如果说封面中这个长得像分布式 I/O 模块组的玩意,是电机驱动器,您会相信么?

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这是近期不少展会上展出的名为 CDT (Compact Drive Technology)的产品。初看就是普通的分布式 I/O 嘛。

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仔细看,的确就是基于EthatCAT 总线的远程 I/O 模块组。

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一点儿没错,各个模块化 I/O 通过 K-bus 扩展。

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比较特别的地方是,与 I/O 模块连接的貌似不像是普通的信号线缆,而是连接到伺服电机的“动力+反馈”集成电缆,如此看来,这么小的远程 I/O 模块,难道真的是电机驱动器么?

是的,所谓 CDT (Compact Drive Technology)紧凑型驱动技术,就是一种基于远程 I/O 模块的电机驱动解决方案。

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上网搜索「Compact Drive Technology」,会被引导到相应的产品官网,从官方对该技术的解释和说明看,这种 CDT 技术的确是以其 EtherCAT 总线分布式 I/O 以及 K-bus 为基础封装的 I/O 模块产品,连产品分类都是划在 I/O 端子模块一类的。而事实上,它其实是电机驱动模块,其外形尺寸和模块组装方法,与普通 I/O 模块一样,并且在使用时可以与设备的各类 I/O 模块集成组装在一个 K-bus 机架上。

因此,如果可以使用这种 CDT 技术,将可以不需要使用传统的电机驱动产品,如:变频器、驱动器...等等。不仅极大降低设备体积和空间占用,让系统更加简洁、紧凑,也可以大大简化电机驱动的安装和接线,节省大量系统集成的人工和时间。

那么,此时我们最关心的问题当然就是:这么碉堡的 CDT 驱动技术,到底适合哪些电机和传动控制的应用,尤其是如此小的“驱动模块”体积,能否胜任高动态的伺服运控应用,以及其功率/转矩/电流承载能力到底如何呢?

接下来让我们借助官方发布的产品资料对上面这些问题作浅浅的解读。

在 CDT 资料中有下文这样一段表述,说明这种驱动技术其实是完全支持各种高动态运动控制的,不仅可以实现精准的点到点定位和速度控制,也可以借助 K-bus 和 EtherCAT ,通过 TwinCAT 平台实现与通用运控伺服相同的各种多轴同步和插补运动。

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CDT 可以支持的伺服电机包括 AM8100 (上图左)和 AM3100 (上图右)系列 50V DC 直流伺服电机。由于各自的反馈接口不同,因此需要选用适配相应的 CDT 伺服 I/O 模块。

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使用型号为 EL7201 或 EL7211 的模块,可以适配 Resolver (旋变)反馈的AM3100 系列电机。

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电机输出扭矩最大可以达到 0.69 Nm。

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根据电机输出扭矩的不同,须选用对应的 I/O 驱动模块。

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接线如上图所示。

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如果应用中需要使用绝对型运控反馈,则可以采用单电缆技术的 AM8100 系列 50 VDC 直流伺服电机,适配的 CDT I/O 驱动模块型号为 EL7201-0010 和 EL7211-0010。

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电机输出扭矩可达 1.25 Nm。


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同样,不同扭矩电机须适配不同电流容量的 I/O 驱动模块。

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单电缆反馈的电机接线如上图所示。

如果上面的电机输出扭矩不够,可以选用集成减速机的伺服电机,实现低速大扭矩的输出。

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在集成减速电机的选择上,也同样可以选择 Resolver(旋变)或者绝对型反馈的单电缆电机。

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选用集成减速电机后,最大输出可以达到 44Nm,当然输出转速也是极低的了。

在今年 10 月的产品更新中,CDT 增加了具有安全扭矩关断(STO)功能的驱动模块,型号为 EL7201-9014 。

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就是说借助 CDT 可以实现集成安全的运动控制了。

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上面这个就是集成 STO 的 CDT 驱动 I/O 模块的接线。

除了高大上的伺服驱动运动控制,也可以借助 CDT 的步进驱动 I/O 模块,实现一些入门级、经济型的运控应用。

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与 CDT 步进模块适配的电机,可以选用 AS1000 的步进电机,输出扭矩可达 5.0 Nm。

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也可以选用集成减速机步进电机,实现低速大扭矩输出。

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CDT 的步进 I/O 模块接线如上图所示。

从以上的浅析可以看出,CDT 其实可以实现的运动驱动控制,从功能的跨度看是非常宽泛的,从简单的入门级经济型步进驱动、到高阶伺服驱动,不仅包括了单轴定位和速度控制,还有多轴同步的运控功能,甚至还有集成安全运动驱动控制。比较明显的局限就是其输出扭矩和功率是比较有限的。
所以从产品特点上看,CDT 比较适合那些轴数较多,且输出功率大都在 200w 以内的运控设备应用。

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在实际现场应用中使用 CDT 时,需要有两点特别提醒各位注意下:

电磁兼容性方面:CDT 与传统驱动器一样属于电机控制的放大功率单元,需注意输出电机线缆的安装与布线,尤其是线缆的屏蔽层处理,须考虑系统的抗干扰性能。在手册上面有如上图的“驱动侧”安装示范,建议勿要采取前面照片上看到的展会上展示的线缆布置。

动力电源方面:尽管实际应用时 CDT 的各个模块是并排安装在 K-bus 总线上的,但切勿以为这些驱动模块是共直流电源母线的。事实上,每块 I/O 驱动模块都需要有外部直流电源的接入作为驱动动力输入的。

对了,还有一件事 One More Thing

我们知道远程分布式 I/O 是有一种现场高防护等级版本的,所以既然 CDT 是基于 EthatCAT 分布式 I/O 的,也是有此类 IP67 的 I/O 驱动模块的。

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如上图所示的这种 IP67 版的 EthatCAT Box 模块,无需任何外壳防护,就可以直接布置到电机附近的现场,可以耐受 -25~60℃ 的环境温度,不仅可以就近驱动电机,还可以将电机附近的各种数字量信号集成接入到系统,极大减少包括电机线缆在内的各种布线长度和数量。


只不过目前的这种现场 IP67 版的 EtherCAT Box 还仅仅支持带编码器反馈的步进电机闭环控制,最大可以有 5A 输出。不知未来是否(何时)可以有支持伺服电机的版本发布。
 
 
 
来源:网络