AX5000 | 数字式紧凑型伺服驱动器

EtherCAT 驱动器

Beckhoff AX5000 系列伺服驱动器开创了驱动性能的新标准。这种全新系列的伺服驱动器除了支持单通道和多通道技术之外,更在性能和经济性方面得到了飞跃。它所集成的快速控制技术使得电流控制周期最快可达 31.25 μs,支持快速及高动态性定位任务。此款驱动器采用 EtherCAT 作为高性能通讯系统,为基于 PC 的控制技术提供了一个理想的平台,同时,它还支持与其它现场总线系统的连接。

这种双通道伺服驱动器提供了更高的安装密度和更经济的单通道成本。该伺服驱动器结构紧凑,安装方便、安全,采用灵活的“AX-Bridge”快速连接系统,控制柜装配工作非常简便。

技术亮点

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

AX5000 | 系统概览

AX5000 系列伺服驱动器进一步补充了 Beckhoff 驱动器产品系列,是适用于高速、高动态性定位任务的全新一代驱动器。它所采用的通用驱动理念几乎可满足任何应用和系统要求。

 

AX51xx | 单通道伺服驱动器

 

AX52xx | 双通道伺服驱动器

 

 

AX5xxx | 系统模块

 

AX5001 | 直流母线扩展模块

 

AX5021 | 制动模块

 

AX5041 | 能量恢复模块

 

AX59xx | AX-Bridge 模块

AX5000 | 高速伺服驱动器

高速控制算法

AX5000 系列是专为高速、高动态定位任务而设计的伺服驱动器:

 

高速 EtherCAT 系统通讯

AX5000 是专为 EtherCAT(实时以太网系统)开发的。EtherCAT 的卓越性能特别有益于驱动技术:

 

带可变电机输出分配的双通道伺服驱动器

AX5000 系列的一大亮点就是它的双电源部分,使得一个伺服驱动器可以驱动两个相同或不同容量的电机。例如,一个 2 x 6 A 的伺服驱动器可以驱动一个额定电流为 3 A 的异步电机和一个额定电流为 9 A 的直线电机。总电流的大小和设备的利用相关。

 

优化用于多轴应用

在一个多轴系统中,采用 AX5000-Bridge 系统,可以通过可插拔式连接模块快速、简便地连接多个 AX5000 设备:

 

直流母线和制动能量管理

通过 AX-Bridge,直流母线自动地连接在一起:这样就能够确保经济地实现能量平衡。然而,直流母线由电子开关控制,直到容量不够时才会被所有的设备关闭。这就避免了不必要的平衡电流和相关的额外设备预热能量消耗。

 

制动电阻

集成的制动电阻在大多数应用场合下都是足够的。在多轴系统中,所有制动电阻具有完全的制动能力。通过制动模块,可以连接最大容量达 6 kW 的外部平稳电阻,能够满足最苛刻的应用要求。

AX5000 | 全能型伺服驱动器

多种电机接口选择

AX5000 提供了灵活、通用的接口选项,支持几乎所有的反馈系统和电机类型。AX5000 支持伺服电机电子铭牌(电机机械及电子相关数据),简化了调试和操作过程。AX5000 具有高度灵活性,支持各种电机类型;可连接不同尺寸和类型的电机,无需借助任何额外措施,例如:

 

多反馈接口

AX5000 支持任何应用场合中的适当反馈系统:

 

灵活的电机电流测量

通过高分辨率的量程规范,伺服驱动器可以实现可调节、宽范围的电机电流测量。一个 6 A 的放大器可以驱动一个 1 A 的电机,而不会降低测量分辨率。最重要的参数是总设备电流:12 A = 2 x 6 A 或 1 x 3 A + 1 x 9 A。

 

 

高速捕获输入

每个 AX5000 伺服驱动器集成有 8 个额外的可编程数字量 I/O:

 

诊断和参数显示

AX5000 装有一个带背光的显示器(分两行纯文本显示)。通过这个显示器可以在现场实现快速的设备诊断和维护。在两通道的设备中,轴标识也可以显示。导航按钮使得操作诊断显示简单、方便。

 

宽电压范围

AX5000 可与全球各种电压规格系统连接,无需额外组件,如日本市场上的的 1 x 100 V AC 或北美的 3 x 480 V AC。对机械制造商来说,这就显著减少了库存管理开支,也将因不正确的主回路连接造成的损害风险降到最低。

AX5000 | 集成的安全性

集成电源滤波器

设备集成了电源滤波器,24 V 辅助电源可以直接从主回路操作。主回路电缆无需额外的屏蔽。

 

集成了安全功能(可选)

提供多种选项卡,以用于不同的安全种类。

 

重启锁

可选的 AX5801 卡为人员的安全提供保护,以防止驱动轴突然启动带来的人身伤害:

 

TwinSAFE:智能安全功能

使用可选的 AX5805 卡,可以通过数字量 I/O 连接一个独立的、与安全相关的驱动轴或连接一个完全集成到 Beckhoff 安全 I/O 系统中的驱动轴,满足安全种类 3。

 

电源故障时的系统安全停止

电源故障可能会导致驱动轴飞车,即线性轴或上升轴会失去控制,撞击限位挡块。AX5000 的 24 V DC 电源有两个通道,因此可以使用单独的电源来控制电子元件和制动控制单元。这样就可以通过工业 PC 的 UPS 来缓冲控制电子元件的电源电压,直到所有轴安全停止。

 

结构紧凑,简化了控制柜安装工作

使用 AX5000 系列伺服驱动器,可以通过 AX-Bridge 模块简单、快速地连接几个驱动器来组建一个多轴系统。可插拔式电源模块和连接模块将电源电压、直流母线和 24 V DC 控制和制动电压结合在一起。这样可以实现快速安装和调试。系统由以下组件组成:

 

多种冷却方案

使用专门开发的散热片,可以通过自然对流运转 AX5000,无需风扇,额定电流最大 2 x 3 A。具有较高输出特点的设备集成了控制温度的通风装置。AX5000 的后部可设计成带一个冷却盘,这样就可直接安装在普通的冷却系统上了。

高性能 EtherCAT 驱动器

AX5000 系列是为 EtherCAT 实时以太网系统而量身打造的伺服驱动器。EtherCAT 的卓越性能特别有益于驱动技术:它们拥有很短的周期时间和良好的同步性及同时性。即使通讯网络中连接了大量的设备,通过 EtherCAT 仍然能够实现极短的周期时间。通常来说,在 125 μs 的周期时间内可以完成与 100 多个驱动器进行的设定值和实际值的循环交换。此外,AX5000 在“一般”周期时间内也能表现的非常出色,因为 EtherCAT 在方面没有特别的限制。

EtherCAT 从站控制器中的分布式时钟可以确保高同步性(低抖动)和良好的同时性(无时间差)。这两个数值都明显小于 1 μs。同步性对每个轴来说至关重要,因此,它们自身的子控制回路可以以所需的精度与循环信号同步。而良好的同时性还确保了分布的轴能够同时运行,以完成同一个任务。

 

高速控制算法

 

熟悉的驱动协议

SERCOS 接口是一种在全球都得到广泛使用和认可的高性能实时通讯接口,特别适用于运动控制应用场合。适用于伺服驱动器的 SERCOS 协议在 IEC 61491 中被标准化。该协议也用于 EtherCAT 并在 AX5000 中实现。这表示,对于使用过 SERCOS 的用户来说,该驱动协议并不陌生,因为过程数据的布局和 IDN 参数以及状态机都保留下来了。因此,AX5000 将人们所熟知的驱动接口和各种 EtherCAT 功能完美地结合在一起。

 

通过 EtherCAT 通讯,符合 IEC/PAS 62407 规范

 

灵活多样的拓扑结构

总线形、树形或星型:EtherCAT 支持几乎所有拓扑结构。用于现场总线的总线型或树形结构现在仍然适用于以太网总线。与串联交换机或集线器不同,它在节点数量方面没有限制。两个设备之间的电缆长度为 100 m,每个网段最多可以容纳 65,535 个节点,网络大小几乎无限。EtherCAT 也非常适用于物流和输送系统应用场合。

将总线和分支结构结合特别有助于系统布线。此外,EtherCAT 还支持网段的热连接技术,系统的部分设备可以灵活关闭。

 

低连接成本

联网费用主要源于主站和从站的连接费用、基础设施费用以及网络接线和调试费用。EtherCAT 在这些方面都有明显优势:作为唯一一个真正意义上的以太网网络,EtherCAT 在主站中不再需要带通讯处理器的特殊板卡,也就是说,当前市面上普通的以太网卡即可满足要求。从站中则使用低成本的从站控制器芯片,该芯片已集成在 AX5000 上,无需额外付费。EtherCAT 无需昂贵的连接器或交换机等基本组件。因此,也就不再需要额外的接线和参数设置。使用 EtherCAT,网络调试也很便捷:地址自动分配,无需手动设置。得益于 EtherCAT 所提供的高性能,AX5000 不再像其它系统一样需要网络调试了。

 

诊断简单方便

现场总线系统的经验表明,系统的运行时间和调试时间很大程度上取决于系统的诊断能力。只有准确、快速地检测到故障并精确定位后才能及时解决故障。因此,在 EtherCAT 的研发过程中,特别考虑到系统的一些典型诊断功能。除断点检测和定位外,通讯协议、传输物理层以及 EtherCAT 系统的拓扑结构都能对每个独立的传输段进行质量监控。可检测并定位 EMC 干扰、有缺陷的插入式连接器或损坏的电缆等不断变化的错误来源,即使它们尚未对网络的自愈能力产生过度影响。

TwinSAFE:集成的安全性

迄今为止,机器运动对操作人员和维护人员来说都是极其危险的。对任何一个生产厂家来说,从机器试车开始直到退役,最重要的就是要保护任何与机器有接触的人员在任何时候任何操作阶段都不会受到伤害。集成式控制和安全技术是实现安全和经济自动化的先决条件。为实现安全和驱动技术的集成,Beckhoff 开发了 TwinSAFE 系统来满足安全需求。TwinSAFE 集成了各种自动化功能,包括数字量输入、逻辑系统和驱动或数字量输出。简便的操作、诊断和支持功能可帮助用户快速、安全地实现所需的应用。

 

Safety over EtherCAT

遵循 IEC 61508 开发的协议可通过EtherCAT 甚或通过网关传输。除 EtherCAT 之外,其它诸如 PROFIBUS、CANopen、SERCOS 或 Ethernet 等现场总线系统也可用作传输层。若与 TwinSAFE 产品系列结合起来使用,无需复杂的安全控制即可实施安全技术。

 

TwinSAFE 驱动选项卡

通过 TwinSAFE 选项卡 AX5805 可以实现以下功能:

AX5801:

AX5805: