En el ámbito de la automatización y concretamente en el del control de movimiento (MOTION CONTROL), es muy habitual tener la necesidad de conocer al detalle los parámetros mecánicos y de ciclo de trabajo de una máquina, para poder determinar así, cual es el servomotor y driver más adecuado para la instalación.
En esta entrada de Blog nos centraremos en el dimensionamiento de servomotores brushless, a partir de unos parámetros conocidos de la carga, como son:
- Masa a desplazar, tanto del elemento de trabajo (guía lineal, pórtico, etc…) como de la carga puntual que este mueva.
- Distancia a desplazar.
- Tiempo para realizar dicho desplazamiento
- Ciclo de trabajo (número y tipo de movimientos/descansos y tiempo para cada uno de ellos).
- Sistema de transmisión mecánica:
- Husillo
- Piñón-cremallera.
- Cadena
- Correa dentada,
- Poleas, etc…
Con ello, apoyándonos en la herramienta software TIA Selection Tool de Siemens, veremos como somos capaces de determinar, desde el servomotor adecuado hasta el driver, pasando por los cables y accesorios de Siemens con los que enfrentar la aplicación con garantías.
El software TIA Selection Tool (TST), es gratuito y descargable de la web de Siemens a través de este link:
https://new.siemens.com/global/en/products/automation/topic-areas/tia/tia-selection-tool.html
También es posible trabajar con él de manera online si se prefiere.
Ejemplo de cálculo:
Disponemos de un husillo de las siguientes características,
Diámetro nominal: 63 mm.
Paso: 20 mm
Longitud: 2000 mm.
El cual tiene que posicionar una carga de 100 Kg. mediante un movimiento horizontal.
Realizando el siguiente ciclo de movimiento:
1-Mover de posición 0 a 500mm en 1,5 s.
Pausa de 1s
2- Mover de posición 500mm a 1000mm en 1,5s
Pausa de 1s
3- Mover de posición 1000mm a 1500mm en 1,5s.
Pausa de 5s
4- Mover de 1500mm a posición 0mm en 4,5s.
5- Volver a ejecutar el ciclo desde el punto 1.
- Ejecutamos TIA Selection Tool e indicamos “Nuevo dispositivo”.
Pinchamos en “tecnología de accionamiento”.
Seleccionamos Dimensionamiento del accionamiento (con Sizer integrado en TST).
Indicamos un nombre para nuestro eje, “EJE PRINCIPAL” en este caso.
Seleccionamos, bajo la pestaña “Selección de productos”, las características generales de la aplicación, como:
- Tensión de red, país de instalación, tipo de red y accionamiento monoeje en nuestro caso.
En la misma pestaña, continuamos seleccionando el tipo de motor y si lleva o no reductor. En nuestro caso: Servomotor sin reductor. (posteriormente comprobaremos mediante la definición del ciclo de trabajo de la carga, si es necesario reductor o no).
Asimismo, indicamos la familia de servomotores que quiero dimensionar, en este caso V90 + 1FL6.
Una vez hechos estos ajustes básicos, pasamos a “agregar carga”:
Ahora seleccionamos el sistema mecánico. El software nos ofrece los sistemas más habituales con los que nos podemos encontrar en una aplicación de movimiento. En nuestro caso, seleccionamos “husillo a bolas”.
Se nos abre una ventana donde incorporamos todos los valores que conozcamos del husillo, según los datos característicos facilitados por el fabricante.
Indispensable indicar los datos señalados con *, que son los resaltados en esta imagen:
- Carga útil constante: Es el peso de la pieza que se transporta: 100 Kg
- Masa propia: el peso de la tuerca del husillo : 2 Kg
- Diámetro: 63mm
- Husillo: 2000mm.
- Densidad del acero del husillo: 7.85 g/cm3
- Paso de husillo: 20 mm.
Con estos datos, el momento de inercia del husillo es calculado automáticamente.
Tras esto, indicamos el perfil de movimiento:
Inserto una columna por cada movimiento que quiera indicar, en este caso 4 movimientos:
Les doy un nombre y el sentido de movimiento
Muevo los pines que aparecen en los distintos campos, dejándolos en aquellos que yo quiero que sean editables, siendo los que voy a introducir.
En este caso, dejo los pines en la distancia y el tiempo (valores conocidos por mi) y además, muevo otro pin a la gráfica trapezoidal que aparece en la parte superior de la columna. Con esto le indico que quiero que me describa un movimiento trapezoidal, donde 1/3 del movimiento voy a estar acelerando, 1/3 a velocidad máxima y 1/3 decelerando. Este es el perfil de movimiento más adecuado para conseguir un movimiento eficiente.
Quedando finalmente así:
Ahora introduzco los valores de cada movimiento ( distancia, tiempo, tiempo de pausa).
Recordemos que eran estos:
1-Mover de posición 0 a 500mm en 1,5 s.
Pausa de 1s
2- Mover de posición 500mm a 1000mm en 1,5s
Pausa de 1s
3- Mover de posición 1000mm a 1500mm en 1,5s.
Pausa de 5s
4- Mover de 1500mm a posición 0mm en 4,5s.
Con ello me dibuja un perfil de movimiento donde veo la velocidad, aceleración/deceleración, distancia, tiempo y par.
Este es el detalle del perfil:
Posicionándome encima de la gráfica puedo ver el valor de cada uno de estos parámetros en cada punto del movimiento:
Seguimos, activando el botón “siguiente” en la esquina inferior derecha.
Nos pasa de nuevo por la selección del tipo de accionamiento (verificamos que hemos indicado la familia que quiero configurar, V90 + 1FL6):
Otra vez a siguiente:
Y me aparece una tabla con los posibles motores que cumplen con las necesidades de la aplicación, teniendo en cuenta el par efectivo y velocidad de giro y el par máximo y velocidad de giro máxima, resultantes del perfil de movimiento introducido.
Seleccionando uno de ellos, me aparece en la parte derecha la curva de par/velocidad del motor y los valores requeridos por nuestra aplicación, pudiendo comprobar de una manera gráfica si el motor cubre nuestras necesidades.
- Aquí definimos un límite para la relación de momentos de inercia
(mom. Inercia motor/mom. Inercia carga), siendo recomendado no subir de 7 para el caso de un posicionamiento - Punto de par efectivo y velocidad de giro media, 3,73 Nm y 529 r/min en nuestro caso
- Máximo par y velocidad de giro. 8,43 Nm y 1500 r/min en nuestro caso.
- Aprovechamiento térmico del motor
Criterios de selección:
- La relación de momentos de inercia no debe ser superior a 7
- El aprovechamiento térmico del motor ha de ser menor o igual al 80%
- El punto de trabajo medio (2), debe quedar dentro de la curva roja de par velocidad, que es la de servicio permanente S1.
- El punto de trabajo máximo o puntual (3), puede quedar por encima de la curva roja, pero siempre dentro de la curva negra, que es la de par/velocidad máximo, para servicio intermitente.
Si nos fijamos en nuestra imagen, el motor preseleccionado, cumple todo menos la relación de momentos de inercia, que está en 16,5. Por tanto no sería válido, pues corremos un riesgo muy alto de no poder realizar una buena regulación del lazo de posición.
Esto se puede solucionar de dos formas:
A- Eligiendo un motor de tamaño superior, de forma que suba el mom. Inercia del motor y por tanto esa relación baje.
B- Poniendo un reductor en la salida del motor, lo cual hace bajar igualmente dicha relación, al subir el momento de inercia del conjunto motor-reductor.
- Opción A: Si elegimos un motor de 2,5 kW en lugar del 1,5 kW elegido inicialmente, vemos que la relación baja a 5,34, siendo válida:
- Opción B: En la ventana de introducción de datos del husillo, indicamos un reductor general en el lado del motor, de relación i=2,
con lo que vemos que ahora, podemos elegir un motor de 1 kW teniendo una relación de momentos de inercia de 5,41
Por último, pulso al botón seleccionar motor, con lo que ya tendré seleccionado el mismo.
Adicionalmente, podría también seleccionar el convertidor de frecuencia y los cables necesarios para esta aplicación.
Lo sentimos, no hay comentarios todavía.