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工业伺服驱动器的保护设计方案
 

【作者: 戴泰初】2015年07月29日 星期三

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伺服驱动技术作为数位控制机床、工业机器人及工业自动化的关键技术之一,普遍受到市场的关注。微处理器技术、电力电子技术、网路技术和控制技术的发展,也为伺服驱动技术奠定了进一步发展的良好基础。如果说20世纪90年代是伺服驱动系统实现全数位化、智慧化和网路化的10年。那么,随着德国提出的工业4.0概念,工业4.0时代的工业自动化将在原有自动化技术和架构下,实现从集中式控制到分散式增强型控制的基本模式转变,让感测器以至网际网路通讯设备能够无缝地对接,从而建立一个高度灵活、个性化和数位化的生产模式。在这种模式下,生产自动化技术可通过自我诊断、自我修正和各种功能软体,让设备更具有智慧,以便为工人提供更好的辅助以促进生产。


作为工业自动化重要一环的伺服驱动器(servo drives)又称为「伺服控制器」和「伺服放大器」,是用来控制伺服电机的一种控制器,也属于伺服系统的一部分,主要是应用于高精度的定位系统,一般是通过位置、速度和力矩三种方式对伺服马达进行控制,实现高精度的传动系统定位,进而可以控制机器人,从而实现工业自动化。


伺服驱动器控制电机运转必须要有电源动力线和电机编码器线。具体就是要有DC24V电源线、位置控制讯号线、速度控制讯号线、扭矩控制讯号线和以及其他输入输出控制线。伺服驱动器以DC24V提供电源,由于电源在后端负载出现过流以及短路时,都需要保护,而TE公司的PolySwitch可实现可恢复的过流保护,当故障排除时,只要将PolySwitch断电就可以实现复位,避免了像一次性熔丝(fuse)那样,一旦过流断开就需要维修的困境。


对于伺服驱动器的各类输出讯号线,由于工业现场接线环境较恶劣而且接线工作量较大,难免会有接线错误的情况发生,往往会将有功率限制的I/O埠误接短路,造成埠过流而烧毁,因此伺服驱动器的每个输出埠都有必要采用有过流保护措施的设计,将自恢复保险丝PolySwitch放在每个输出埠处,以避免误接短路事故的发生。这样,如果除错人员在现场不小心将输出埠错接或短路,自恢复保险丝PolySwitch将会立刻启动保护,限制输出埠的工作电流以保护伺服驱动器的I/O板。当故障排除,自恢复保险丝PPTC又很快自动恢复到低阻值状态,伺服驱动器又可以恢复正常工作了。


伺服控制器可以通过自动化介面很方便地进行操作模组和现场汇流排模组的转换,同时使用不同的现场汇流排模组实现不同的控制模式,这些汇流排包括RS232和RS485。 RS232和RS485汇流排也需要保护,对于需要在户外应用的汇流排,需要设计防雷保护。对于不同的防雷保护等级,TE电路保护部都有相对应的一整套完整方案。 对于等级相对较高的雷击,可以用两极保护的方案,PPTC可以实现耦合和过流保护的功能;对于在室内使用的RS232和RS485汇流排,PPTC可以实现有效的过流保护功能。


(本文作者戴太初任职于 TE公司电路保护部)


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