Regulator lahko nastavljamo pre- ko integrirane- ga vmesnika ali s PC-raïunalni- kom preko serij- ske komunika- cije. Funkcional- na shema ele- mentov uïila je prikazana na sli- ki 2. Krmilna omarica omogoïa vklop in izklop moïi ter upravljanje uïila s preklopnimi sti- kali in potencio- metrom. Stikala, potenciometer, tuljava releja za zavoro in kontrolni prikljuïki regu- latorja so zvezani na uporabniku dostopne sponke in omogoïajo hitre spremembe konfiguracij krmiljenja. Namesto kontrolnih elementov v krmilni omarici lahko za upravljanje 376 Ventil 14 /2008/ 4 IZOBRAŽEVANJE Mehatronska učila za prikaz delovanja elektromotornih pogonov Uvod V letu 2007 je podjetje PS, d. o. o., Logatec, za potrebe izobraževalnih programov na podroïju mehatronike v slovenskih šolah razvilo paleto uïil za prikaz delovanja elektromotornih pogonov [1]. Skupaj s podjetjem Virles, d. o. o., smo uspeli na razpisu Ministrstva za šolstvo in šport Repu- blike Slovenije za dobavo opreme za mehatroniko v srednje in višje šole. Paleta uïil zajema štiri osnovne tipe elektriïnih motorjev – klasiïni asinhronski motor, koraïni motor, enosmerni servomotor in brezkrtaïni izmeniïni servomotor ter dve merilni enoti: inkrementalni rotacijski dajal- nik za meritve zasuka in tahogenera- tor za meritve hitrosti vrtenja. Motorji so dopolnjeni z ustreznimi elek- tronskimi krmilniki in mehanskimi elementi, tako da tvorijo samostojne enote. Mehatronska uïila so naïrto- vana tako, da so varna za uporabo in se lahko med seboj kombinirajo, da so modularna. Uïila so podrobneje predstavljena v nadaljevanju. Asinhronski motor s frekvenÏnim regulatorjem To uïilo je namenjeno spoznavanju delovanja klasiïnih asinhronskih motorjev in krmiljenju teh motorjev s frekvenïnim pretvornikom (slika 1). Asinhronski motor je trofazni, 4-polni motor s prigrajeno zavoro in zmore 0,55 kW moïi. Frekvenïni regulator Commander SK omogoïa priklop na enofazno omrežno napetost 230 V in uporablja odprtozanïno vektor- sko regulacijo. Motor lahko deluje v hitrostnem ali momentnem naïinu. Funkcionalnost frekvenïnega regula- torja je dopolnjena še z moduloma za dodatne vhodno/izhodne linije SM- I/O Lite in komunikacijo Profibus-DP. Ivan VENGUST Dr. Ivan Vengust, univ. dipl. inž., PS, d. o. o., Logatec; Univerza v Ljubljani, Fakulteta za strojništvo Slika 1. Asinhronski motor s frekvenÏnim krmilnikom Slika 2. Funkcionalna shema uÏila ´asinhronski motor s frekvenÏnim regula- torjem´ uïila uporabimo zunanji PLC-krmil- nik. Motor je pritrjen na univerzalno montažno plošïo Rexroth. KoraÏni motor s krmilnikom To uïilo je namenjeno spoznavanju delovanja in krmiljenja koraïnih motorjev. Sestavljeno je iz hibridne- ga koraïnega motorja Isel MS 110, mikrokoraïnega moïnostnega kr- milnika HP8078 in montažnih se- stavnih delov za pritrditev in priklop motorja in krmilnika (slika 3). Upo- rabljeni 1,8º koraïni motor zmore 1,1 Nm držalnega momenta v bipo- larnem naïinu delovanja. Hitrost in rotacijski položaj motorja doloïamo s 5-voltnima signaloma ‘korak’ in ‘smer’. Krmilnik HP8078 omogoïa nastavljanje maksimalnega toka skozi motor, redukcijo toka v mirovanju ter izbiro števila mikrokorakov od 400 do 51.200 korakov na en vrtljaj motorja. Mogoï je priklop na PC- signalom v obmoïju +/–10 V. Motor in regulator sta pritrjena na univer- zalno montažno plošïo Rexroth. Funkcionalna shema elementov uïila je prikazana na sliki 6. Pozicionirna enota To uïilo je namenjeno spoznavanju delovanja in kr- miljenja sodob- nih brezkrtaïnih servopogonov, predvsem v po- zicionirnih apli- kacijah (slika 7). Brezkrtaïni iz- meniïni servo- motor Unimotor FM 075 ima in- tegrirano zavo- ro in pozicijski dajalnik. Zmore trajni/kratko- trajni moment 2,2/6,6 Nm pri 3000 obr./min. Linearno vodi- lo SMC LJ1 pre- tvarja rotaci- jo motorja v li- nearne premi- ke. Ima 600 mm delovnega ho- da in je naïrtova- no za premika- nje bremen z m a s od o3 0k g pri hitrostih do 1000 mm/min. V kompaktnem aluminijastem ohišju ima inte- grirano linear- no vodilo in vi- jaïno vreteno z brezzraïno ma- tico. Pogonski motor je prikljuïen na linearno vo- dilo s parkljasto sklopko. Skrajni legi linearnega vodila omejujeta dve konïni stikali. Servoregulator Unidrive SP1201 omogoïa natanïno hitrostno, pozicijsko ali momentno kontrolo servomotorja. V regulator sta vgrajena PID-regulator in PLC- krmilnik. Omogoïa povezovanje z zunanjimi enotami preko komunika- cije RS485 s protokoloma MODBUS in ANSI. Regulatorju so dodani trije razširitveni moduli: modul za ko- munikacijo Profibus DP, modul za pozicijske dajalnike SM-Universal Encoder Plus in aplikacijski modul SM-Applications. Slednji omogoïa realizacijo zahtevnih aplikacij kar na nivoju regulatorja. V aplikacijski modul je že vgrajena univerzalna aplikacija POZ-PRO [2], ki omo- Slika 3. KoraÏni motor z mikrokoraÏnim krmilnikom Slika 4. Funkcionalna shema uÏila ‘koraÏni motor z mikrokoraÏnim krmil- nikom’ Slika 5. Enosmerni motor s servoregulatorjem in dodatnim merilnikom hitrosti raïunalnik, kjer lahko za upravljanje uporabimo paralelni vmesnik ali kak drugaïen krmilnik. Motor in moï- nostni krmilnik sta pritrjena na uni- verzalno montažno plošïo Rexroth. Funkcionalna shema elementov uïila je prikazana na sliki 4. Enosmerni motor s servoregulatorjem To uïilo je namenjeno spoznavanju delovanja in krmiljenja enosmernih servomotorjev (slika 5). Uporabljeni motor Matador DCM2B30/03 ima prigrajen merilnik hitrosti (tahogenera- tor). Zmore trajni/kratkotrajni moment 0,3/0,98 Nm v obmoïju od 0 do 3000 obr./min. Servoregulator Maestro DCD 60*7/14 lahko napajamo z napetostjo od 20 do 80 V. Hitrost vrtenja motor- ja nastavljamo z analognim vhodnim 377 Ventil 14 /2008/ 4 IZOBRAŽEVANJE goïa pozicijsko upravljanje uïila roïno in avtomatsko. S priloženimi programskimi aplikacijami za PC- raïunalnik (Ctsoft, SyptLite) je preko komunikacije mogoïe parametri- ranje in programiranje regulatorja ter spremljanje parametrov med izvajanjem gibov (Ctscope). Funkcio- nalna shema elementov uïila je prikazana na sliki 8. Krmilna omarica omogoïa vklop in izklop moïi ter upravljanje uïila s preklopnimi stikali in potenciome- trom. Stikala, potenciometer, tuljava releja za zavoro in kontrolni prikljuïki regulatorja so zvezani na uporabniku dostopne sponke in omogoïajo hitre spremembe konfiguracije krmiljenja. Motor in pozicionirna enota sta pritrjena na univerzalno montažno plošïo Rexroth. Uïilo je zaradi izredno prilagodlji- vega digitalnega krmilnika mogoïe uporabiti na razliïne naïine. Sistem lahko skonfiguriramo za sa- mostojno obratovanje, brez dodat- nega zunanjega krmilnika. Upo- rabiti moramo aplikacijski modul in mu s programom doloïiti naïin delovanja. Program POZ-PRO [2] je univerzalen, že naložen v aplikacijski modul. Izdelan je bil z namenom, da se na enostaven naïin realizirajo osnovni naïini pozicijskega krmi- ljenja. Stikala na krmilni omarici so v tem naïinu zvezana na vhodne sponke regulatorja Unidrive SP in aplikacijskega modula in omogoïajo preklope med tremi naïini delovanja: iskanje niïelne lege linearne enote, roïno upravljanje in avtomatsko upravljanje. S parametri regulatorja doloïamo želene hitrosti in pozicije. Parametre lahko spreminjamo roïno s tipkovnico in prikazovalnikom na re- gulatorju ali pa preko komunikacijske povezave iz zunanjega krmilnika. îe odstranimo aplikacijski modul, dobimo klasiïni naïin uporabe ser- vopogona: vhodna hitrostna referen- ca doloïa želeno hitrost vrtenja ser- vopogona, povratni pozicijski signal nam daje trenutno lego servopogona. Hitrostna referenca je lahko analogni ali digitalni signal. Servopogon v tem naïinu krmilimo z zunanjim CNC- ali pozicijskim krmilnikom, ki zapira pozicijsko povratno zanko. Servopogon lahko upravljamo podob- no kot koraïne motorje s signaloma ‘korak’ in ‘smer’. Uporabiti moramo razširitveni modul SM-Universal En- coder Plus. Signala ‘korak’ in ‘smer’ v tem naïinu doloïata hitrost in želeno pozicijo servopogona. Pozicijska zanka je zaprta znotraj regulatorja, zato servopogon ne spregleda nobe- nega vhodnega impulza. Resolucijo pulzov doloïimo s parametri regula- torja v širokem obmoïju. Prikazani so bili trije naïini uporabe pozicionirne enote, ki pokrivajo veïi- no tipiïnih aplikacij servopogonov. Poleg teh so možne še številne druge variante, ki izkorišïajo digitalno za- snovo servokrmilnika in omogoïajo izvedbo široke palete industrijskih aplikacij tega servopogona. ZnaÏilnosti Pri naïrtovanju mehatronskih elek- tromotornih uïil je bilo zaradi spe- cifiïne uporabe v šolah posveïene veliko pozornosti varnosti delovanja naprav. Dostop do rotacijskih ele- mentov pogonov z veïjimi moïmi je onemogoïen, pri vseh elementih, kjer obstaja varnostno tveganje, so namešïeni opozorilni simboli, viso- konapetostni elementi so nedostopni, uïila z moïnejšimi motorji imajo gobico za izklop v sili. Drug princip, ki je bil upoštevan pri naïrtovanju, je modularnost posa- meznih elementov. Uporabnost uïil se precej poveïa, ïe je posamezna uïila med seboj mogoïe kombinira- ti. Višine osi motorjev in merilnikov so enake, sklopke so izbrane tako, da so kompatibilne za vse tipe osi, elementi so pritrjeni na univerzalne montažne plošïe. Tako lahko npr. za Slika 6. Funkcionalna shema uÏila ‘enosmerni motor s servoregulatorjem’ Slika 7. Pozicionirna enota – servoregulator, izmeniÏni brezkrtaÏni servomotor, sklopka in linearna enota 378 Ventil 14 /2008/ 4 IZOBRAŽEVANJE izmenjavo znanja in izkušenj pri upo- rabi teh uïil. Reference [1] P. Butala, J. Marn, M. Petrovïiï, V. Saksida, J. Šink, T. Štular, I. Vengust, M. Vrabl. Mehatronika: mehatronska uÏila za podporo izobraževanju s podroÏja meha- tronike na vseh nivojih. Ljub- ljana: Fakulteta za strojništvo, LAKOS, 2006. [COBISS.SI-ID 9235739] [2] PS, d. o. o., Logatec, Navodila za upravljanje servoregulatorja Unidrive SP s pozicionerjem POZ-PRO, Logatec 2005-2006 (http://ps-log.si/aplikacije.php). latorja preko konfiguracijskih sponk, dostopnih uporabniku. Vsi signali na teh sponkah so nizkonapetostni. Konfiguracijo krmilnika je mogoïe enostavno spremeniti, dodati je mogoïe nova stikala, stikala lahko nadomestimo s signali iz krmilnika ipd. ZakljuÏek Tako zasnova- na mehatronska elektromotorna uïila omogo- ïajo izvedbo ra- zliïnih vaj na šolah z meha- tronskimi prog- rami in postav- ljajo standarde za bodoïe nad- gradnje. Uïila so v šolskem letu 2007/08 zaïeli uporabljati na številnih sloven- skih srednjih in višjih šolah. Zaradi modularnosti so uporabna tudi na drugih podroïjih, na primer v razvojnih oddelkih po- djetij kot testne naprave, naprave za pilotne projekte in podobno. Podjetje PS, d. o. o., Logatec spodbuja tudi pogon linearnega vodila uporabimo tudi koraïni ali enosmerni motor, asinhronski motor lahko uporabimo kot zavoro za brezkrtaïni motor, tahogenerator lahko meri hitrost vr- tenja asinhronskega motorja, z me- rilnikom pozicije lahko nadziramo pravilnost vrtenja koraïnega motorja (slika 9). Za modularnost je poskrbljeno tu- di pri elektriïnih povezavah. Uïila z upravljalnimi elementi (stikala, potenciometer, tuljava releja za za- voro, limitna stikala) imajo slednje zvezane na prikljuïne sponke regu- Slika 8. Funkcionalna shema uÏila ‘pozicionirna enota’ Slika 9. Povezovanje razliÏnih uÏil – koraÏnemu motorju sta dodana tahogenerator in inkrementalni merilnik pozicije 379 Ventil 14 /2008/ 4 IZOBRAŽEVANJE