Fundamentos de Robótica, Guía 4 Facultad: Ingeniería Escuela: Electrónica Asignatura: Fundamentos de Robótica1 Tema: Uso de Servomotor Industrial Contenidos • • • • Servomotores de AC Introducción al Yaskawa DR2 Control de velocidad de motor síncrono Uso del software Sigma Win + Objetivos Específicos • • • Realizar un control de velocidad de un motor síncrono AC por medio de un servopack Yaskawa DR2 Realizar el monitoreo de los datos de torque, velocidad y posición por medio del programa Sigma Win+ Cambiar parámetros de referencia en las tres velocidades posibles y observar el dato de velocidad actual del motor para observar si coincide con el especificado Material y Equipo 1 Computadora Personal con programa Sigma Win+ Instalado 1 Servo Pack DR2 1 Motor Síncrono de corriente alterna 1 fuente de corriente directa a 24V 1 Cable de conexión RS-232 Introduccion Teorica Motores de Corriente Alterna (AC) Este tipo de motores no ha tenido aplicación en el campo de la robótica hasta hace unos años debido fundamentalmente a la dificultad de su control. Sin embargo, las mejoras que se han introducido en las máquinas síncronas hacen que se presenten como un claro competidor de los motores de corriente continua. Esto se debe principalmente a tres factores: • Una construcción de rotores síncronos sin escobillas • Uso de convertidores estáticos que permiten variar la frecuencia (y así la velocidad de giro) con facilidad y precisión. Tienen el siguiente significado: Un mecanismo de control que monitorea cantidades físicas como posiciones especificadas. un servomecanismo es un mecanismo de control que monitorea cantidades . no se ha conseguido resolver satisfactoriamente los problemas de control que se presentan. En el caso de los motores asíncronos. El motor síncrono autopilotado excitado con imán permanente también llamado motor senoidal. En otras palabras. Servomecanismo De acuerdo a la terminología del estándar Industrial Japonés (JIS). Para evitar el riesgo de pérdida de sincronismo se utiliza un sensor de posición continuo que detecta la posición del rotor y permite mantener en todo momento el ángulo que forman los campos del estator y del rotor. un servomecanismo es como un sirviente quien hace tareas fiel y rápidamente de acuerdo a las instrucciones de su amo. Introducción al Yaskawa servopack DR2 Servomecanismos Se debe estar familiarizado con los siguientes términos: • Servo • Servomecanismo • Sistema de Control Servo De hecho. El inductor se sitúa en el rotor y está constituido por imanes permanentes. situado en el estator. Simplemente. estos términos son sinónimos. mientras que el inducido. el control de velocidad se realiza mediante un convertidor de frecuencia. El control de posición se puede realizar sin la utilización de un sensor externo adicional. a igualdad de peso. ya que los devanados están en contacto directo con la carcasa. En la actualidad diversos robots industriales emplean este tipo de accionamientos con notables ventajas frente a los motores de corriente continua. un servomecanismo está definido como un mecanismo que usa la posición. “servo” originalmente se deriva de la palabra “sirviente”. Para poder variar ésta con precisión. De hecho. Guía 4 Empleo de la microelectrónica que permite una gran capacidad de control. Además permite desarrollar. Es preciso resaltar la similitud que existe entre este esquema de funcionamiento y el del motor sin escobillas. está formado por tres devanados iguales decalados 120º eléctricos y se alimenta con un sistema trifásico de tensiones. dirección. u orientación de un objeto como una variable de proceso para controlar un sistema para seguir cualquier cambio en el valor objetivo (set point). Esto ha hecho que hasta el momento no tengan aplicación en robótica. una potencia mayor que el motor de corriente continua. aprovechando el detector de posición del rotor que posee el propio motor. no presenta problemas de mantenimiento debido a que no posee escobillas y tiene una gran capacidad de evacuación de calor.2 • Fundamentos de Robótica. En los motores síncronos la velocidad de giro depende únicamente de la frecuencia de la tensión que alimenta el inducido. Este método de control se conoce como autosíncrono o autopilotado. fuerza (torque). velocidad. Configuración Servo El siguiente diagrama ilustra un servosistema en detalle . el servosistema sirve para controlar los datos de salida para que coincidan con los datos de entrada especificados. Guía 4 3 físicas como posiciones especificadas. En otras palabras. Sistema de control realimentado de posición. corriente eléctrica. un sistema de control automático que implica un control realimentado deberá ser diseñado. El control realimentado está normalmente ejecutado por un servomecanismo. Este sistema de Control Automático puede ser ilustrado con el siguiente diagrama de bloques: Figura 1.Fundamentos de Robótica. Posición. son valores controlados típicos para un servosistema. Este servosistema es un sistema de control automático que detecta la posición de la máquina (datos de salida). realimenta los datos al lado de entrada. Un servo sistema se podría definir en más detalle como un mecanismo que: • Se mueve a una velocidad especificada • Coloca un objeto en determinada posición Para desarrollar tal servosistema. los compara con la posición especificada (dato de entrada) y mueve la máquina por la diferencia entre los datos comparados. Un servo amplificador consiste de un comparador. Controlador Huésped (Host Controller): Un dispositivo que controla un servo amplificador especificando una posición o velocidad como un set point. Sistema controlado: Sistema mecánico para el cual la posición o velocidad será controlada. 5. Servoamplificador: Un amplificador que procesa la señal de error para corregir la diferencia entre la referencia y los datos de realimentación y opera el servomotor de acuerdo a ello. 3. Servosistema 1. Esto incluye un sistema de manejo que transmite torque desde un servomotor 2. el cual opera el servomotor. 4. Normalmente. el cual procesa las señales de error y un amplificador de potencia. Motor AC síncrono . La siguiente figura ilustra la estructura de un servomotor de tipo síncrono Figura 3.4 Fundamentos de Robótica. Detector: Un detector de posición o velocidad. un encoder montado en un motor es usado como un detector de posición. Están disponibles en dos tipos: AC y DC. Servomotor: Un actuador principal que mueve el sistema controlado. Guía 4 Figura 2. Encoder incremental Como controlador Huésped puede ser utilizado un PLC u otro sistema de control dedicado. 5. Si este encoder está conectado al sistema mecánico y un pulso está definido como una cierta longitud (por ejemplo. Procedimiento 1. Accione el pulsador de activación del contactor para que la alimentación esté completa.Fundamentos de Robótica. la tensión de trabajo del mismo es 220V entre L1 y L2 Refiérase al manual del Servopack DR2 para la fabricación del cable de conexión para el puerto serie de la PC hacia el Servopack. Abra el programa Sigma Win+. /N-CL. 4. aparecerá la siguiente ventana: .001mm) puede ser utilizado como un detector de posición. Este encoder no detecta una posición absoluta y meramente da salida a un tren de pulsos. Conecte la fuente de 24V DC al tablero de entradas del control de velocidad. La siguiente figura ilustra el principio de operación de un generador de pulsos (método óptico) Figura 4. Conecte las entradas /P-CL. 0. Refiérase al manual del Servopack DR2 para las conexiones de alimentación y del motor hacia del servopack DR2. Realice la conexión de la alimentación del servopack DR2 al conector de 220V 2. 3. Guía 4 5 El encoder es de tipo incremental el cual genera un cierto número de pulsos por revolución. Una operación de retornar a cero debe ser ejecutada antes de posicionar. y /P-CON a 0V sólo deje /S-ON con cable suelto. 6 Fundamentos de Robótica. Guía 4 Figura 5. Ventana Connect de Sigma Win+ 6. Dé clic en la fila donde aparece el DR2-**** y después en Connect. Ventana Principal del Sigma Win+ . aparecerá la siguiente figura que es la ventana principal del Sigma Win+ Figura 6. Lo primero será realizar una comprobación de funcionamiento del motor. dé clic y mantenga presionado el botón de Forward. Guía 4 7 7. Se realizará en esta práctica el control de velocidad del motor. Dé clic en el botón servo ON (recuerde que /S-ON deberá estar desconectado para esta operación) al estar habilitado en verde la operación.Fundamentos de Robótica. . aparecerá la siguiente figura: Figura 7. suelte el botón y presione servo OFF y salga de esta ventana. Suéltelo y presione luego Reverse y deberá ver la rotación en sentido inverso al anterior. Esquema de uso del control de velocidad. donde se hará uso de las entradas del servopack Figura 8. un esquema de esto se presenta en la siguiente figura. Ventana de la operación Jog 8. deberá ver el motor rotar en el sentido de la flecha que tiene el botón. variando la referencia para las tres velocidades a las que se puede hacer trabajar el servomotor. vaya al menú “Test Run” y luego dé clic sobre la opción “Jog”. Dé clic en los cuadros de confirmación que están antes de las palabras Cn-1F. Velocidad Detenido Velocidad 1 Velocidad 2 0 1 Velocidad 3 Tabla 1. Ponga las entradas con la disposición de la tabla 1 para usar la velocidad 1. . cambie el valor de la referencia de velocidad 1 y póngalo a 50 RPMs (si este valor está previamente fijado puede probar con otro valor más alto o más bajo). Guía 4 Las entradas /P-CL. Cn-20 y Cn-21. Ventana de edición de parámetros 9.8 Fundamentos de Robótica. ¿Es el valor actual igual al de la referencia? ___________ ¿qué concluye? ___________________________________________________________________ 10. Disposición de las entradas para las distintas velocidades. /N-CL. y /P-CON responden para el control de velocidad con la siguiente tabla: /P-CON Dirección de rotación 0: Horario 1: Antihorario /P-CL 1 1 0 /N-CL 1 0 0 Conf. active /SON conectándolo a 0V con lo que el motor deberá girar a la velocidad de referencia 1. vea el valor monitoreado en la ventana principal del Sigma Win+ y compárelo con este valor. El valor que está puesto en Cn-1F se refleja en la columna value. Para el cambio de las referencias de velocidad se entra al menú parameters y luego la opción “Parameter Editing” y aparecerá la siguiente ventana Figura 9. Aracil.U. En el menú File hay una opción para desconectarse del Servopack. Usando las combinaciones de las entradas según la tabla 1.Fundamentos de Robótica. Haga nuevos cambios en las referencias estando en velocidad 2 y velocidad 3 para comprobación del funcionamiento como en el procedimiento 11. Guía 4 9 11. Oprima el pulsador para la desconexión de una parte de la alimentación. Cambie los valores de referencia de velocidad 2 y 3 a 150 y 500 RPMs respectivamente y dé clic en Write. Peñín Luis Felipe. dé clic en esta y cierre el programa. Antonio. Compruebe el cambio de giro por medio del cambio de estado de la entrada /P-CON (refiérase a tabla 1) 16. Apague la fuente AC de 220V y luego apague la fuente de 24 V DC Análisis de Resultados • • • Realice correctamente el procedimiento y haga sus observaciones acerca de la precisión con que se efectúa el control de velocidad ¿Qué tipo de controlador utiliza un servomotor para que el error sea muy cercano a cero? Busque en el manual los tipos de control que pueden realizarse con el servopack Investigación Complementaria • • • Investigue sobre otras marcas de controladores de servo motores Investigue cómo se puede hacer un control de posición de un motor DC con un potenciómetro lineal como transductor de posición. Nota importante: Por seguridad ponga valores de velocidad que no excedan las 500 RPMs. McGraw Hill/Interamericana de España S. cambie de la velocidad 1 a la 2 y luego a la 3 observe los cambios en las velocidades y los valores monitoreados por el programa. Dé clic en el botón Write y observe la velocidad del motor ¿hubo algún cambio? Observe también el valor monitoreado en la ventana principal del Sigma Win+ 12. Fundamentos de Robótica. Carlos. 15. debido a que el motor no se encuentra fijado a una base. Bibliografía • Barrientos. Balaguer. 13. Rafael. Investigue cómo hacer un control de posición con encoder incremental. 1997 Manual de Usuario Yaskawa Σ Series SGM/SGMP/DR2 Manual Nº TSE-S800-17D • . Desconecte la entrada /S-ON de 0V con esto el motor se detendrá 18. 14. 17.A. Guía 4 Hoja de cotejo: 4 Guía 4: Uso de Servomotor Industrial Alumno: Docente: EVALUACION % CONOCIMIENTO 25% 1-4 Conocimiento deficiente de los fundamentos teóricos Maquina No: GL: Fecha: 5-7 Conocimiento y explicación incompleta de los fundamentos teóricos Da observaciones correctas pero no completas.5% Es un observador pasivo.10 Fundamentos de Robótica. 2. pero es desordenado. Participa ocasionalmente o lo hace constantemente pero sin coordinarse con su compañero.5% Es ordenado. Participa propositiva e integralmente en toda la práctica. pero no hace un uso adecuado de los recursos Hace un manejo responsable y adecuado de los recursos conforme a pautas de seguridad e higiene. TOTAL 100% . Nota APLICACIÓN DEL CONOCIMIENTO 70% No genera conclusiones acerca de las aplicaciones prácticas de los servomotores No comprende la utilidad del procedimiento de la práctica para la construcción de robots Aplica el conocimiento a situaciones concretas ACTITUD 2. Hace un uso adecuado de los recursos. 8-10 Conocimiento completo y explicación clara de los fundamentos teóricos Aplica correctamente el conocimiento y da explicaciones correctas de la utilidad del laboratorio recibido. respeta las pautas de seguridad.