Yük Paylaşımı (Load Sharing) Kontrolü
Kısa tanım
Yük paylaşımı (load sharing), aynı mekanik yükü taşıyan iki veya daha fazla motorun torku eşit ya da tanımlı bir oranda paylaşmasını sağlayan sürücü kontrol yöntemidir. Motorlar ayrı ayrı hız kontrolünde bırakılırsa küçük hız farkları yüzünden biri yükün tamamını çekerken diğeri frenler; bu yüzden genellikle bir motor hız kontrollü master, diğerleri tork kontrollü slave olarak çalıştırılır ya da droop yöntemi kullanılır. ONX Control bu yapıyı CODESYS, EtherCAT ve hız/tork kontrol modunda çalışan AC ve servo sürücülerle kurar.
Nasıl çalışır?
Mekanik olarak sıkı bağlı iki motor (aynı tambura, aynı mile veya aynı banda bağlı) fiziksel olarak aynı hızda dönmek zorundadır. Her iki sürücü de kendi hız referansını kovalarsa enkoder, kayma ve referans farklarından doğan küçük hata, hız regülatörlerinin birbirine karşı çalışmasına yol açar: bir motor aşırı yüklenip ısınırken diğeri boşta kalır, hatta rejeneratif bölgeye geçer. Yük paylaşımı bu çatışmayı ortadan kaldırmak için kurulur.
En yaygın üç yöntem şunlardır: master/slave tork takipçisi (torque follower), droop kontrolü ve hız kontrollü sürücülere eklenen yavaş bir tork dengeleme (trim) döngüsü. Tork takipçisinde master sürücü hızı tutar, ürettiği tork referansı her haberleşme çevriminde slave sürücülere tork referansı olarak gönderilir. Droop yönteminde ise her sürücü yük arttıkça hız referansını kendi torkuyla orantılı olarak biraz düşürür; haberleşme gerektirmez ama hız regülasyonundan bir miktar ödün verilir. Bant gibi esnek bağlantılarda ve motorların aynı mile bağlı olduğu rijit sistemlerde doğru yöntem farklıdır.
-
1
Bağlantının tanımlanması
Motorlar arasındaki mekanik bağın rijit (ortak mil, ortak tambur, dişli) mi yoksa esnek (uzun bant, halat, kayış) mi olduğu belirlenir; yöntem seçimi buna göre yapılır.
-
2
Master hız kontrolü
Master sürücü hız kontrolünde çalışır ve sistemin hızını belirler; rampa, hızlanma ve yavaşlama yalnızca master üzerinden yönetilir.
-
3
Slave tork takibi veya droop
Slave sürücüler master'ın tork referansını EtherCAT üzerinden alır ve paylaşım oranıyla çarparak uygular; alternatif olarak tüm sürücüler droop ile hız kontrolünde çalışır.
-
4
Koruma ve izleme
Slave sürücüye hız sınırı konur; bağlantı koparsa veya bant kayarsa slave'in kaçması engellenir. Motor torkları ve akımları sürekli karşılaştırılır, dengesizlik alarm olarak raporlanır.
Kritik parametreler
| Parametre | Neden önemli? | Tipik aralık / ONX saha verisi |
|---|---|---|
| Hat / taşıma hızı | Motor devir aralığını, redüktör oranını ve droop yönteminde kabul edilebilir hız düşüşünü belirler. | Proje bazında belirlenir |
| Yük paylaşım doğruluğu | Motorlar arasındaki tork farkının kabul edilen sınırıdır; tork ölçümünün doğruluğu ve sürücülerin motor modeli ayarı belirleyicidir. | Proje bazında belirlenir |
| Tepki süresi ve haberleşme çevrimi | Tork referansının master'dan slave'e ulaşma süresidir; ani yük değişimlerinde ve kalkışta paylaşımın ne kadar korunacağını belirler. | Proje bazında belirlenir |
| Mekanik bağlantı rijitliği | Rijit bağlantıda tork takipçisi, esnek bağlantıda (uzun bant, halat) hız kontrolü + tork dengeleme döngüsü daha uygundur. | Proje bazında belirlenir |
| Motor sayısı ve güç oranı | Farklı güçte motorlarda paylaşım oranı eşit değil, nominal torkla orantılı tanımlanır; motor ve redüktör farklılıkları yazılımda dengelenir. | Proje bazında belirlenir |
ONX mimarisi
ONX mimarisinde master ve slave sürücüler aynı EtherCAT ağında bulunur. CODESYS, master sürücünün anlık tork değerini her çevrimde okur, paylaşım oranı, rampa ve sınırlarla işler ve slave sürücülere tork referansı olarak yazar. EtherCAT'in deterministik çevrimi sayesinde ayrı bir analog tork hattı ya da sürücüler arası özel kablolama gerekmez.
Yüksek güçlü uygulamalarda Unidrive M000 gibi ortak DC baraya sahip modüler sürücü sistemleri tercih edilebilir; böylece bir motorun frenlemede ürettiği enerji diğer motorlar tarafından kullanılır. Kalkış sırası, fren açma koşulları, dengesizlik alarmları ve tek motorla acil çalışma gibi senaryolar da aynı CODESYS uygulamasında yönetilir.
CODESYS ve EtherCAT master
Tork referansının master'dan slave'lere aktarılması, paylaşım oranı, droop ve tork dengeleme döngüleri.
Endüstriyel PC
CODESYS Control RTE'nin çalıştığı endüstriyel PC.
AC sürücüler
Hız ve tork kontrol modunda çalışabilen, SI-EtherCAT modülüyle EtherCAT'e bağlanan sürücüler; yüksek güçte ortak DC baralı modüler sistem.
Motorlar ve boyutlandırma
Konveyör ve vinç tahrikleri için asenkron motorlar; yük, eğim ve hızlanma profiline göre motor seçimi.
Uzak I/O
Fren geri bildirimi, bant kayma ve aşırı hız sensörleri ile acil durdurma sinyalleri için EtherCAT uzak I/O.
Saha referansı
Aşağıdaki görseller yük paylaşımının prensibini anlatır: mekanik olarak bağlı motorlarda master sürücünün tork referansının slave sürücülere aktarılması ve iki uçtan tahrik edilen bir konveyör örneği.
Prensip görselleri
Retrofit senaryosu
Eski çok motorlu sistemlerde sık görülen tablo; motorların tek bir sürücüden paralel beslenmesi, sürücüler arasında analog tork hattı ya da her motorun ayrı hız kontrolünde bırakılıp dengesizliğin motor kaymasına güvenilerek tolere edilmesidir. Retrofit'te motorlar ve mekanik çoğunlukla korunur; her motora ayrı sürücü verilir ve yük paylaşımı EtherCAT üzerinden yazılımda kurulur.
- Mevcut motorların, redüktörlerin ve mekanik bağlantının incelenmesi; motor akımlarının çalışma sırasında kaydedilmesi
- Bağlantı tipine göre tork takipçisi, droop veya tork dengeleme yönteminin seçilmesi
- Her motor için EtherCAT haberleşmeli sürücü ve gerekiyorsa enkoder eklenmesi
- Slave hız sınırı, fren mantığı ve dengesizlik alarmlarının CODESYS'te tanımlanması
- Boşta, yüklü ve kalkış koşullarında tork paylaşımının kaydıyla devreye alma
Sık sorulan sorular
Yük paylaşımı neden gerekir, motorları aynı hıza ayarlamak yetmez mi?
Mekanik olarak bağlı motorlar zaten aynı hızda dönmek zorundadır. Her iki sürücü de bağımsız hız kontrolünde olursa referans ve ölçüm farkları yüzünden regülatörler birbirine karşı çalışır; bir motor yükün büyük kısmını taşır, diğeri boşta kalır veya frenler. Yük paylaşımı torku bilinçli olarak dağıtır.
Droop kontrolü ile tork takipçisi arasındaki fark nedir?
Droop'ta her sürücü yük arttıkça hızını torkuyla orantılı olarak biraz düşürür; sürücüler arasında haberleşme gerekmez, ancak yüke bağlı küçük bir hız düşüşü kabul edilir. Tork takipçisinde master hızı tutar ve tork referansını slave'lere gönderir; hız regülasyonu korunur ama hızlı ve güvenilir bir haberleşme gerekir.
Uzun bantlı konveyörlerde hangi yöntem uygundur?
Bant esnek olduğu için baş ve kuyruk tahrikleri arasında anlık hız farkı oluşabilir. Bu tür sistemlerde slave'i doğrudan tork kontrolüne almak yerine hız kontrolü ile yavaş bir tork dengeleme döngüsü ya da droop kullanmak çoğu zaman daha kararlıdır. Karar bant uzunluğu, gerdirme sistemi ve yük profiline göre verilir.
Çift motorlu vinçlerde güvenlik nasıl sağlanır?
Tork kontrollü slave'e mutlaka bir hız sınırı tanımlanır; mekanik bağlantı koparsa veya yük kayarsa slave kontrolsüz hızlanmaz. Fren açma koşulları, her iki motorun tork oluşturduğunun doğrulanmasına bağlanır ve tork dengesizliği izlenerek alarm üretilir.
Teklif için hangi bilgiler gerekir?
Uygulama tipi (konveyör, vinç, merdane), motor sayısı ve güçleri, mekanik bağlantı şekli, hız aralığı, yük profili, mevcut sürücü ve kontrol sistemi bilgisi ön değerlendirme için yeterlidir.
Çok motorlu tahrik projenizi mühendislerimizle konuşun
Motor sayısını, güçlerini ve mekanik bağlantı şeklini paylaşın; yük paylaşımı yöntemi ve sürücü önerisiyle dönüş yapalım.