打破常規：突破重力挑戰，保障生產安全

2023年11月04日

在為垂直龍門和吊車等重型垂直負載應用設計運動控制系統時，操作者的安全保障和操作效率是需要重點關注的兩個點。那么該如何突破現實應用挑戰，實現安全與效率兼顧呢?下面讓我們一起探討應對特定挑戰的有效實踐。

應用挑戰

重力無處不在安全難以保障

當伺服系統中的負載通過重力或彈簧效應儲存勢能時，即使在電機不工作的時候，一個或多個伺服電機也必須絕對穩定，從而可靠地保持部分或全部負載。在大多數工業應用中，這種負載的重量，及由此產生的勢能每天甚至時刻都可能發生很大變化。這給應用也帶來了眾多挑戰：

安全性

與水平應用相比，將這些可變負載減速到停止位置或從停止位置加速，這些負載會大大放大這些力，因為在水平應用中，負載主要由梁、柱和軸承等結構件支撐，而非由電機、傳動裝置、制動器或其他機械元件支撐。負載掉落可能導致產品報廢、操作中斷甚至人身傷害，這是那你絕對承擔不起的。

高效性

此外，由于慣性負載和勢能的變化貫穿在整個生產運行期間和不同的生產運行之間，你希望系統保持同樣的產量。你需要安全的制動控制，以便操作員可以根據需要與生產線交互，而無需關閉設備或屈服于繞過門和籠子等安全功能的限制。你需要一種干擾最小、定期測試安全制動能力的方法。

而重力的無情本性，使所有這些需求都更具挑戰性。因為重力不關心安全，所以你必須把安全放在首位，決不妥協。

接下來，簡單三步，讓你輕松克服重力挑戰

1.正確調整軸承

放棄理想假設

在調整和設置制動參數(如無控制作用區和制動接合時間)時，很容易做出在現實條件下不成立的假設。這些錯誤的假設會導致過度迭代的調整和測試過程，這會拉長你的開發周期，甚至可能導致安全問題。

例如，假設理想的制動延遲時間為零就是錯誤的。為零是不可能的，因為制動器驅動中始終存在延遲和反應時間。當伺服系統從移動負載過渡到將負載保持在固定位置時，會出現無限抖動，因為反饋設備會報告軸位置，并且伺服驅動器會以旨在將其帶到目標位置的電壓和電流命令進行響應。這會持續而迅速地發生。然而，伺服系統本質上是動態的，總是進行微小的調整，永遠不會完全停滯。

在某個點上，你會想要中斷這種抖動，并在機器完成下一個過程時保持負載靜止。此時，伺服系統必須從軸上去掉動力，用制動抱閘來停止運動控制，并保持垂直負載絕對穩定。當再次移動負載時，必然發生相反的情況：系統必須移除制動器并無縫施加轉矩，以在不晃動的情況下加速負載，當然也不能讓負載掉落。

充分考慮延遲

控制命令和制動應用都不是瞬時發生的。設計垂直負載應用時，無論控制和制動系統中的延遲多么小，都要將其納入考慮，這是至關重要的。最初調整驅動器時，最大的挑戰往往是設計工程師無法預見系統將承載的許多不同類型的負載。

工程師們不知道處理一系列較輕和較重負載所涉及的物理原理，所以他們努力調整驅動器，使其能夠在沒有明顯延遲或震動的情況下制動和加速這些負載。此外，軸可能需要在整個班次或周末鎖定并保持穩固，因此控制方法必須絕對可靠。

考慮到這些挑戰，工程師們必須根據正確的最大負載確定尺寸，同時也適當考慮較輕的負載。為了在第一時間做到最大限度地降低風險以及過度測試和重復，關鍵是要將正確的無控制作用區和制動接合時間考慮進去。科爾摩根的工程師們在調整垂直負載方面經驗豐富，他們可以幫助你應用已在各種垂直應用中證明有效的方法。

2.確保可靠運行

要確保持續可靠的運行，需要指定可靠的運動控制系統，這既包括系統的特性又包括其組件。

功能強大安全制動

科爾摩根新一代 AKD2G伺服驅動器中整合了安全制動控制功能，允許運動控制系統將軸移動到位，在以協調方式使用制動器的同時，從伺服電機中移除動力，并將負載牢固固定到位，而無需關閉設備。例如，當操作者需要安全地打開門并在生產線取放東西時，這大大地提高了生產效率。然后，軸可以快速平穩地重新啟動，就像它停止時那樣，而生產可以在幾乎沒有中斷的情況下繼續。

科爾摩根的安全制動控制系統還包括一個服務器安全信號，可用于為單個電機配置兩個制動器。根據客戶需求以及行業指南和監管要求，這提供了確保在任何情況下可靠制動所需的冗余。

安全制動測試功能允許在制動器接合的情況下，從電機施加轉矩來測試電機制動器，監控系統以確保不會發生移動。由于AKD2G驅動器中集成了這種測試功能，因此操作員可以按照自己喜歡的時間表測試制動系統，并且將中斷降至最低。驅動功能安全特性還消除了對依賴于控制器、安全 PLC和驅動器之間復雜且可能容易出錯的集成的外部解決方案的需求。

系統方案全面保障

除了驅動器之外，整個運動控制系統對于可靠運行很重要。例如，電纜通常是事后才指定的。但是通信總線上的劣質電纜容易受到電磁干擾的影響，這會導致反饋問題和位置誤差。未指定正確線規的制動電源線纜可能會導致制動器自動恢復閉合狀態，從而導致意外的制動器貫通和操作問題。