打破常规：突破重力挑战，保障生产安全

2023年11月04日

在为垂直龙门和吊车等重型垂直负载应用设计运动控制系统时，操作者的安全保障和操作效率是需要重点关注的两个点。那么该如何突破现实应用挑战，实现安全与效率兼顾呢?下面让我们一起探讨应对特定挑战的有效实践。

应用挑战

重力无处不在安全难以保障

当伺服系统中的负载通过重力或弹簧效应储存势能时，即使在电机不工作的时候，一个或多个伺服电机也必须绝对稳定，从而可靠地保持部分或全部负载。在大多数工业应用中，这种负载的重量，及由此产生的势能每天甚至时刻都可能发生很大变化。这给应用也带来了众多挑战：

安全性

与水平应用相比，将这些可变负载减速到停止位置或从停止位置加速，这些负载会大大放大这些力，因为在水平应用中，负载主要由梁、柱和轴承等结构件支撑，而非由电机、传动装置、制动器或其他机械元件支撑。负载掉落可能导致产品报废、操作中断甚至人身伤害，这是那你绝对承担不起的。

高效性

此外，由于惯性负载和势能的变化贯穿在整个生产运行期间和不同的生产运行之间，你希望系统保持同样的产量。你需要安全的制动控制，以便操作员可以根据需要与生产线交互，而无需关闭设备或屈服于绕过门和笼子等安全功能的限制。你需要一种干扰最小、定期测试安全制动能力的方法。

而重力的无情本性，使所有这些需求都更具挑战性。因为重力不关心安全，所以你必须把安全放在首位，决不妥协。

接下来，简单三步，让你轻松克服重力挑战

1.正确调整轴承

放弃理想假设

在调整和设置制动参数(如无控制作用区和制动接合时间)时，很容易做出在现实条件下不成立的假设。这些错误的假设会导致过度迭代的调整和测试过程，这会拉长你的开发周期，甚至可能导致安全问题。

例如，假设理想的制动延迟时间为零就是错误的。为零是不可能的，因为制动器驱动中始终存在延迟和反应时间。当伺服系统从移动负载过渡到将负载保持在固定位置时，会出现无限抖动，因为反馈设备会报告轴位置，并且伺服驱动器会以旨在将其带到目标位置的电压和电流命令进行响应。这会持续而迅速地发生。然而，伺服系统本质上是动态的，总是进行微小的调整，永远不会完全停滞。

在某个点上，你会想要中断这种抖动，并在机器完成下一个过程时保持负载静止。此时，伺服系统必须从轴上去掉动力，用制动抱闸来停止运动控制，并保持垂直负载绝对稳定。当再次移动负载时，必然发生相反的情况：系统必须移除制动器并无缝施加转矩，以在不晃动的情况下加速负载，当然也不能让负载掉落。

充分考虑延迟

控制命令和制动应用都不是瞬时发生的。设计垂直负载应用时，无论控制和制动系统中的延迟多么小，都要将其纳入考虑，这是至关重要的。最初调整驱动器时，最大的挑战往往是设计工程师无法预见系统将承载的许多不同类型的负载。

工程师们不知道处理一系列较轻和较重负载所涉及的物理原理，所以他们努力调整驱动器，使其能够在没有明显延迟或震动的情况下制动和加速这些负载。此外，轴可能需要在整个班次或周末锁定并保持稳固，因此控制方法必须绝对可靠。

考虑到这些挑战，工程师们必须根据正确的最大负载确定尺寸，同时也适当考虑较轻的负载。为了在第一时间做到最大限度地降低风险以及过度测试和重复，关键是要将正确的无控制作用区和制动接合时间考虑进去。科尔摩根的工程师们在调整垂直负载方面经验丰富，他们可以帮助你应用已在各种垂直应用中证明有效的方法。

2.确保可靠运行

要确保持续可靠的运行，需要指定可靠的运动控制系统，这既包括系统的特性又包括其组件。

功能强大安全制动

科尔摩根新一代 AKD2G伺服驱动器中整合了安全制动控制功能，允许运动控制系统将轴移动到位，在以协调方式使用制动器的同时，从伺服电机中移除动力，并将负载牢固固定到位，而无需关闭设备。例如，当操作者需要安全地打开门并在生产线取放东西时，这大大地提高了生产效率。然后，轴可以快速平稳地重新启动，就像它停止时那样，而生产可以在几乎没有中断的情况下继续。

科尔摩根的安全制动控制系统还包括一个服务器安全信号，可用于为单个电机配置两个制动器。根据客户需求以及行业指南和监管要求，这提供了确保在任何情况下可靠制动所需的冗余。

安全制动测试功能允许在制动器接合的情况下，从电机施加转矩来测试电机制动器，监控系统以确保不会发生移动。由于AKD2G驱动器中集成了这种测试功能，因此操作员可以按照自己喜欢的时间表测试制动系统，并且将中断降至最低。驱动功能安全特性还消除了对依赖于控制器、安全 PLC和驱动器之间复杂且可能容易出错的集成的外部解决方案的需求。

系统方案全面保障

除了驱动器之外，整个运动控制系统对于可靠运行很重要。例如，电缆通常是事后才指定的。但是通信总线上的劣质电缆容易受到电磁干扰的影响，这会导致反馈问题和位置误差。未指定正确线规的制动电源线缆可能会导致制动器自动恢复闭合状态，从而导致意外的制动器贯通和操作问题。