitorujące przesyłane są przez łącze światłowodowe. Dla skoordynowanych maszyn wieloosiowych — osi, które muszą poruszać się w synchronizacji z innymi osiami pod kontrolerem ruchu, czy to w celu konturowania geometrycznego, przekładni elektronicznej, czy operacji synchronizowanego transferu — magistrala SSCNET zapewnia sprzężenie osi w czasie rzeczywistym, którego interfejsy impulsowe i analogowe nie mogą zapewnić.

MR-J2S-200CP zapewnia wbudowane pozycjonowanie jednoosiowe z maksymalnie 31 zapisanymi pozycjami w tabeli punktów, aktywowanymi przez polecenie cyfrowe I/O lub sieć CC-Link. Dla samodzielnych osi indeksowanych lub punkt-punkt, które nie wymagają koordynacji z innymi osiami, CP eliminuje koszt dedykowanego kontrolera ruchu. Osi sterowania rejestrowego, prostych posuwów indeksowanych i samodzielnych mechanizmów transferowych z określonymi zestawami pozycji są naturalnymi zastosowaniami.

Uwagi dotyczące kompatybilności. HC-SFS153 wymaga wzmacniacza MR-J2S-200. Jest niekompatybilny ze wzmacniaczami pierwszej generacji MR-J2-200, które nie potrafią odczytać protokołu szeregowego 17-bitowego enkodera J2-Super. Dla maszyn z oryginalnym sprzętem MR-J2-200, HC-SF153 (ta sama specyfikacja mechaniczna, 14-bitowy enkoder) jest właściwym silnikiem. Niekompatybilny ze wzmacniaczami MR-J3 lub MR-J4 bez zestawu adaptera odnowienia.

Kompaktowa rodzina HC-SFS 3000 obr./min: Gdzie mieści się 153

HC-SFS153 jest trzecim stopniem pojemności w kompaktowym zakresie HC-SFS 3000 obr./min i jednym z dwóch silników na tym kołnierzu, które wykorzystują wzmacniacz MR-J2S-200. Przejście wyżej do HC-SFS203 i montaż pozostają niezmienione. Przejście wyżej do HC-SFS353 i kołnierz rośnie do 176 × 176 mm.

Każda pojemność w rodzinie HC-SFS 3000 obr./min występuje w czterech konfiguracjach wału i hamulca: prosty wał (HC-SFS153), prosty wał z hamulcem (HC-SFS153B), wał z wpustem (HC-SFS153K) i wał z wpustem z hamulcem (HC-SFS153BK). Wszystkie cztery wykorzystują wzmacniacz MR-J2S-200.

Typowe zastosowania

Szybkie napędy osi pomocniczych CNC. Osie obrotu zmieniaczy palet, napędy magazynów narzędzi obrotowych i napędy ruchu ramienia zmieniacza narzędzi w centrach obróbczych CNC i tokarkach. Znamionowa prędkość 3000 obr./min umożliwia szybkie indeksowanie magazynu i szybkie przemieszczanie ramienia zmieniacza narzędzi; kompaktowa obudowa 130 × 130 mm pasuje do ograniczeń fizycznych kompaktowych magazynów narzędzi i konstrukcji mechanizmów ATC.

Napędy główne w maszynach pakujących i etykietujących małego formatu. Napędy podajników folii, osie kontroli rejestru i mechanizmy odstępów między produktami w maszynach pakujących o ruchu przerywanym. Kombinacja 4,78 Nm momentu obrotowego ciągłego do utrzymania rejestru pod obciążeniem, 14,3 Nm szczytowego do szybkiego przyspieszania podczas ruchu indeksowanego i 17-bitowego enkodera do precyzyjnego sprzężenia zwrotnego pozycji dobrze nadaje się do tych zastosowań o wysokiej częstotliwości cykli.

Napędy przenośników i osi transferowych w urządzeniach montażowych. Sekcje przenośników napędzane serwo, suwaki transferu części i mechanizmy indeksujące w kompaktowych zautomatyzowanych urządzeniach montażowych i testujących. Punkt pracy 3000 obr./min z napędami połączonymi bezpośrednio lub paskiem umożliwia praktyczne prędkości ruchu; kompaktowa obudowa pasuje do geometrii konstrukcyjnych maszyn montażowych.

Sterowanie napięciem wstęgi i ramionami balansu w maszynach przetwórczych. Napędy sterowania napięciem w liniach do cięcia, laminowania i powlekania, gdzie silnik pracuje w trybie sterowania momentem obrotowym, aby utrzymać stałe napięcie wstęgi w zmieniającej się średnicy rolki. 4,78 Nm momentu obrotowego ciągłego w trybie sterowania momentem obrotowym pokrywa zakres roboczego napięcia w stacjach przetwórczych o lekkim obciążeniu z odpowiednim marginesem.

Napędy osi wtórnych w maszynach tekstylnych. Napędy rolek podających, osie naprężenia przędzy i napędy odwijania wałów osnowy w maszynach dziewiarskich i tkackich, gdzie precyzyjna kontrola prędkości i napięcia przy umiarkowanych poziomach momentu obrotowego jest głównym wymogiem. Znamionowa prędkość 3000 obr./min HC-SFS153 nadaje się do rolek podających i napędowych pracujących z praktycznymi prędkościami powierzchniowymi bez konieczności stosowania przekładni redukcyjnych.

Często zadawane pytania

P1: Dlaczego HC-SFS153 (1,5 kW) używa wzmacniacza MR-J2S-200 (2 kW) zamiast MR-J2S-100?

Klasa wzmacniacza jest określana przez zapotrzebowanie na prąd silnika w jego punkcie pracy, a nie wyłącznie przez moc znamionową. Przy 3000 obr./min i 1,5 kW, pobór prądu HC-SFS153 przekracza moc znamionową MR-J2S-100. Dokumentacja kompatybilności firmy Mitsubishi potwierdza MR-J2S-200 zarówno dla HC-SFS153, jak i HC-SFS203. Praktyczna konsekwencja jest użyteczna: po zbudowaniu panelu wokół MR-J2S-200, silnik można zmodernizować z HC-SFS153 do HC-SFS203 bez żadnych zmian wzmacniacza lub panelu — wymienia się tylko silnik, a aktualizacja parametrów potwierdza nowy typ silnika.

P2: Jaka jest różnica między HC-SFS153 a HC-SFS152?

Oba są silnikami J2-Super o mocy 1,5 kW na kołnierzu 130 × 130 mm z 17-bitowymi enkoderami i identycznymi wymiarami mechanicznymi. Różnica polega na znamionowym punkcie pracy. Model HC-SFS152 pracuje przy 2000 obr./min z 7,16 Nm momentu obrotowego ciągłego. Model HC-SFS153 pracuje przy 3000 obr./min z 4,78 Nm momentu obrotowego ciągłego. Ta sama moc, inna równowaga prędkości i momentu obrotowego. Oba wykorzystują wzmacniacz MR-J2S-200. Wybierz HC-SFS152, gdy oś potrzebuje większego momentu obrotowego ciągłego przy umiarkowanej prędkości. Wybierz HC-SFS153, gdy oś potrzebuje większej prędkości wału przy mniejszym ciągłym momencie obrotowym obciążenia.

P3: Czy HC-SFS153 może być używany ze wzmacniaczem pierwszej generacji MR-J2-200?

Nie. HC-SFS153 wykorzystuje 17-bitowy protokół szeregowy enkodera J2-Super, którego oryginalny MR-J2-200 nie potrafi odczytać. Podłączenie HC-SFS153 do wzmacniacza pierwszej generacji MR-J2-200 spowoduje błąd komunikacji enkodera przy uruchomieniu. Dla maszyn z oryginalnym sprzętem MR-J2-200 właściwym silnikiem jest HC-SF153 — ta sama specyfikacja mechaniczna, 14-bitowy enkoder, kompatybilny ze wzmacniaczami MR-J2-200 i MR-J2S-200.

P4: Gdzie znajduje się bateria enkodera absolutnego i co się stanie, jeśli zostanie całkowicie rozładowana?

Litowa bateria Mitsubishi A6BAT znajduje się wewnątrz serwo wzmacniacza MR-J2S-200, a nie w silniku. Utrzymuje ona licznik wieloobrotowy absolutny przez wszystkie okresy wyłączenia zasilania. Wymień ją przy pierwszym alarmie niskiego poziomu baterii ze wzmacniacza. Jeśli bateria całkowicie się rozładuje, licznik wieloobrotowy zostanie zresetowany i przy następnym uruchomieniu wymagany będzie cykl powrotu do punktu odniesienia, zanim oś będzie mogła wznowić produkcję. W maszynach, gdzie powrót do punktu odniesienia wymaga przygotowania lub niesie ryzyko, traktowanie alarmu niskiego poziomu baterii jako pilnego elementu konserwacji, a nie odłożonego, zapobiega nieplanowanemu przerwaniu produkcji.

P5: Czy HC-SFS153 jest nadal dostępny i jaki jest jego odpowiednik obecnej generacji?

HC-SFS153 został wycofany z produkcji przez Mitsubishi, ale pozostaje dostępny u dystrybutorów nadwyżek automatyki przemysłowej i specjalistycznych dostawców serwomechanizmów Mitsubishi jako nowy stary zapas i przetestowane jednostki po renowacji. Dla maszyn korzystających ze sprzętu J2-Super, ta ścieżka zaopatrzenia jest niezawodna i dobrze ugruntowana. Dla nowych projektów maszyn lub modernizacji platformy, odpowiednik obecnej generacji pochodzi z serii HF-KP lub HG-KR (generacja MR-J4 lub MR-JE) o porównywalnej mocy — ale należy pamiętać, że silniki o niskiej bezwładności o mocy 1,5 kW obecnej generacji wykorzystują mniejszą obudowę fizyczną niż footprint 130 × 130 mm HC-SFS153, więc adaptacja mechaniczna jest wymagana przy przejściu na obecny sprzęt.