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工業伺服驅動器的保護設計方案
 

【作者: 戴泰初】   2015年07月29日 星期三

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伺服驅動技術作為數位控制機床、工業機器人及工業自動化的關鍵技術之一,普遍受到市場的關注。微處理器技術、電力電子技術、網路技術和控制技術的發展,也為伺服驅動技術奠定了進一步發展的良好基礎。如果說20世紀90年代是伺服驅動系統實現全數位化、智慧化和網路化的10年。那麼,隨著德國提出的工業4.0概念,工業4.0時代的工業自動化將在原有自動化技術和架構下,實現從集中式控制到分散式增強型控制的基本模式轉變,讓感測器以至網際網路通訊設備能夠無縫地對接,從而建立一個高度靈活、個性化和數位化的生產模式。在這種模式下,生產自動化技術可通過自我診斷、自我修正和各種功能軟體,讓設備更具有智慧,以便為工人提供更好的輔助以促進生產。


作為工業自動化重要一環的伺服驅動器(servo drives)又稱為「伺服控制器」和「伺服放大器」,是用來控制伺服電機的一種控制器,也屬於伺服系統的一部分,主要是應用於高精度的定位系統,一般是通過位置、速度和力矩三種方式對伺服馬達進行控制,實現高精度的傳動系統定位,進而可以控制機器人,從而實現工業自動化。


伺服驅動器控制電機運轉必須要有電源動力線和電機編碼器線。具體就是要有DC24V電源線、位置控制訊號線、速度控制訊號線、扭矩控制訊號線和以及其他輸入輸出控制線。伺服驅動器以DC24V提供電源,由於電源在後端負載出現過流以及短路時,都需要保護,而TE公司的PolySwitch可實現可恢復的過流保護,當故障排除時,只要將PolySwitch斷電就可以實現復位,避免了像一次性熔絲(fuse)那樣,一旦過流斷開就需要維修的困境。


對於伺服驅動器的各類輸出訊號線,由於工業現場接線環境較惡劣而且接線工作量較大,難免會有接線錯誤的情況發生,往往會將有功率限制的I/O埠誤接短路,造成埠過流而燒毀,因此伺服驅動器的每個輸出埠都有必要採用有過流保護措施的設計,將自恢復保險絲PolySwitch放在每個輸出埠處,以避免誤接短路事故的發生。這樣,如果除錯人員在現場不小心將輸出埠錯接或短路,自恢復保險絲PolySwitch將會立刻啟動保護,限制輸出埠的工作電流以保護伺服驅動器的I/O板。當故障排除,自恢復保險絲PPTC又很快自動恢復到低阻值狀態,伺服驅動器又可以恢復正常工作了。


伺服控制器可以通過自動化介面很方便地進行操作模組和現場匯流排模組的轉換,同時使用不同的現場匯流排模組實現不同的控制模式,這些匯流排包括RS232和RS485。RS232和RS485匯流排也需要保護,對於需要在戶外應用的匯流排,需要設計防雷保護。對於不同的防雷保護等級,TE電路保護部都有相對應的一整套完整方案。 對於等級相對較高的雷擊,可以用兩極保護的方案,PPTC可以實現耦合和過流保護的功能;對於在室內使用的RS232和RS485匯流排,PPTC可以實現有效的過流保護功能。


(本文作者戴泰初任職於 TE公司電路保護部)


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