Критерий для достижения качества управления

Объяснения , определения

Время нарастания (Rise time)

Время нарастания это период который происходит между резким изменением задания и временем когда действительное значение достигает допуска заданного значения (отличие не более чем 2%).

Время реагирования (dead time) это период который происходит между резким изменением задания и моментом изменения действительного значения. Время реагирования частично определяется процессом считывания , обработки и выводом цифрового задания. Там,  где время реагирования занимает достаточно большую часть времени нарастания оно должно определяться отдельно. 

Характеристика угловой частоты ‑3 dB

Предельное значение частоты – это значение динамического ответа замкнутой системы управления. Чистая синусоидная установка используется для расчета предельного значения частоты; ни одна из частей замкнутой системы управления не должна достигнуть этого предельного значения. Фактическое значение измеряется в условиях останова, также фиксируется коэффициент фактических значений амплитуд и установленных значений.
«Предельная частота – 3дБ». Это частота, при которой абсолютное значение фактического значения впервые уменьшается на 3 дБ (до 71%). Замкнутая система управления может управлять частотами до этого значения, оставаясь при этом стабильной.

Колебания

Колебание – это нежелательная характеристика фактического значения, которая накладывается на среднее значение (полезный сигнал). Генерируемый крутящий момент – это очередной термин, используемый по отношению к крутящему моменту. Обычные генерируемые крутящие моменты возникают в связи с сетками слота для двигателя, ограниченного разрешения датчика или ограниченного разрешения системы управления напряжением блока питания IGBT. Колебание крутящего момента также отражается в колебании скорости, поскольку косвенно является пропорциональным значению инерции массы привода.

Обычное применение

• Приводы с высокодинамичным управлением перемещениями
• Угловой синхронизм с изохронным PROFIBUS
• Для использования в станочных применениях и операционных станках с датчиками времени

• Управляемые приводы с высокой стабильностью скорости и крутящего момента в системах общей механической инженерии
• В частности подходят для асинхронных двигателей

• Приводы с низкими требованиями динамического ответа и точности
• Групповые приводы с высокой синхронизацией, например, текстильные станки с двигателями SIEMOSYN

Возможно серийное производство с режимами управления напряжением/частотамиV/f . Поэтому режимы управления напряжением/частотами хранятся в векторном приводе только один раз. Параметры напряжения/частоты хранящиеся в сервоприводе предоставляются исключительно в целях проведения диагностики.

Динамический ответ

Очень высокий

Высокий

Низкий

Самый высокий динамический ответ у 1FT/1FK7 High Dynamic/ 1FN3/1FN6/1FW6 синхронных двигателей.

Режимы управления с датчиком

Управление позицией/
Управление по скорости/

Управление по моменту

Управление позицией/
Управление по скорости/

Управление по моменту

Нет

SINUMERIK и SIMOTION D с сервоуправлением является стандартным вариантом управления

Режимы управления без датчика

Управление по скорости

Управление по скорости/ управление по моменту

Режимы контроля напряжения/частоты

Сервоуправление только для асинхронных двигателей (индукционных двигателей).

С помощью контроля напряжения/частоты скорость можно удерживать неизменной путем коррекции сдвига.

Асинхронный двигатель

Синхронный двигатель

Моментный двигатель

Линейный двигатель

Да

Да

Да

Да

Да

Нет

Нет

Нет

Да

Нет

Нет

Нет

Для двигателей SIEMOSYN рекомендуется осуществлять контроль напряжения/частоты (для текстильных станков)

Допустимый коэффициент для тока в двигателе и расчетного тока в модуле двигателя

1:1 до 1:4

1:1.3 до 1:4

1:1 до 1:12

Максимальное качество контроля до 1:4. Между 1:4 и 1:8 возрастают ограничения в отношении крутящего момента и точности вращения. Если < 1:8 рекомендуется контроль напряжения/частоты.

Максимальное количество параллельно соединенных двигателей в одном модуле двигателя

4

1

Теоретически неограниченно

В случае сервоуправления, подключать параллельно одинаковые двигатели можно только асинхронные (индукционные двигатели).
В случае контроля напряжения/частот, двигатели не должны быть одинаковыми.

Количество приводов, которые может рассчитать один блок управления CU320 (контроллер цикла с заданными по умолчанию параметрами включая опцию performance expansion 1)

1-линейный модуль (ALM, SLM) плюс 6 моторных осей (цикл обсчета тока 125 µсек) или 2 моторных оси (цикл обсчета тока 62.5 µсек) плюс 3 прямые измерительные системы

1-линейный модуль (ALM, SLM) с 4 осями двигателя

1-линейный модуль (ALM, SLM) с 10 осями двигателя

Количество осей двигателя может быть уменьшено, если приложение требует дополнительных функциональных модулей или более высокий динамический ответ.
В случае с контролем напряжения/частоты, при векторном управлении в серийном производстве возможно наличие 4 осей двигателя, а в сервоуправлении возможно наличие 5 осей двигателя.

Установка разрешения скорости/частоты

31 бит + знак

31 бит + знак

0.001 Гц

Установка разрешения крутящего момента

31 бит + знак

31 бит + знак

–

Заданная по умолчанию скорость тестирования /токовый контроллер /контроллер скорости /частоты пульсации (книжного формата)

125 μсек/
125 μсек/
4 кГц

2 моторных оси:

250 μсек/
1,000 μсек/
4 кГц

4 моторных оси:

250 μсек/
4 кГц

Скорость тестирования оказывает решающее значение на динамический ответ системы управления.
Если выбрана опция «Изохронный PROFIBUS», циклы контроллера 125 мкс, 250 мкс, 375 мкс и 500 мкс адаптируются автоматически.

4 моторных оси:

400 μсек/
1,600 μсек/
2.5 кГц

6 моторных осей:

400 μсек/
2.5 кГц

10 моторных осей:

500 μсек/
4 кГц

Заданная по умолчанию скорость тестирования /токовый контроллер /контроллер скорости /частоты пульсации ( формат шасси  размеры рамки FX и GX)

250 μсек/
250 μсек/
2 кГц

250 μсек/
1,000 μсек/
2 кГц

4 моторных оси:

250 μсек/
2 кГц

6 моторных осей:

400 μсек/
1.25 кГц

10 моторных осей:

500 μсек/
2 кГц

Максимальная частота на выходе с токовым циклом контроллера/ частотой пульсации (книжный формат)

650 Гц с 125 μсек/
4 кГц¹⁾

300 Гц с 250 μs/
4 кГц

400 Гц с 250 μсек/
4 кГц

Обратите внимание на предельное значение напряжения (2КВ) и использование модуля VPM с синхронными двигателями.

Максимальная частота на выходе с токовым циклом контроллера/ частотой пульсации
(формат шасси размер FX и GX)

300  Гц с 250 μсек/
2 кГц

160 Гц с 250 μсек/
2 кГц

200 Гц с 250 μсек/
2 кГц

Максимальное ослабление поля для асинхронных двигателей 

5 раз

5 раз

5 раз

С сервоуправлением в сочетании с датчиком положения и соответствующими специальными двигателями, возможно ослабление поля в 16 раз от порогового значения скорости.

Максимальное ослабление поля для синхронных двигателей

2 раза
4 раза с модулем защиты напряжения ²⁾

2 раза

–

Эти значения относятся к синхронным двигателям 1FK/1FT
Обратите внимание на предельное значение напряжения (фактор kE) при работе с двигателями других производителей (НЕ Siemens).

Синхронный двигатель 

1FK7 с резольвером

1FT6 с абсолютным датчиком 2048 S/R

Векторное управление не является рабочим режимом для синхронных двигателей 1FK7/1FT6.

Цикл управления

125 μсек

125 μсек

Общее время нарастания (время нарастания + мертвое время)
(rise time + dead time)

1.7 мсек
(0.7 + 1)

1.5 мсек
(0.5 + 1)

 В рабочем скоростном диапазоне 50 об/мин и выше для резольвера.
Настройки по умолчанию для PROFIBUS DP – мертвое время 1 мс.

Характерная угловая частота -3 дБ

650 Гц

900 Гц

В данном случае динамический ответ определяется в первую очередь типом датчика положения.

Колебания момента

3 % от M₀

0.6 % от M₀

В рабочем скоростном диапазоне от 20 об/мин до рассчетной скорости.
Колебание в  < 1% возможно для абсолютного датчика  ≤ 1 об/мин.
Не возможно с резольвером.

Точность момента

± 1.5 % от M₀

± 1.5 % от M₀

Измеренное значение усредняется за 3 сек.

С идентификацией двигателя и компенсацией трения.
По моменту режим работы до ± M₀.
Рабочий скоростной диапазон 1:10 до рассчетной скорости
Замечание: Внешние факторы такие как температура двигателя могут вызывать дополнительные отклонения (примерно) ± 2.5%.
Приблизительно ± 1% меньшей точности при ослаблении поля.

Асинхронный двигатель

1PH7 без датчика положения

1PH7 с инкрементальным датчиком 1024 S/R

1PH7 без датчика положения

1PH7 с инкрементальным датчиком 1024 S/R

Цикл управления

125 μсек

125 μсек

250 μсек

250 μсек

Общее время нарастания (время нарастания + мертвое время)
(rise time + dead time)

–

1.8 мсек
(0.8 + 1)

3 мсек

(2 + 1)

2.3 мсек

(1.2 + 1)

В бездатчиковом режиме в рабочем скоростном диапазоне 1:10, с датчиком от 50 об/мин и выше до рассчетной скорости.
Настройки по умолчанию для PROFIBUS DP – мертвое время 1 мс.

Характерная угловая частота -3 дБ

–

600 Гц

250 Гц

400 Гц

В бездатчиковом режиме в рабочем скоростном диапазоне 1:10.
Динамический ответ определяется типом датчика.

Колебания момента

–

1.5 % от M_rated

2 % от M_rated

2 % от M_rated

В бездатчиковом режиме в рабочем скоростном диапазоне 1:20, с датчиком от 20 об/мин и выше до рассчетной скорости.

Точность момента

–

± 3.5 % от M_rated

± 2 % от M_rated

± 1.5 % от M_rated

Измеренное значение усредняется за 3 сек.

С идентификацией двигателя и компенсацией трения, введенной компенсацией температуры с помощью KTY84 и моделью веса.
По моменту режим работы до ± M rated.
Приблизительно  ± 2.5 меньшей точности при ослаблении поля.

Сервоуправление: Рабочий скоростной диапазон 1:10 до рассчетной скорости.
Векторное управление: Рабочий скоростной диапазон 1:50 до рассчетной скорости

Синхронный двигатель

1FK7 с резольвером 

1FT6 с абсолютным датчиком 2048 S/R

Векторное управление не является рабочим режимом для синхронных двигателей 1FK7/1FT6.

Цикл управления

125 μсек

125 μсек

Общее время нарастания (время нарастания + мертвое время)
(rise time + dead time)

4.5 мсек
(3.5 + 1)

3.3 мсек
(2.3 + 1)

В бездатчиковом режиме в рабочем скоростном диапазоне 1:10, с датчиком от 50 об/мин и выше до рассчетной скорости.
Настройки по умолчанию для PROFIBUS DP – мертвое время 1 мс.

Характерная угловая частота -3 дБ

140 Hz

250 Hz

Динамический ответ определяется типом датчика.

Колебания скорости

См. примечание

См. примечание

В первую очередь определяется инерционным моментом всей массы, колебание крутящего момента и, особенно, механической конфигурацией.
Таким образом, невозможно указать стандартное значение.

Точность скорости

≤ 0.001 % от n_rated

≤ 0.001 % от n_rated

В первую очередь, определяется разрешением отклонений системы управления и оценкой датчика в преобразователе. Внедрено на 32-битной основе для SINAMICS.

Асинхронный двигатель

1PH7 без датчика

1PH7 с инкрементальным датчиком 1024 S/R

1PH7 без датчика

1PH7 с инкрементальным датчиком 1024 S/R

Цикл управления

125 μсек

125 μсек

250 μсек

250 μсек

В бездатчиковом режиме в рабочем скоростном диапазоне 1:10, с датчиком от 50 об/мин и выше до рассчетной скорости.
Настройки по умолчанию для PROFIBUS DP – мертвое время 1 мс.

Общее время нарастания (время нарастания + мертвое время)
(rise time + dead time)

13 мсек
(12 + 1)

5 мсек
(4 + 1)

12 мсек
(11 + 1)

8 мсек
(7 + 1)

Во время работы без датчика в рабочем скоростном диапазоне 1:10.

Динамический ответ повышается за счет обратной связи с датчиком.
Сервоуправление с датчиком немного более предпочтительнее чем векторное управление с датчииком, поскольку цикл контроллера скорости с сервоуправлением быстрее.

Характерная угловая частота -3 дБ

40 Гц

120 Гц

50 Гц

80 Гц

Во время работы без датчика в рабочем скоростном диапазоне 1:10, с датчиком от 50 об/мин до рассчетой скорости.
Настройки по умолчанию для PROFIBUS DP – мертвое время 1 мс.

Колебания скорости

См. примечание

См. примечание

См. примечание

См. примечание

В первую очередь определяется инерционным моментом всей массы, колебание крутящего момента и, особенно, механической конфигурацией.
Таким образом, невозможно указать стандартное значение.

Точность скорости

0.1 × f_slip

≤ 0.001 % от n_rated

0.05 × f_slip

≤ 0.001 % от n_rated

Без датчика: Прежде всего, определяется точностью расчетной модели для тока, обеспечивающего крутящий момент, и расчетным сдвигом асинхронного двигателя (см. таблицу «Стандартные значения сдвига»).
Для скоростного рабочего диапазона 1: 50 (векторное управление) или 1:10 (сервоуправление) с оценкой активной температуры.

Синхронный двигатель

1FT6 Большие Серво, 1PH8 без датчика

1FT6 Большие Серво, 1PH8 с абсолютным датчиком 2048 S/R

Векторное управление не является рабочим режимом для синхронных двигателей 1FT6 Большие Серво.

Цикл управления

250 μсек

250 μсек

Общее время нарастания (время нарастания + мертвое время)
(rise time + dead time)

–

2.2 мсек
(1.2 + 1)

Настройки по умолчанию для PROFIBUS DP – мертвое время 1 мс.

Характерная угловая частота -3 дБ

–

400 Гц

Динамический ответ определяется  типом датчика обратной связи.

Колебания момента

–

1.3 % of M₀

Колебания в  < 1 % возможны с абсолютным датчиком при ≤ 1 об/мин.
Не возможно с резольвером.

Точность момента

–

± 1.5 % of M₀

Измеренное значение усредняется за 3 сек.

С идентификацией двигателя и компенсацией трения.
По моменту режим работы до ± M 0.
Рабочий скоростной диапазон 1:10 до рассчетной скорости
Замечание: Внешние факторы такие как температура двигателя могут вызывать дополнительные отклонения (примерно) ± 2.5%.
Приблизительно ± 1% меньшей точности при ослаблении поля.

Асинхронный двигатель

1PH7/1PH8 без датчика

1PH7/1PH8 с инкрементальным датчиком
1024 S/R

1PH7/1PH8 без датчика

1PH7/1PH8 с инкрементальным датчиком
1024 S/R

Цикл управления

250 μсек

250 μсек

250 μсек

250 μсек

Общее время нарастания (время нарастания + мертвое время)
(rise time + dead time)

–

2.6 мсек
(1.6 + 1)

3.5 мсек
(2.5 + 1)

2.6 мсек
(1.6 + 1)

В бездатчиковом режиме в рабочем скоростном диапазоне 1:10, с датчиком от 50 об/мин и выше до рассчетной скорости.
Настройки по умолчанию для PROFIBUS DP – мертвое время 1 мс.

Характерная угловая частота -3 дБ

–

350 Гц

200 Гц

300 Гц

В бездатчиковом режиме в рабочем скоростном диапазоне 1:10.
Динамический ответ определяется типом датчика.

Колебания момента

–

2 % от M_rated

2.5 % от M_rated

2 % от M_rated

В бездатчиковом режиме в рабочем скоростном диапазоне 1:20, с датчиком от 20 об/мин и выше до рассчетной скорости.

Точность момента

–

± 3.5 % от M_rated

± 2 % от M_rated

± 1.5 % от M_rated

Измеренное значение усредняется за 3 сек.

С идентификацией двигателя и компенсацией трения, введенной компенсацией температуры с помощью KTY84 и моделью веса.
По моменту режим работы до ± M rated.
Приблизительно  ± 2.5 меньшей точности при ослаблении поля.

Сервоуправление: Рабочий скоростной диапазон 1:10 до рассчетной скорости.
Векторное управление: Рабочий скоростной диапазон 1:50 до рассчетной скорости. 

Синхронный двигатель

1FT6 Большие Серво, 1PH8 без датчика

1FT6 Большие Серво, 1PH8 с абсолютным датчиком 2048 S/R

Векторное управление не является рабочим режимом для синхронных двигателей 1FT6 Большие Серво.

Цикл управления

250 μсек

250 μсек

Общее время нарастания (время нарастания + мертвое время)
(rise time + dead time)

–

6 мсек
(5 + 1)

­

В бездатчиковом режиме в рабочем скоростном диапазоне 1:10, с датчиком от 50 об/мин и выше до рассчетной скорости.
Настройки по умолчанию для PROFIBUS DP – мертвое время 1 мс.

Характерная угловая частота -3 дБ

–

100 Гц

Динамический ответ определяется  типом датчика обратной связи.

Колебания скорости

–

См. примечание

В первую очередь определяется инерционным моментом всей массы, колебание крутящего момента и, особенно, механической конфигурацией.
Таким образом, невозможно указать стандартное значение.

Точность скорости

–

≤ 0.001 % от n_rated

В первую очередь, определяется разрешением отклонений системы управления и оценкой кодировщика в преобразователе. Внедрено на 32-битной основе для SINAMICS.

Асинхронный двигатель

1PH7/1PH8 без датчика

1PH7/1PH8 с инкрементальным датчиком
1024 S/R

1PH7/1PH8 без датчика

1PH7/1PH8 с инкрементальным датчиком 1024 S/R

Цикл управления

250 μсек

250 μсек

250 μсек

250 μсек

Общее время нарастания (время нарастания + мертвое время)
(rise time + dead time)

21 мсек
(20 + 1)

8 мсек
(7 + 1)

14 мсек
(13 + 1)

12 мсек
(10 + 1)

Во время работы без датчика в рабочем скоростном диапазоне 1:10, во время работы с датчиком от 50 об/мин и выше до значения расчетной скорости.
Настройки по умолчанию для PROFIBUS DP – мертвое время 1 мс.

Характерная угловая частота -3 дБ

25 Гц

80 Гц

35 Гц

60 Гц

Во время работы без датчика в рабочем скоростном диапазоне 1:10. Динамический ответ повышается за счет обратной связи с датчиком.
Сервоуправление с датчиком немного более предпочтительнее чем векторное управление с датчиком, поскольку цикл контроллера скорости с сервоуправлением быстрее.

Колебания скорости

См. примечание

См. примечание

См. примечание

См. примечание

В первую очередь определяется инерционным моментом всей массы, колебание крутящего момента и, особенно, механической конфигурацией.
Таким образом, невозможно указать стандартное значение.

Точность скорости

0.1 × f_slip

≤ 0.001 % от n_rated

0.05 × f_slip

≤ 0.001 % от n_rated

Без датчика: Прежде всего, определяется точностью расчетной модели для тока, обеспечивающего крутящий момент, и расчетным сдвигом асинхронного двигателя (см. таблицу «Стандартные значения сдвига»).
Для скоростного рабочего диапазона 1: 50 (векторное управление) или 1:10 (сервоуправление) с оценкой активной температуры.

< 1 кВт

6 % от n_rated
то есть для двигателя при 1500 об/мин: 90 об/мин

Значения колебаний для асинхронного двигателя 1PH7 аналогичны стандартным двигателям

< 10 кВт

3 % от n_rated
то есть для двигателя при 1500 об/мин: 45 об/мин

< 30 кВт

2 % от n_rated
то есть для двигателя при 1500 об/мин: 30 об/мин

< 100 кВт

1 % от n_rated
то есть для двигателя при 1500 об/мин: 15 об/мин

> 500 кВт

0.5 % от n_rated
то есть для двигателя при 1500 об/мин: 7.5 об/мин

Сервоуправление

125 μсек

3

6

Плюс один модуль питания (SLM, ALM).
Количество осей применяется только к базовой функциональности.
Без расширенного канала установок.
Обратите внимание на рабочие характеристики блока питания, если это требуется.

250 μсек

3

6

Векторное управление

250 μсек

1

2

Плюс один модуль питания (SLM, ALM).
Количество осей применяется только к базовой функциональности.
Расширенный канал установок включен в качестве стандартного.
Обратите внимание на рабочие характеристики блока питания, если это требуется.

400 μсек

2

4

V/f управление

250 μсек

2

4

Плюс один модуль питания (SLM, ALM).
Количество осей применяется только к базовой функциональности.
Расширенный канал установок включен в качестве стандартного

400 μсек

3

6

500 μсек

4

8

Смешанные операции

Сервоуправление плюс V/f  управление

125 μсек+ 250 μсек/400 μсек

–

5

Максимально 2 V/f оси с контроллером текущего цикла 250 μs, в других случаях делится согласно требованиям.

Векторное управление плюс V/f управление

250 μсек/400 μсек

1/2

2/4

Смешанная эксплуатация с векторным управлением и управлением напряжением/частотой не отличается от эксплуатации с чисто векторным управлением.

Сервоуправление, векторное управление

(требуемая макс. частота/скорость на выходе)

100 Гц соответствует:

3000 об/мин для Z_p = 2
1500 об/мин для Z_p p = 4
428 об/мин для Z_p = 14
352 об/мин для Z_p = 17

1.25 кГц

Z _p количество пар полюсов двигателя.

В асинхронных двигателях 1PH7(индукционных двигателях) их 2.
В синхронных двигателях 1FK7/1FT6 от 2 до 4 пар полюсов.
Моментные двигатели с высотой оси < 200 имеют 14 пар полюсов, а двигатели с высотой оси ≥ 200 имеют 17 пар полюсов

.

160 Гц соответствует:

4800 об/мин для Z_p = 2
2400 об/мин для Z_p = 4
685 об/мин дляZ_p = 14
565 об/мин для Z_p = 17

2 кГц

200 Гц соответствует:

6000 об/мин для Z_p = 2
3000 об/мин для Z_p = 4
856 об/мин для  Z_p = 14
704 об/мин для Z_p = 17

2.5 кГц

300 Гц соответствует:

9000 об/мин для Z_p = 2
4500 об/мин для Z_p = 4
1284 об/мин для Z_p = 14
1056 об/мин для Z_p = 17

4 кГц

400 Гц соответствует:

12000 об/мин для Z_p = 2
6000 об/мин для Z_p = 4

4 кГц

Внимание:
Только для сервоуправления с двигателями 1FT6/1FK7.
Для развития более высоких скоростей обратите внимание на требования к ослаблению поля и подходящую систему датчика.

Управление напряжением/частотой

(требуемая макс. частота/скорость на выходе)

100 Гц соответствует:

6000 об/мин для Z_p = 1
3000 об/мин для Z_p = 2

1.25 кГц

Управление напряжением/частотой разработано только для асинхронных двигателей (индукционных двигателей) и двигателей SIEMOSYN.

Z _p количество пар полюсов двигателя.

В стандартных асинхронных двигателях (индукционных двигателях) 1LA/1LG количество пар полюсов составляет от 1 до 4.
В двигателях SIEMOSYN от 1 до 2 пар полюсов, а в двигателях с большей высотой оси – 3 пары.

160 Гц соответствует:

9600 об/мин для Z_p = 1
4800 об/мин для Z_p = 2

2 кГц

200 Гц соответствует:

12000 об/мин для Z_p = 1
6000 об/мин для Z_p = 2

2.5 кГц

300 Hz соответствует:

18000 об/мин для Z_p = 1
9000 об/мин для Z_p = 2

4 кГц

400 Hz соответствует:

24000 об/мин для Z_p = 1
12000 об/мин для Z_p = 2

4 кГц

Требования динамического ответа (текущго цикла контроллера)

125 μсек
250 μсек

400 μсек
500 μсек

4 кГц
2 кГц
2.5 кГц
1 кГц

Для сервоуправления минимальная частота пульсации должна составлять 2 кГц.