智能驾驶保护他们的马达

侧边栏:智能驱动器如何执行预测性维护

就像科幻小说中自我维护的机器人一样，现代机器变得更加智能，在某些方面也更加人性化。它们正在整合更分散的智能，就像人类的自主神经系统一样运作。例如，这使得包装机可以通过快速反应，以驱动器中处理的错误诊断和反应的形式，保护自己免受昂贵的故障。无需绕道“大脑”或控制系统，智能变频驱动器(vfd)可以在故障发生或生产质量下滑之前诊断机器问题并执行预测性维护。这种天生的智能支持高水平的机器可靠性，可用性，吞吐量和精度。

用于药品和手术器械的包装机-具有高美元价值的产品-可以从智能驱动器中执行的预测性维护提供的增加的正常运行时间中受益。来源:博世力士乐

博世力士乐(Bosch Rexroth)首席工程师拉尔夫•马奎尔(Ralph Maguire)表示:“自动化的一贯目标是提高产量，降低维护成本。”例如，如果监测进给链的扭矩，则可以检查机械系统是否存在过度摩擦或堵塞。如果在滚珠丝杠上监测位置，当旋转方向或扭矩反转时，例如发生齿隙时，可以进行诊断。在机制发生故障并导致故障之前检测到这些变化，可以提示进行计划的纠正。”

博世力士乐销售和营销经理Dan Throne补充道:“基于你设置的参数，驱动中的智能系统可以让你充分了解每个轴的健康状况，预测健康状况是否正在恶化，并让你在损害变得严重之前应用正确的‘药物’。”如果机器内部出现损伤，就像人生病或受伤一样，基于驱动的智能功能会及早发现问题，并在重大损伤发生之前实施适当的补救措施，通常是自动的，或者是自我修复的。”

基于驱动的预测性维护可以监测机械特性，如间隙、皮带刚度、张力、负载变化和其他对机器运行至关重要的条件。王座说:“如果这些特征超出了该轴的容忍度，驱动就会意识到有问题，并采取适当的行动——就像我们撞到膝盖或触摸热炉子时，我们的反射会自动做出反应一样。”

这种闭环控制可以发生在控制器的水平，但响应可能较慢。例如，如果人类的大脑负责对触摸热炉子做出适当的反应，那么这种延迟将不足以防止烧伤。所以人类有反射。

在驱动器中检测到致命错误必须导致驱动器上的适当反应。对于电力驱动本身来说，这是目前的技术水平。“通过(基于驱动的)预测性维护，这种保护进一步扩展到连接轴的机械装置，其中包括额外的‘反射’，以保护机械系统或整个轴。”

通过简化机器控制器与驱动器执行器和传感器之间的信息交换，基于驱动的预测性维护工作效果最好。这就是为什么在开发预测性维护系统期间，优化驱动和控制之间的数据交换是重中之重。

王座说，这对于同步多轴线路来说尤其有价值。一个例子是机器人拾取和放置应用程序-例如将针放在托盘中-在传送带两侧的一排6个机器人被分配一个操作区域。如果一个机器人滑倒了一个齿轮齿，就会出现错位的情况。除非驱动器知道该轴的公差带，否则它无法认识到一个小齿轮齿滑可能危及整条线。

然而，如果驱动器正在监测间隙，当电机轴和变速箱轴之间的紧密耦合发生故障时，它会“感觉到”。然后，驱动器的“反射”是用户定义的:向机器控制器发出错误信息，或执行安全关闭以防止损坏产品或机器的其他部件。

驱动器传感器可以监测的另一个例子是热量。驱动器将通过驱动器中的热敏电阻监控散热器温度，以确保适当的冷却。如果散热器堵塞或风扇不能正常运行，可能会发出警报。如果这种情况持续存在并且温度升高，驱动器可以在故障状态下关闭，以防止永久性损坏。

有时，驱动器中的一个反应可以由多种条件触发。在这种情况下，智能驱动器可以准备复杂的信息，并将其转化为控制器的简单诊断。王座说:“这取代了将所有复杂的信息发送到控制器，并减少了PLC进行诊断的周期时间。”“这是一个更有效的控制体系结构，因为控制和轴之间所需的通信被自动减少了。”

有了智能驱动，能够自我修复的机器离现实又近了一步。这种电子和机械“反射”有助于自动化系统保护自己免受昂贵的故障，并支持高水平的吞吐量和精度。

作者信息

Renee Robbins是《控制工程》的高级编辑。可以通过renee.robbins@reedbusiness.com与她联系

智能驱动器如何执行预测性维护

马达的性能与其运动的机械性能直接相关。除其他外，智能驱动器监控自身以及伺服电机和轴力学之间的间隙。驱动器监控电机如何响应齿轮或皮带的发挥量，如果它落在为该轴设定的公差之外，驱动器智能可以做一件或多件事:

生成警告消息给控制器或操作员;

修改驱动电流以补偿机制的变化;

在情况变得危急之前启动安全停机，以防止机器和产品损坏。

智能驱动器首先使用标准的、内置的测量设备来调节驱动器，然后添加软件功能来增加诊断。对于选择智能驱动器的用户来说，好消息是设置预测性维护功能通常不需要额外的成本。最新一代的驱动器通常具有内置的诊断功能，并配置警报和自动反应与常规驱动器软件完成。

罗克韦尔自动化低压驱动经理Stan Ho表示:“在以前的驱动模型中，预测性维护能力来自于监测给定应用的负载电流的最终用户。如果电流值在运行时高于应用程序的正常水平，则最终用户将其解释为这意味着机械系统需要维护。然后，用户可以生成一个外部信号供维护团队调查。然而，罗克韦尔自动化(Rockwell Automation)最新的驱动器Allen-Bradley PowerFlex 755具有监控和跟踪影响驱动器冷却风扇和继电器输出的信息的标准功能。此外，用户还可以对驱动器进行编程，以监控机器或电机轴承的运行时间。软件功能是标准的，不需要额外的软件。”

西门子能源与自动化运动控制业务部门的产品营销经理Craig Nelson表示，Sinamics S120驱动器包括内置逻辑编程功能，可以决定采取哪些行动。驱动器“可以诊断出速度反馈装置出现故障，并切换到无传感器模式继续运行，同时输出警报，因此问题可以在下一个适当的时间得到解决。”Sinamics S120驱动器上的智能驱动器诊断的另一个示例与安全电路有关，如果安全电路在编程的时间内没有显示活动，则可以编程延迟期以输出警报。

Sinamics S120驱动器的另一个功能是标准的内置跟踪缓冲存储器。即使发生电源故障，也可以保存常见的测量数据。这些数据可以在驱动器调试软件中读取，以诊断问题或确定发生的顺序事件，”Nelson说。驱动器信号的跟踪数据还可用于诊断驱动器控制过程中的问题，包括张力调节或调节器调谐。”

SEW Eurodrive的电子系统经理Rainer Neufeld表示，他们公司的智能硬盘包括movii - drive、MoviPro、MoviFit和MoviTrac等品牌。Neufeld解释说:“它们都有内置的智能系统，称为IPOS，这是公司的集成定位和顺序控制软件。”“预测性维护功能不需要额外成本;用户只需要IPOS-OT版本。

Neufeld表示，驱动器监控数据通过MoviPLC或其他如罗克韦尔自动化/艾伦-布拉德利或西门子的控制器与机器或生产线的其余部分进行交互。

驱动器也可以与SEW Eurodrive的MoviPLC结合使用，这使得这些驱动器非常智能。但是MoviPLC的实施会增加额外的成本，”Neufeld说。他说，通过IPOS或MoviPLC和DUO10A诊断单元，可以监控驱动器和变速箱，监控“所有有指数的东西，包括油的使用寿命、油温、驱动器的散热器温度、驱动器的利用率、输出电流、速度和电流限制。”

博世力士乐公司首席工程师Ralph Maguire表示，该公司的IndraDrive有三种辅助维护的选择:生产力代理、集成的IEC 61131-3 PLC和安全技术。indrdrive本身可以检测刚度、间隙、摩擦和能耗的变化。使用标准IndraWorks软件将诊断功能加载到驱动器中。在生产过程中，Productivity Agent在线诊断监视轴是否保持在机器制造商指定的信封内。(还有两种离线诊断工具用于机械和频率响应分析。)Maguire表示，由于生产力代理使用内置在IndraDrive和电机中的传感器，因此可以使用标准的单一驱动硬件。

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