CNCチューブ曲げ用のデジタルサーボドライブの故障コードを診断

Apr 09, 2023

BendPro ソフトウェアは、デジタル サーボ ドライブのユーザーに、リモートであっても機械内で何が起こっているかをリアルタイムで表示することを可能にします。

最近、CNC チューブ ベンダーの 1 台でシフトごとに数時間の生産が失われている油圧部品のメーカーから、「いくつかの部品を稼働できるのに、キャリッジの故障が発生します!」という電話がありました。

問題のベンダーは古いマシンで、その約 6 か月前に新しい BendPro G2 制御システムにアップグレードされました。 この企業は、ユニットの古いアナログ サーボ ドライブとモーターを Bosch Rexroth の新しいデジタル ドライブとサーボモーターに置き換えました。

CNC チューブ ベンダーでは、サーボ ドライブによって制御されるサーボ モーターによって、ほぼすべてのデバイスの動き (軸) を正確に位置決めできます。 サーボドライブは、サーボモーターを正確に動かすために、機械の電圧を制御された電圧に変換するアンプです。

サーボモーターはドライブに信号を送り、ドライブはその速度と方向を監視します。 どの方向にどのくらいの速度で移動するかを知るために、制御システムはドライブに情報を提供する必要があります。 ほとんどの CNC ベンダーには少なくとも 2 つのサーボモーターがあり、全電気機械には 12 個以上のサーボモーターが搭載されている場合があります。

アナログ。 アナログ サーボ システムでは、メイン制御システムがドライブの速度と方向を指示するアナログ信号を送信します。 信号は低アンペア数のアナログ信号である可能性がありますが、最も一般的に使用されるシステムは、最大 10 正 DC ボルトまたは最小 10 負 DC ボルト (+/- 10 VDC) のコマンド電圧を提供します。 理論的には、ゼロボルトのコマンド信号がドライブに印加された場合、軸は静止しているはずです。 システムが +10 ボルトを供給している場合、ドライブは一方向に全速力で動作するはずです。 -10 ボルトの場合は、反対方向に全速力で動くはずです。 5 ボルトの場合、半分の速度で動作するはずです。 等々。

ドライブは、提供されたコマンド電圧を軸の相対速度と方向に変換します。 次に、ドライブはその電圧を監視して、サーボモーターが正しい速度と方向を実行していることを確認します。

位置と速度のフィードバックも制御システムに提供されます。 ドライブがモーターのフィードバック信号をエミュレートする信号を送信したり、軸の位置データを監視する 2 番目のエンコーダーが存在したりする場合があります。 制御システムはこのフィードバックを使用してアナログ電圧信号を調整し、軸を正確に制御します。

駆動システムと制御システムには、相互にステータスを通信するための追加の入力と出力も必要です。 コントロールは、ドライブが軸を移動してもOKであることを示すイネーブル信号を送信し、ドライブは内部システムまたはモーターに問題が発生していないことをコントロールユニットに伝えるOK信号を送信します。

さらに、安全対策として、制御システムが動作する準備ができていないときは、通常、コンタクタを使用して主電源をドライブから切断するか、ドライブとドライブとの間にブレークを提供することにより、ドライブが軸をまったく移動できないようにします。モーター。

追加のアナログ信号をドライブに結び付けて、モーターの利用可能な電力のうちどれだけの量を運動に使用する必要があるかを伝達することもできます。

通常動作中にドライブに障害が発生すると、マシンが停止し、軸の 1 つ (この場合は Y 軸) に障害があることを示すメッセージが表示されます。

これらすべては機械および制御キャビネット内の一連のワイヤとケーブルを介して行われるため、アナログ システムは電気ノイズの影響を受けやすく、軸に意図しない動きを引き起こす可能性があります。 ケーブルが切れたり短絡したりすると、アナログ信号に意図しない電圧が伝達されたり、位置フィードバックが妨げられたりする可能性があります。 極端な場合には、軸が制御不能に暴走する可能性があります。

アナログ システムのトラブルシューティングを行う場合、技術者は一般的な電圧計を使用して入力、出力、およびコマンド信号をチェックする必要があります。 最新のアナログ ドライブのほとんどには、ドライブの状態を示すステータス メッセージを表示する小さな画面が付いています。 これは、単純な 2 文字のコード、または一連のシンボルとライトの場合があります。 ほとんどのシステムは、最近の障害のログも保持しています。

この履歴データは、アナログ システムのトラブルシューティングを行う技術者にとって非常に貴重であることがわかります。 履歴データを取得するには、コンピュータをドライブに直接接続し、製造元のソフトウェアを使用する必要があります。

Current Tech (BendPro チューブ曲げソフトウェアのメーカー) の制御エンジニアである Chris Brennan 氏は、「アナログ ドライブは、一般的なドライブ障害信号を発することがよくあります。実際の障害を調査するには、多くの場合、安全上の理由から高電圧キャビネットのドアを開ける必要があります。」通常、オペレーターが行うことは許可されていません。」

デジタル。 デジタル サーボ システムでも、ドライブはモーターの速度と方向を制御し、モーターからフィードバックを受け取り、正しい速度と方向が実行されていることを確認します。 ただし、制御システムからのコマンドと制御システムからのフィードバックは、デジタル通信ネットワークを通じて提供されます。

サーボおよび制御システムのメーカーは、デバイス間で通信するためのさまざまなプロトコルと方法 (ProfiBUS、ModBUS、EtherCAT、SERCOS など) を開発しました。 これらはすべて、サーボドライブと制御システム、および必要となる他の多くのデバイス間の双方向通信を可能にします。

デジタル システムでは、速度と方向をドライブに伝えるために電圧やアンペア数の信号が有線で送信されるのではなく、基本的にコントロールが「この速度でこの位置に移動」という信号を送信し、ドライブがその動作を処理します。実際のモーターの動き。 位置と速度のフィードバックは、同じデジタル ネットワークを通じて制御システムに毎秒数千回提供されます。 これらのシステムはアナログ信号に依存しないため、電気ノイズやケーブルの切断または短絡による意図しない動作が発生する可能性が大幅に低くなり、軸の暴走のリスクが大幅に低くなります。

ドライブはデジタル通信システムに接続されているため、より多くの情報を直接制御システムまたはドライブのソフトウェアに送受信できます。 動作中、ドライブはモーター速度、スケールされた移動距離、実際のスケールされた位置、モーター温度、移動に必要なトルクなどの重要なデータについてモーターを監視できます。

ドライブの製造元と使用されている通信プロトコルによっては、技術者はこのデータを使用して、特定の軸で起こっているさまざまな問題のトラブルシューティングを行うことができ、また、メイン制御システムから独立してモーターと軸の動きとスケーリングをテストできる場合もあります。

通常、多くの場合、ドライブ製造元のソフトウェアを制御システムに直接ロードできます。 そうすることで、技術者はサーボ ドライブに直接接続する必要がなく、デジタル通信システムを介してサーボ システム全体にリモートでアクセスできます。 マシンにリモート接続すると、技術者はステータス、履歴、スケーリング、その他のシステム パラメータを監視して、特定の問題の原因を特定できます。 ローカルオペレーターが機械の動きを制御することで、技術者はサーボシステムからのライブデータを監視できます。

ここの診断メッセージは、エンコーダ信号に問題があることを示しています。 マシンにインターネット接続があれば、技術者はログインしてベンダーのトラブルシューティングをリモートで行うことができます。

「デジタルドライブを使用すると、制御システムによって実際の障害データを読み取って記録することが可能になります。つまり、システムの最初のトラブルシューティングをより簡単に行うことができ、おそらくキャビネットを開ける必要がなくなります」とブレナン氏は述べています。

キャリッジ障害が発生する前に少数の部品しか実行できなかったベンダーでは、RbSA Industrial 技術者が BendPro G2 ベンダー制御ソフトウェアを実行している制御 PC にリモートでログオンし、ローカル オペレータが部品を実行しようとしている間、キャリッジを監視することができました。 一般に、軸の移動中、BendPro はその位置と速度を監視し、軸が特定の位置ウィンドウ内に留まっている場合にのみ移動が許可されます。

最終的に、生産中に制御装置がチューブ ベンダーを停止し、Y 軸 (キャリッジ) 位置エラーを表示しました。 この方法で障害が発生した後、同じエラーが戻る前に、マシンを再起動して、問題がないようでさらにいくつかの部品を作成することができます。

技術者は制御 PC にログインしている間、システムの EtherCAT ネットワーク経由でサーボ システムへの接続を可能にする Bosch Rexroth のソフトウェア パッケージである IndraWorks にもログインしました。 彼はドライブの過去の障害データにアクセスし、一連の過電流障害を発見しました。

一般に、サーボモーターは特定のモーター速度で特定のトルクで動作するように定格されており、これはドライブによって制御および監視されます。 モーターは、定格トルクの最大 100% で無期限に動作できる必要があります。 ただし、サーボモーターは、より高いトルクで短時間動作させることもできるため、加速、速度維持、減速など、特定の動作中に追加のパワーを短時間バーストして供給できます。 モーターが 100% を超えるトルクを長時間必要とする場合、駆動システムによって過剰な電流が消費され、ドライブまたはモーターが損傷する可能性があります。 これが起こる前に、ドライブは軸の動作を停止し、障害状態になります。

オペレーターが部品の実行を試み続け、技術者が遠隔監視しているため、さらにいくつかの位置エラー障害が発生しましたが、数分後、BendPro は位置エラーではなく Y 軸の障害を表示しました。 ドライブに障害が発生し、その障害ステータスが制御装置に通知されました。 IndraWorks ソフトウェアで簡単にチェックしたところ、障害履歴に記録されていたように、再び過電流状態であることが確認されました。 ソフトウェアは、モーターが過大なトルクを長時間使用する必要があることを指摘しました。

トルクのパーセンテージを監視しながら、オペレータは手動モードと制御装置のジョイスティックを使用して、機械に沿ってキャリッジを前後にジョギングしたところ、(予想通り) トルクが加減速中に一時的に定格許容値の 100% を超えたことがわかりました。 その後、マシンの全長に沿って数回動作させた後、加速時だけでなく負荷のない動作でもトルクが 200% を超えました。 これにより、最終的に過電流障害が再発しました。

結局のところ、キャリッジが乗っているリニア ベアリングの 1 つが故障しており、次の曲がりに向けてチューブの位置を決めるためにモーターが必要以上に激しく動作し、予想される位置から十分に遅れてしまうことがあり、位置誤差で機械を停止させる制御を行います。 その結果、ドライブが過電流障害でマシンを停止し、モーターの損傷を防ぐことができました。

幸いなことに、メーカーのメンテナンス部門にはベアリングが用意されており、欠陥のあるベアリングを特定して交換することができました。 マシンは約 20 分後にフル稼働に戻りました。

Bosch Rexroth AE の Indraworks を使用すると、技術者は電気キャビネットを開けることなく、ドライブやその現在の状態、障害履歴にリモートでアクセスできます。