Autor: dominika

Roboty przemysłowe sterowane protokołem komunikacyjnym CANopen w zautomatyzowanej linii produkcyjnej

CANopen – kompletny przewodnik

CANopen to popularny protokół komunikacyjny w automatyce przemysłowej, oparty na magistrali CAN (Controller Area Network). Powstał z inicjatywy organizacji CiA (CAN in Automation) i jest stosowany m.in. w sterownikach silników BLDC i DC, sterownikach PLC, czujnikach, modułach I/O czy panelach HMI. Jego celem jest szybka, stabilna i przewidywalna wymiana danych pomiędzy urządzeniami w systemach automatyki.

Z tego artykułu dowiesz się:

Jak działa CANopen?

Komunikacja w CANopen opiera się na tzw. profilach komunikacyjnych, które określają zasady wymiany danych w sieci.
Podstawą jest DS301, a w przypadku napędów elektrycznych stosuje się także DS402 – rozszerzenie do sterowania ruchem.

Kluczowe mechanizmy CANopen

  • PDO (Process Data Objects) – szybka wymiana danych procesowych (np. pozycja, prędkość, status urządzenia).
  • SDO (Service Data Objects) – kanał do konfiguracji i odczytu parametrów urządzenia.
  • NMT (Network Management) – zarządzanie pracą węzłów (uruchamianie, zatrzymywanie, reset).
  • Heartbeat / Node Guarding – monitorowanie „życia” urządzeń.
  • EMCY (Emergency) – błyskawiczne raportowanie awarii.
  • SYNC / TIME – synchronizacja pracy wielu urządzeń.

CANopen DS301 – profil komunikacyjny

DS301 to podstawowy profil CANopen, który definiuje sposób przesyłania danych, konfiguracji urządzeń i zarządzania siecią.
Wykorzystywany jest w sterownikach silników, modułach I/O, czujnikach i innych urządzeniach automatyki.

Parametry DS301

  • Przepływność: 125 kb/s – 1 Mb/s (typowo 250–500 kb/s).
  • Długość przewodu: od 40 m (1 Mb/s) do nawet 500 m (125 kb/s).
  • Topologia: linia z terminacją 120 Ω na obu końcach.
  • Medium: skrętka różnicowa CAN_H / CAN_L.
  • Odporność: wysoka stabilność w zakłóconym środowisku przemysłowym.

Kiedy stosować DS301

Wybierz DS301, gdy priorytetem jest prosta, stabilna i przewidywalna komunikacja w systemach zdecentralizowanych, a wymagania czasowe są umiarkowane:

  • Przede wszystkim w systemach zdecentralizowanych, gdzie urządzenia muszą wymieniać dane niezawodnie i przewidywalnie.
  • W maszynach i liniach produkcyjnych z wieloma modułami.
  • W pojazdach AGV/AMR i systemach transportu wewnętrznego.
  • W urządzeniach medycznych i laboratoryjnych.
  • Przy modernizacji maszyn (retrofit) z istniejącą siecią CAN.

CANopen DS402 – rozszerzenie do sterowania ruchem

DS402 rozszerza możliwości DS301 o zaawansowane tryby sterowania pozycją, prędkością i momentem. W związku z tym jest to profil urządzeń CANopen przeznaczony specjalnie dla napędów elektrycznych.

DS402 – Główne tryby

  • Profile Position Mode – dokładne pozycjonowanie osi.
  • Profile Velocity Mode – kontrola prędkości obrotowej.
  • Profile Torque Mode – kontrola momentu obrotowego.
  • Homing Mode – automatyczne wyszukiwanie pozycji bazowej.
  • Interpolated Position Mode (PVT) – płynny ruch po zaplanowanej trajektorii.
  • Cyclic Synchronous Modes (CSP/CSV/CST) – synchronizacja wielu napędów w czasie rzeczywistym.

DS402 – parametry praktyczne

  • Warstwa komunikacyjna: taka sama jak w DS301 (CAN, te same prędkości i zasady topologii).
  • Kompatybilność: zarówno napęd, jak i sterownik muszą obsługiwać DS402.
  • Synchronizacja: wymaga odpowiedniej konfiguracji PDO i cykli SYNC, szczególnie w systemach wieloosiowych.
  • Integracja: możliwość wymiany napędu na inny zgodny z DS402 bez zmiany logiki sterowania.

Kiedy stosować DS402

Wybierz DS402, gdy system wymaga precyzyjnego sterowania ruchem i pracy w jednym lub kilku zaawansowanych trybach:

  • Gdy potrzebujesz precyzyjnego sterowania pozycją, prędkością lub momentem.
  • W robotyce i aplikacjach wieloosiowych.
  • W maszynach CNC i aplikacjach wymagających interpolacji ruchu.
  • Na przykład w liniach pakujących i etykietujących z synchronizacją wielu napędów. nadrzędnym.

Zalety CANopen w sterownikach silników

  • Prosta integracja w różnych środowiskach automatyki.

  • Duża dostępność urządzeń i producentów.

  • Stabilna komunikacja w trudnych warunkach.

  • Możliwość rozbudowy i modernizacji systemów.

Podsumowanie

CANopen to niezawodny protokół komunikacyjny, który dzięki profilom DS301 i DS402 może obsługiwać zarówno proste systemy wymiany danych, jak i zaawansowane sterowanie ruchem. W związku z tym w sterownikach silników BLDC oraz silników DC stanowi standard, który pozwala na szybką integrację, wysoką kompatybilność i precyzyjną kontrolę pracy urządzeń.

Technik pracujący przy silniku elektrycznym – precyzyjne przygotowanie układu BLDC do pozycjonowania

Pozycjonowanie silnika BLDC

Silniki BLDC (bezszczotkowe silniki prądu stałego) to popularny wybór w robotyce, automatyce przemysłowej i systemach CNC, gdzie liczy się precyzyjne sterowanie ruchem. Często pojawia się pytanie o pozycjonowanie: czy można dokładnie ustawić silnik BLDC bez enkodera, a jeśli tak – z jaką precyzją? Zapraszamy do lektury.

Z tego artykułu dowiesz się:

Jak działa pozycjonowanie w silnikach BLDC?

Silniki BLDC mogą być precyzyjnie pozycjonowane, ale kluczowe jest odpowiednie sterowanie. Można do tego wykorzystać czujniki Halla lub enkoder, który monitoruje pozycję wirnika. Jeśli bazujemy wyłącznie na czujnikach Halla, dokładność zależy od liczby impulsów na obrót, które generują te czujniki. Warto więc przyjrzeć się bliżej temu, jakie czynniki wpływają na precyzję pozycjonowania.

Co wpływa na dokładność pozycjonowania?

Na precyzję pozycjonowania silnika BLDC składa się kilka czynników, które warto wziąć pod uwagę przy projektowaniu systemu.

  • Liczba impulsów na obrót – Im więcej impulsów, tym dokładniejsza kontrola. Standardowo trzy czujniki Halla generują 6 impulsów na obrót wałka. W zaawansowanych sterownikach, takich jak MiControl, można liczyć dodatkowe zbocza narastające i opadające, co zwiększa tę liczbę do 24 impulsów na obrót.
  • Przełożenie przekładni – Zastosowanie przekładni, np. planetarnej, zwiększa liczbę impulsów na wyjściu, co poprawia precyzję. Oznacza to, że im większe przełożenie, tym większa dokładność możliwa do uzyskania.

Aby lepiej to zobrazować, przejdźmy do przykładu obliczeniowego.

Obliczenia dokładności pozycjonowania silnika BLDC

Rozważmy silnik BLDC współpracujący z przekładnią planetarną o przełożeniu 100 i kołem modułowym M2 z 23 zębami oraz średnicą podziałową 46 mm.

Krok 1: Impulsy na wałku wyjściowym przekładni

Przyjmujemy, że silnik generuje 24 impulsy na obrót. Przekładnia o przełożeniu 100 oznacza, że wałek silnika musi wykonać 100 obrotów na jeden obrót wałka wyjściowego.

Liczba impulsów na obrót wałka wyjściowego: 24 × 100 = 2400 impulsów/obrót

Teraz możemy przejść do obliczenia dokładności pozycjonowania na kole modułowym.

Krok 2: Dokładność pozycjonowania na kole modułowym

Koło modułowe M2 z 23 zębami ma średnicę podziałową 46 mm.

Obwód koła podziałowego: π × 46 mm ≈ 144.51 mm

Dokładność pozycjonowania: 144.51 mm / 2400 ≈ 0.0602 mm (60.2 μm)

Otrzymana wartość pokazuje, że możemy osiągnąć bardzo dużą precyzję, ale należy również wziąć pod uwagę luz kątowy.

Luz kątowy w przekładni? Sterownik to ogarnie!

W rzeczywistych systemach przekładnie mają luz nawrotny, który może wpływać na dokładność. Jest to mechaniczne zjawisko wynikające z konstrukcji przekładni, którego całkowicie nie da się uniknąć. Jednak sterowniki MiControl posiadają funkcję kompensacji tego efektu, więc nie musimy się nim przejmować. Dzięki temu możliwe jest osiągnięcie jeszcze większej dokładności.

Wnioski – czy enkoder jest konieczny?

Dzięki odpowiedniemu dobraniu parametrów, sterownik BLDC może osiągnąć dokładność rzędu 60.2 mikrometra na impuls. Dla wielu zastosowań przemysłowych jest to wystarczające. Jeśli jednak Twoja aplikacja wymaga jeszcze większej precyzji, można zastosować enkoder o wyższej rozdzielczości.

Nie jesteś pewien, czy Twój napęd wymaga enkodera?

Skontaktuj się z nami

Pomożemy dobrać najlepsze rozwiazanie do Twojej aplikacji!

Napisz do nas
Silnik elektryczny - tryby pracy silników elektrycznych

Jakie są rodzaje pracy silnika elektrycznego?

Silniki elektryczne mogą pracować w różnych trybach w zależności od ich konstrukcji, sposobu sterowania oraz zastosowania. Można je podzielić na trzy główne kategorie: tryby pracy związane z mechaniczno-elektrycznymi aspektami silnika, tryby sterowania napędami oraz tryby związane z oddziaływaniem mechaniki na napędy.

Tryby pracy silników od strony mechaniczno-elektrycznej

Praca ciągła (S1)

Tryby pracy silników elektrycznych: tryb S1

To podstawowy tryb pracy silnika elektrycznego, który działa pod stałym obciążeniem przez długi czas, dopóki nie osiągnie równowagi cieplnej. Tryb S1 stosowany jest w aplikacjach wymagających jednostajnej pracy, takich jak wentylatory czy pompy.

Praca dorywcza (S2) 

Tryby pracy silników elektrycznych: tryb S2

W trybie S2 silnik pracuje przy stałym obciążeniu przez określony czas. Po jego upływie następuje wyłączenie urządzenia oraz pełne jego schłodzenie. W przeciwieństwie do trybu S1, tutaj czas pracy jest ściśle ograniczony i nie pozwala na osiągnięcie równowagi cieplnej. Tryb S2 znajduje zastosowanie w urządzeniach pracujących cyklicznie z długimi przerwami, takich jak kompresory, wyciągarki czy piece laboratoryjne.

Praca przerywana (S3)

Tryby pracy silników elektrycznych: tryb S3

W tym trybie silnik pracuje w cyklach z określonym czasem pracy i przerwami na chłodzenie. Jest to typowe dla systemów dźwigowych, suwnic czy wtryskarek, gdzie silnik nie pracuje non-stop.

Praca przy zmiennym obciążeniu (S6, S7, S8)

W tym trybie obciążenie silnika zmienia się dynamicznie w zależności od aplikacji. Może obejmować okresy pracy przy pełnym i częściowym obciążeniu oraz okresy bez obciążenia. Typowe zastosowania to obrabiarki, systemy transportowe i linie produkcyjne.

Tryby pracy silników z zakresu sterowania napędami elektrycznymi

Profiled Position Mode (PPM)

Tryb pracy silnika w którym następuje precyzyjne pozycjonowanie silnika w oparciu o zaprogramowany profil ruchu. W związku z tym umożliwia precyzyjne przemieszczanie osi w systemach automatyki i robotyki.

Profiled Velocity Mode (PVM)

Silnik pracuje w trybie regulowanej prędkości z określonymi parametrami przyspieszenia i hamowania. Jest wykorzystywany w taśmociągach, przenośnikach oraz systemach transportowych.

Torque Mode (TM)

W tym trybie sterownik reguluje moment obrotowy silnika, co w rzeczywistości pozwala na precyzyjne dostosowanie siły napędowej. Jest to niezbędne w aplikacjach wymagających kontroli siły, np. w robotach przemysłowych, zaciskach, prasach automatycznych.

Interpolated Position Mode (IPM)

Silnik wykonuje ruch w sposób płynny na podstawie trajektorii wyznaczonej punktami interpolowanymi, co zapewnia płynność i dokładność ruchu. Jest stosowany w zaawansowanych układach CNC i automatyce precyzyjnej.

Cyclic Synchronous Position/Velocity/Torque Mode (CSP, CSV, CST)

Zaawansowany tryb, który pozwala na cykliczną synchronizację sterowania pozycją, prędkością lub momentem, co zapewnia płynną i precyzyjną regulację napędu. Wymagany w wysokowydajnych systemach sterowania napędem.

Tryby pracy silników z zakresu mechaniki i oddziaływania mechaniki na napędy

Tryb regeneracyjny

Silnik działa jako generator energii, oddając ją do sieci lub systemu zasilania. Wykorzystywany jest w hamowaniu odzyskowym, np. w windach i pojazdach elektrycznych.

Tryb rewersyjny

Silnik szybko zmienia kierunek obrotów, co pozwala na dynamiczne sterowanie ruchem maszyn. Jest stosowany w systemach sortujących, tokarkach oraz systemach napędowych wymagających szybkiej reakcji.

Tryb serwo (Closed Loop Control)

Napęd działa w układzie zamkniętym z pętlą sprzężenia zwrotnego, umożliwiając precyzyjne sterowanie pozycją, prędkością i momentem obrotowym. Tego rodzaju tryb jest kluczowy w robotyce i precyzyjnych systemach sterowania.

Zastosowanie trybów pracy silników elektrycznych w przemyśle

Każdy z tych trybów pracy znajduje zastosowanie w różnych gałęziach przemysłu, takich jak:

  • Automatyka przemysłowa
  • Robotyka
  • Transport i logistyka
  • Produkcja maszyn i obrabiarek
  • Systemy HVAC (ogrzewanie, wentylacja, klimatyzacja)

Wybierz tryb pracy dopasowany do Twojej aplikacji

Znajomość różnych trybów pracy silników elektrycznych jest ważna, ponieważ pozwala na maksymalizację efektywności całego systemu napędowego. Odpowiednio dobrany tryb pracy może zwiększyć wydajność nawet o 30%, co w praktyce przekłada się na realne oszczędności kosztów operacyjnych lub wzrost zysków. Każdy procent optymalizacji ma znaczenie – szczególnie w długofalowym działaniu systemów przemysłowych. Dlatego tak ważne jest, aby już na etapie projektowania dobrać właściwy tryb pracy silnika. Jeśli nie masz pewności, które rozwiązanie będzie najlepsze dla Twojej aplikacji – skontaktuj się z nami. Chętnie doradzimy i pomożemy dobrać konfigurację dopasowaną do Twoich potrzeb.

Nie wiesz jaki tryb pracy będzie odpowiedni w Twoim projekcie?

Nie musisz tego wiedzieć – to my pomożemy Ci dobrać odpowiedni tryb pracy silnika elektrycznego, idealnie dopasowany do Twoich potrzeb. Dzięki temu usprawnisz proces i wykorzystasz jego pełen potencjał

Skontaktuj się z nami

Pomożemy dobrać najlepszy silnik do Twojej aplikacji!

Napisz do nas