Jste zde

Elektrické válce Festo EPCO pro robotické aplikace

Antonín Vojáček, 25. Červen 2017 - 13:08

Elektrické válce vypadají podobně jako pneumatické válce, ale umožňují přesné polohování v desetinnách mm i regulaci rychlosti a zrychlení vysunutí a zasunutí. To je výhodné pro přesné robotické aplikace, což je právě hlavní uplatnění elektroválců.

Elektrické válce jsou často prezentovány jako možné náhrady všeobecně masově používaných pneumatických válců pro realizaci různých posuvných pohybů. Zatímco pneumatické válce mají značnou nevýhodu v podobě velmi velmi omezené možnosti přesné regulace samotného pohybu, která je navíc velmi závislá na kvalitě poskytovaného tlakového vzduchu, elektrické válce se obecně vyznačují širokou možností přesné regulace nejen polohy (vysunutí a zasunutí), ale i rychlosti pohybu, zrychlení a brzdění. S vhodnou ovládací jednotkou lze tak poměrně snadno realizovat aplikace a režimy polohování, které s pneumatickými jsou jen velmi obtížně či zcela nerealizovatelné. Jejich hlavní nevýhodou v porovnání s pneumatickými písty bývá v některých případech o trochu nižší rychlost vysunutí pístnice (pro malá zatížení) a hlavně pak jejich i několikanásobně vyšší cena.

Elektrické válce EPCO

Elektrický válec EPCO je mechanický přímočarý pohon s pohybovou tyčí a pevně integrovaným motorem, kde pohon obsahuje elektricky poháněné vřeteno, které převádí točivý pohyb motoru na přímočarý pohyb tyče. Pohybový šroub (vřeteno) je vybaveno kuličkovým závitem s pohybovou tyčí pojištěnou proti pootočení nebo volitelně s vnitřním závitem na pohybové tyči a s možností brzdy. Nabízí se ve velikostech 16, 25 a 40, které poskytují délka zdvihu 50 až 400 mm při tlačné / tažné síle 50 až 650 N. Přesnost (opakovatelnost) nastavení polohy je +/- 0,2 mm. Podle velikosti a hmotnosti pohybované zátěže pak lze dosahovat při pohybu rychlostí již od 0 až po 500 mm/s s jemně regulovatelným zrychlení mezi 0,5 až 10 mm2/s.

Základní parametry nabízených elektrických válců Festo EPCO.

Při výběru je možné volit mimo zdvihů i různé hodnoty stoupání vřetena (3 až 12,5 mm), vnější nebo vnitřní druh stoupání na polohové tyči, provedení bez nebo s integrovaným enkodérem či brzdou (v závislosti na požadované přesnosti a rychlosti polohování).

K dispozici jsou pak i různé upevňovací sady (patková i přírubová upevnění), kyvné čepy a příruby, i magnetická čidla do T drážky (když se nevyužívá enkodér), tedy někdy na první pohled tak nemusí být elektrický válec hned rozeznatelný od pneumatického. Tomu "nahrává" i velmi podobné provedení pouzdra tvořené tvárným legovaným hladce eloxovaným hliníkem, přičemž pístnice je ze silně legované nerezové oceli. Vnitřní vřeteno je pak z válcované ložiskové oceli.

Ukázka mechanické konstrukce vnitřku elektrických válců Festo EPCO.

Elektrický válec EPCO s vodicí jednotkou EAGF-P1 se používá při velkých krouticích momentech k pojištění proti pootočení. Poskytuje vysokou přesnost vedení při manipulaci s výrobkem i v jiných oblastech použití.

Široký rozsah nabízeného příslušenství umožňuje stejnou mechanickou montáž jako je běžná u pneumatických válců.

Řídící jednotka CMMO-ST pro pohony EPCO

Pro ovládání, řízení a regulaci pohony elektrických válců Festo EPCO slouží ovladače CMMO-ST. Ty provádějí silové napájení elektroválce podle řídích parametrů dodávaných nadřazeným systémem řízení aplikace (např. PLC) prostřednictvím až 11 dvoustavových vstupů a výstupů nebo průmyslové digitální komunikace po sběrnicích IO-Link, Modbus-TCP nebo I-Port. Pro ostatní průmyslové sběrnice pak slouží samostatné tzv. síťové moduly CTEU, které vytváří rozhraní mezi řídicím systémem PLC a ovladačem motoru CMMO-ST. Příslušný modul je k dispozici pro protokoly CANopen, DeviceNet, EtherCAT, PROFIBUS a PROFINET. Takto lze ovládat až 64 polohovacích pohybů a provádět sledování libovolně definovaných poloh a rozsahů točivého momentu. K dispozici je i funkce bezpečného vypnutí točivého momentu (STO).

Možnosti připojení řídící jednotky elektrických válců CMMO-ST jsou velmi široké.

K výkonovému řízení elektroválce se konkrétně využívá kaskádový regulátor s koncovým výkonovým stupněm PWM-MOSFET a s regulátorem rychlosti PI, regulátorem proudu PI a regulátorem polohy P. Využívá se k napájení tedy sinusový průběh proudu a kaskádový regulátor pro rychlost a polohu.

Pro volitelné vytvoření zpětnovazební uzavřené regulační smyčky eliminující ztráty kroků, odchylky jsou vyrovnány regulací slouží RS-422 rozhraní pro připojení absolutního enkodéru.

K nakonfigurování ovládací jednotky CMMO-ST a kompletního nastavení všech pohonů v rámci jednoho projektu slouží bezplatný počítačový software FCT (Festo Configuration Tool). To je souhrnná softwarová platforma pro všechny elektrické pohony Festo umožňující snadný interaktivní grafický výběr a definování všech řídících a regulačních parametrů. Po připojení počítače k CMMO prostřednictvím ethernetového rozhraní, lze jeho pomocí lze graficky upravit nebo nastavit požadované polohy až 64 pohybů, přičemž pohyb může být veden jako absolutní vzhledem souřadnicovému počátku nebo jako relativní k předchozí poloze. V každé úloze lze tak přizpůsobit polohu, rychlost, zrychlení a charakteristiky brzdění. Možná je však i funkce regulace síly a kompletní test. Následně je možné kompletní nastavení uložit a archivovat do jednoho projektu. Sledovat stav ovladače lze však i bez softwaru pomocí jeho integrovaného webového serveru. Základní provozní stavy pak ukazuje i integrovaný 7segmentový displej.

Ukázka možností nastavení polohování přes webové rozhraní integrované v ovládací jednotce CMMO-ST (obr. vlevo) a PC software FCT (Festo Configuration Tool) pro přesnou grafickou konfiguraci, sledování, analýzu a zálohování dat z CMMO-ST.

Ukázková video o EPCO a CMMO-ST

Závěr

Elektrické válce mohou často díky svého provedení v mnoha aplikacích přímo nahradit pneumatické válce. Umožňují to kompatibilní upevňovací prvky i přítomnost T drážek a možnost použití magnetických senzorů detekce polohy vysunutí válce. Nicméně vzhledem k jejich vyšší pořizovací ceně v porovnání k pneumatickým válcům je primárně předurčují pro aplikace vyžadující zejména přesné opakovatelné polohování, které je ve spojení s absolutním enkodérem velmi vysoké (desetiny mm). Také obvykle poskytují velkou rychlost pohybu i zrychlení při manipulaci s těžšími předměty. Navíc eliminují v mnoha firmách problematickou stabilitu tlaku tlakového vzduchu, který když kolísá, tak samozřejmě kolísá i rychlost vysunutí pneumatického pístu. To v mnoha případech může způsobovat i kolizní situace. Elektroválce mají stále opakovatelně stejné rychlosti a přesnosti.