SANMOTION PB시스템으로 스테핑과 서보의 영역 보완

SANMOTION PB시스템으로
스테핑과 서보의 영역 보완

최근 일반산업기기의 전원사정으로 와이드레인지 입력 AC전원의 요구가 있다. 또한 특성면에 있어서 고토크화에 의한 장치의 고속화, 저진동화，저소음화의 요구가 높아지고 있다. 이러한 배경에 따라 산요전기에서는 새로운 AC전원입력 대응 SANMOTION PB시스템 제품을 개발했다. AC전원입력 SANMOTION PB시스템은 오픈루프의 스테핑 시스템과 AC서보시스템의 중간영역을 보완하는 제품으로 기존에는 DC전원입력의 PB시스템을 제품화해 시장에 공급해 왔다. 자료제공/ 산요전기코리아㈜(www.sanyodenki.co.jp)

최근 일반산업기기의 전원사정으로 와이드레인지 입력 AC전원의 요구가 있다. 또한 특성면에 있어서 고토크화에 의한 장치의 고속화, 저진동화，저소음화의 요구가 높아지고 있다. 이러한 배경에 따라 산요전기에서는 새로운 AC전원입력 대응 SANMOTION PB시스템 제품을 개발했다. AC전원입력 SANMOTION PB시스템은 오픈루프의 스테핑 시스템과 AC서보시스템의 중간영역을 보완하는 제품으로 기존에는 DC전원입력의 PB시스템을 제품화해 시장에 공급해 왔다.
이번에 개발한 앰프는 2가지 기종으로 각각 이하의 인터페이스로 분류된다. 이 제품의 적합 모터는 신규 개발된 86mm각모터를 포함 5가지 기종이며, 앰프는 공통모델번호로 모든 모터와 조합시킬 수가 있다.
이번에 개발한 AC전원입력 PB는 기존에 200P/R이었던 센서를 500P/R로 고분해능화시켰으며, 기존의 하드웨어에 의존했던 제어부를 소프트웨어화시켜 SIN구동방식을 실현하였다. 또한 스위칭 방식을 상하 PWM방식으로 하여 전원 응답성을 향상시켰으며, 구동중의 회생전압의 영향을 저감하는 것으로 기능과 성능을 향상시켰다.

공진 없이 저진동 실현
사용자 편의를 통합 모터

이 제품의 위치결정 분해능은 500P/R×n(n＝1,2,4,8,10,20)로 분해능과 직동계메이커에서 사용편의성을 향상시켰으며, R 타입의 경우 기존의 속도지령의 분해능은18.75min-1인 것에 비해 1min-1의 속도지령 분해능을 실현하여 보다 세세한 속도제어를 가능하게 했다. 오픈루프시스템의 스테핑 시스템에서 볼 수 있는 공진이 없어 저진동을 실현하고 있으며, 센서분해능, 제어방식의 변경으로 안정된 속도변동 특성도 실현하고 있다. 그림1에서는 기존의 PB시스템(센서분해능200P/R)과의 비교 결과를 표시하고 있다. 특히 사용빈도가 높은 1000min-1 이하의 속도영역에서는 큰폭의 모터음 저감을 실현했다. 그림2는 일반적인 오픈루프스테핑시스템의 소음비교결과를 표시하고 있다.
기존의 경우 통상 AC전원입력의 앰프에서 정류전압을 다이렉트로 모터에 인가한 경우스테핑모터와 같은 다극모터에서는 모터시정수가 작기 때문에 PWM에 의한 전류립플이 커져 모터철손에 의한 발열이 문제가 될 수 있다. 특히 인덕턴스가 작은 소형사이즈의 모터의 경우 구동조건에 따라 실제사용이 곤란할 경우가 있다. 이 문제를 해결하기 위해 PB앰프에서는 강압회로를 내장해 모터기종, 구동상태에 따라 전압제어를 실시했으며, 모터의 발열저감을 도모해 42mm각 사이즈의 저인덕턴스모터의 적용을 가능하게 했다.
또한 입력 전원전압은 AC100V∼AC230V의 와이드레인지입력에 대응하면서 모터의 발열과 모터 발생 토크는 강압회로에서 제어되기 때문에 입력전압에 의존하지 않고 일정한 토크 특성을 가질 수 있다. 특히 통상 일정 전류를 공급하는 스테핑 시스템과 비교할 경우 PB앰프에서는 PI 제어로 인한 필요전류만을 모터에 공급할 수 있어 발열저감에 유효하다.
그림3은 AC100V 다이렉트 인가의 일반적인 오픈루프 스테핑 시스템과의 온도비교 결과를 표시하고 있다. 이외에도 회전속도에 부응하는 최적의 상위제어와 AC전원화에 따른 인가전압의 상승에 의해 고속영역에서의 토크 향상을 이룰 수 있다. 그림4는 기존 기종인 DC전원타입 PB와 토르크 비교를 나타내고 있다. 이러한 PB시스템은 토크 마진의 고려가 불필요하기 때문에 발생 토크를 유효하게 이용할 수 있다.

펄스제너레이터
내장 고성능 R 타입 시리즈

산요전기의 SANMOTION PB시스템 R 타입의 경우 펄스제너레이터 기능을 앰프에 내장하고 있다. 불휘발성메모리를 앰프에 내장해 포인트기능(128포인트) 및 프로그램기능(1프로그램×1024행, 또는 128프로그램x8행)을 탑재하고 있다. 이에 따라 예비 불휘발성메모리에 기억한 데이터를 접점신호에서 제어할 수 있어 마스터의 연산부하의 저감, 시스템 코스트 저감 등을 실현할 수 있다. 통신에 의한 다이렉트 제어의 경우 범용성이 높은 RS-485를 채용하여 마스터장치로써 PC는 물론 PLC에서도 간단히 사용할 수가 있다.
이 제품은 CPU의 고속화에 따라 전류루프의 처리시간을 단축화하여 위치지령 분해능이 늦은 경우도 앰프 내부에서의 제어에 따라 SIN구동을 실현하고 있다. 이것으로 저속구동에서도 부드러운 운전이 가능하게 되었다. S자제어기능을 탑재해 용도에 맞춰 부드러운 운전도 가능하다.
이외에도 보정 브레이크 제어기능을 앰프에 내장하고 있기 때문에 보정 브레이크용전원, 릴레이 접점이 불필요하며, PB시스템 독자의 회생제어기능을 앰프에 내장하고 있어 외부장착에 의한 회생유니트도 필요없다. R 타입에서는 강제 토르크 및 강제 이동량을 통상이동과 동일 커맨드상에서 데이터를 설정할 수 있기 때문에 강제제어도 간단히 조작할 수 있으며, 모듈로 기능을 탑재하여 인덱스테이블 등의 용도에서 적당한 제어를 할 수 있다. 풍부한 자동원점복귀기능 탑재, 메카엔드에 부딪혀 원점검출, 외부원점으로부터 센서 등 앰프로의 접속에 의한 원점복귀도 특징이라고 할 수 있다.
이러한 AC전원입력 PB시스템의 개발은 일반 산업기계 등 장치의 고속, 고성능화를 실현할 수 있게 하며, 기존의 DC전원입력 PB시스템과 함께 다양한 전원사정에 적용을 할 수 있어 경쟁력이 높은 제품을 완성시킬 수 있다. 산요전기에서는 앞으로도 다양한 고성능화를 도모해 PB시리즈의 확충에 노력할 예정이다.

캡션 1. PB시스템(클로즈드 루프 스테핑 시스템)
그림 1. 속도변동비교
그림 2. 모터소음비교
그림 3. 모터온도상승(무부하 연속 운전)
그림 4. 토크특성 비교

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