Diagnostiquer les codes d'erreur sur un servomoteur numérique pour le cintrage de tubes CNC

May 07, 2023

Le logiciel BendPro offre aux utilisateurs de servocommandes numériques une vue en temps réel de ce qui se passe dans la machine, même à distance.

Récemment, nous avons reçu un appel d'un fabricant de pièces hydrauliques qui perdait quelques heures de production à chaque quart de travail sur l'une de ses cintreuses de tubes CNC : "Nous pouvons exécuter quelques pièces, puis nous obtenons un défaut de chariot !"

La cintreuse en question est une machine plus ancienne qui a été mise à niveau avec un nouveau système de contrôle BendPro G2 environ six mois auparavant. L'entreprise a remplacé les anciens servomoteurs et servomoteurs analogiques de l'unité par de nouveaux servomoteurs et servomoteurs numériques de Bosch Rexroth.

Sur une cintreuse de tubes CNC, le mouvement (axe) de pratiquement chaque appareil peut être positionné avec précision par des servomoteurs, qui sont contrôlés par un servomoteur. Un servomoteur est un amplificateur qui convertit la tension électrique de la machine en une tension contrôlée pour déplacer avec précision un servomoteur.

Un servomoteur renvoie un signal au variateur, qui surveille sa vitesse et sa direction. Pour savoir dans quelle direction et à quelle vitesse se déplacer, le système de contrôle doit fournir des informations au variateur. La plupart des cintreuses CNC ont au moins deux servomoteurs, et une machine entièrement électrique peut en avoir 12 ou plus.

Analogique. Dans un système d'asservissement analogique, le système de commande principal envoie un signal analogique qui dicte la vitesse et la direction de l'entraînement. Le signal peut être analogique à faible ampérage, mais les systèmes les plus couramment utilisés fournissent une tension de commande, jusqu'à 10 volts continus positifs ou jusqu'à 10 volts continus négatifs (+/- 10 VDC). En théorie, si un signal de commande de zéro volt est appliqué au variateur, l'axe doit être à l'arrêt. Si le système fournit +10 volts, le variateur doit se déplacer à pleine vitesse dans une direction ; si -10 volts, il doit se déplacer à pleine vitesse dans le sens opposé ; si 5 volts, il doit se déplacer à mi-vitesse ; et ainsi de suite.

Le variateur traduit toute tension de commande fournie en une vitesse et une direction relatives de l'axe. Le variateur surveille ensuite cette tension pour s'assurer que le servomoteur exécute la vitesse et la direction correctes.

Le retour de position et de vitesse est également fourni au système de contrôle ; le variateur peut envoyer un signal qui émule le signal de retour du moteur ou il peut y avoir un deuxième encodeur qui surveille les données de position de l'axe. Le système de contrôle utilise cette rétroaction pour ajuster le signal de tension analogique afin de contrôler précisément l'axe.

Les systèmes d'entraînement et de contrôle doivent également disposer d'entrées et de sorties supplémentaires pour communiquer l'état entre eux. La commande enverra un signal d'activation, indiquant que le variateur peut déplacer l'axe, et le variateur fournira un signal OK indiquant à l'unité de commande qu'il n'a rencontré aucun problème avec ses systèmes internes ou le moteur.

De plus, par mesure de sécurité, lorsque le système de commande n'est pas prêt pour le mouvement, il empêche généralement le variateur de déplacer un axe en utilisant un contacteur pour déconnecter la source d'alimentation principale du variateur ou fournir une coupure entre le variateur et le moteur.

Un signal analogique supplémentaire peut également être lié au variateur pour communiquer la quantité de puissance disponible du moteur qui doit être utilisée pour effectuer un mouvement.

En cas de défaut du variateur en fonctionnement normal, la machine s'arrêtera et un message apparaîtra indiquant qu'un des axes (dans ce cas, l'axe Y) est en défaut.

Étant donné que tout cela se déroule sur une série de fils et de câbles dans la machine et l'armoire de commande, les systèmes analogiques sont sensibles au bruit électrique, ce qui peut provoquer un mouvement involontaire de l'axe. Un câble coupé ou en court-circuit peut également transmettre une tension involontaire aux signaux analogiques ou empêcher le retour de position. Dans les cas extrêmes, l'axe peut s'emballer de manière incontrôlable.

Lors du dépannage d'un système analogique, un technicien doit vérifier les entrées, les sorties et les signaux de commande avec un voltmètre commun. La plupart des lecteurs analogiques modernes ont un petit écran qui affiche un message d'état indiquant l'état du lecteur. Il peut s'agir d'un simple code à deux lettres ou d'une série de symboles et de voyants. La plupart des systèmes conservent également un journal des pannes récentes.

Ces données historiques peuvent s'avérer très précieuses pour un technicien dépannant un système analogique. Pour récupérer les données historiques, un ordinateur devra être connecté directement au lecteur, et le logiciel du fabricant utilisé.

Chris Brennan, ingénieur de contrôle chez Current Tech (fabricant du logiciel de cintrage de tubes BendPro), a déclaré : « Les variateurs analogiques ne donnent souvent qu'un signal de défaut de variateur générique. Pour enquêter sur le défaut réel, il faut souvent ouvrir les portes de l'armoire haute tension, ce qui, pour des raisons de sécurité n'est généralement pas permis aux opérateurs de le faire."

Numérique. Dans un système d'asservissement numérique, le variateur contrôle toujours la vitesse et la direction du moteur et reçoit un retour du moteur confirmant qu'il exécute la vitesse et la direction correctes. Cependant, la commande du système de commande et la rétroaction du système de commande sont fournies le long d'un réseau de communication numérique.

Les fabricants de systèmes d'asservissement et de contrôle ont développé différents protocoles et méthodes de communication entre les appareils (par exemple, ProfiBUS, ModBUS, EtherCAT et SERCOS). Ils permettent tous une communication bidirectionnelle entre le servo variateur et le système de contrôle, ainsi que de nombreux autres dispositifs qui peuvent être nécessaires.

Dans un système numérique, plutôt qu'un signal de tension ou d'ampérage envoyé par fil pour communiquer la vitesse et la direction au variateur, la commande envoie essentiellement un signal indiquant "Déplacez-vous vers cette position, à cette vitesse", et le variateur gère le mouvement réel du moteur. Les retours de position et de vitesse sont renvoyés au système de contrôle via le même réseau numérique des milliers de fois par seconde. Parce que ces systèmes ne reposent pas sur un signal analogique, ils sont beaucoup moins susceptibles de permettre un mouvement involontaire dû au bruit électrique ou à un câble coupé ou court-circuité, il y a donc beaucoup moins de risque d'emballement de l'axe.

Étant donné que le variateur est connecté à un système de communication numérique, beaucoup plus d'informations peuvent être transmises dans les deux sens, soit directement au système de contrôle, soit au logiciel du variateur. Pendant le fonctionnement, le variateur peut surveiller le moteur pour des données critiques telles que la vitesse du moteur, la distance parcourue à l'échelle, la position réelle à l'échelle, la température du moteur et le couple requis pour effectuer un mouvement.

Selon le fabricant du variateur et les protocoles de communication utilisés, un technicien peut utiliser ces données pour dépanner plusieurs choses se produisant avec un axe particulier et peut même être en mesure de tester le mouvement et la mise à l'échelle du moteur et de l'axe indépendamment du système de contrôle principal.

Généralement, vous pouvez souvent charger le logiciel du fabricant du variateur directement sur le système de contrôle. Si vous le faites, un technicien peut accéder à distance à l'ensemble du système d'asservissement via le système de communication numérique sans avoir besoin d'une connexion directe au servo variateur. Grâce à la connexion à distance à la machine, un technicien peut surveiller l'état, l'historique, la mise à l'échelle et d'autres paramètres système pour déterminer la cause d'un problème particulier. Avec un opérateur local contrôlant le mouvement de la machine, un technicien peut surveiller les données en direct du système d'asservissement.

Le message de diagnostic ici indique qu'il y a un problème avec le signal du codeur. Avec une connexion Internet sur la machine, un technicien peut se connecter et dépanner la cintreuse à distance.

"Avec les variateurs numériques, il est possible que les données de défaut réelles soient lues et enregistrées par le système de contrôle, ce qui signifie que le dépannage principal du système pourrait se produire beaucoup plus facilement, peut-être sans avoir besoin d'ouvrir les armoires du tout", a déclaré Brennan.

Sur la plieuse qui ne pouvait exécuter que quelques pièces avant une défaillance du chariot, un technicien de RbSA Industrial a pu se connecter à distance au PC de contrôle exécutant le logiciel de contrôle de la plieuse BendPro G2 et surveiller le chariot pendant qu'un opérateur local tentait d'exécuter des pièces. Généralement, lorsqu'un axe est déplacé, BendPro surveille sa position et sa vitesse, et le mouvement n'est autorisé que si l'axe reste dans une certaine fenêtre de position.

Finalement, pendant la production, la commande a arrêté la cintreuse de tubes et a affiché une erreur de position de l'axe Y (chariot). Après avoir échoué de cette façon, la machine pourrait être redémarrée et fabriquer quelques pièces supplémentaires, apparemment sans problème, avant que la même erreur ne revienne.

Tout en étant connecté au PC de contrôle, le technicien s'est également connecté à IndraWorks, un progiciel de Bosch Rexroth qui permet la connexion au système d'asservissement via le réseau EtherCAT du système. Il a accédé aux données historiques de défaut du variateur et a trouvé une série de défauts de surintensité.

En règle générale, les servomoteurs sont conçus pour fonctionner à un couple spécifique à des vitesses de moteur spécifiques, et cela est contrôlé et surveillé par le variateur. Le moteur doit pouvoir fonctionner indéfiniment jusqu'à 100 % de son couple nominal. Cependant, un servomoteur peut également fonctionner pendant de courtes périodes à un couple plus élevé afin de pouvoir fournir de courtes rafales de puissance supplémentaire lors de certaines opérations, par exemple pour accélérer, maintenir la vitesse et décélérer. Si le moteur nécessite plus de 100 % de couple trop longtemps, trop de courant électrique sera consommé par le système d'entraînement, ce qui peut endommager le variateur ou le moteur. Avant que cela ne se produise, le variateur arrête le mouvement de l'axe et se met en défaut.

Alors que l'opérateur continuait d'essayer de faire fonctionner les pièces et que le technicien surveillait à distance, il y avait plusieurs autres défauts d'erreur de position, mais après plusieurs minutes, plutôt qu'une erreur de position, BendPro affichait un défaut d'axe Y. Le variateur était en panne et a communiqué cet état de panne à la commande. Une vérification rapide dans le logiciel IndraWorks a confirmé qu'il s'agissait à nouveau d'une condition de surintensité, comme cela avait été enregistré dans l'historique des défauts. Le logiciel indiquait que le moteur devait utiliser trop de couple pendant trop longtemps.

Tout en surveillant le pourcentage de couple, l'opérateur a fait avancer et reculer le chariot le long de la machine à l'aide du mode manuel et du joystick sur la commande et a constaté que (comme prévu) le couple dépassait brièvement 100 % de la tolérance nominale pendant l'accélération et la décélération. Puis, après plusieurs mouvements sur toute la longueur de la machine, le couple a bondi de plus de 200 % - et pas seulement pendant l'accélération mais pendant le mouvement sans charge. Cela a finalement recréé le défaut de surintensité.

Il s'est avéré que l'un des roulements linéaires sur lesquels le chariot roule était tombé en panne et faisait travailler le moteur beaucoup plus fort qu'il n'aurait dû pour positionner le tube pour le virage suivant, s'éloignant parfois suffisamment de sa position prévue pour provoquer le commande pour arrêter la machine avec une erreur de position. À son tour, cela amenait parfois le variateur à arrêter la machine avec un défaut de surintensité, évitant ainsi d'endommager le moteur.

Heureusement, le service de maintenance du fabricant disposait d'un roulement et a pu identifier et remplacer le roulement défectueux. La machine était de retour en pleine production environ 20 minutes plus tard.

Grâce à Indraworks de Bosch Rexroth AE, un technicien peut accéder à distance à un variateur, ainsi qu'à son état actuel et à l'historique des pannes, sans que personne n'ouvre une armoire électrique.