Biến Tần Cho Máy Ép Servo: Ứng Dụng KEB COMBIVERT F6

Máy ép servo yêu cầu hệ truyền động có khả năng kiểm soát chính xác tốc độ, mô-men và chuyển động của động cơ theo từng giai đoạn vận hành. Với những máy công suất lớn, bài toán còn mở rộng sang việc phối hợp nhiều truyền động, xử lý năng lượng trong quá trình tăng giảm tốc và duy trì độ lặp lại của chu trình sản xuất. Một ứng dụng thực tế trên hệ thống Servo Press của MS-Hydraulik tại Đức cho thấy cách COMBIVERT F6, Active Front End và DC-Link chung được kết hợp trong một hệ truyền động servo công suất lớn. Từ cấu hình này, A.S.C VN phân tích vai trò của biến tần cho máy ép servo, phương án điều khiển động cơ và cách quản lý năng lượng trong hệ thống.

Máy ép servo yêu cầu gì ở hệ thống truyền động?

Máy ép servo không chỉ yêu cầu động cơ tạo ra công suất hoặc mô-men cần thiết. Quan trọng hơn, chuyển động phải được kiểm soát phù hợp với từng giai đoạn của chu trình máy.

Trong quá trình vận hành, hệ thống có thể cần thay đổi tốc độ, điều chỉnh mô-men, tăng giảm tốc hoặc đồng bộ nhiều cơ cấu truyền động. Vì vậy, drive sử dụng trên máy cần đáp ứng tốt cả phần công suất lẫn khả năng điều khiển.

Một số yêu cầu đáng chú ý gồm:

• Kiểm soát tốc độ động cơ ổn định;
• Điều khiển mô-men theo yêu cầu công nghệ;
• Nhận phản hồi từ encoder hoặc resolver;
• Đáp ứng các chu kỳ tăng giảm tốc;
• Phối hợp nhiều trục truyền động;
• Kết nối với bộ điều khiển trung tâm;
• Xử lý năng lượng phát sinh trong trạng thái tái sinh;
• Đáp ứng yêu cầu an toàn của máy.

Đối với hệ thống công suất lớn, việc lựa chọn biến tần cho máy ép servo vì vậy không nên chỉ dựa vào công suất kW ghi trên motor. Dòng điện, mô-men, khả năng quá tải, chu kỳ làm việc, loại feedback và kiến trúc toàn bộ hệ thống đều cần được xem xét.

Vì sao KEB F6 có thể dùng để điều khiển động cơ servo?

COMBIVERT F6 là drive controller kết hợp chức năng frequency inverter và servo drive trong cùng một thiết bị. Dòng F6 hiện có dải công suất từ 2,2 kW đến 450 kW và có khả năng điều khiển nhiều công nghệ động cơ, vận hành có hoặc không có encoder tùy ứng dụng.

Trong ứng dụng máy ép đang xét, F6 đang tham gia vào hệ truyền động yêu cầu điều khiển động cơ servo, xử lý các yêu cầu về tốc độ, mô-men và phản hồi chuyển động.

Tài liệu phần cứng của dự án mà A.S.C nhận được cho thấy các F6 được cấu hình với Multi Encoder Interface và EtherCAT, đồng thời có các tùy chọn liên quan đến STO và safety module. Đây là những thành phần phù hợp với một hệ thống cần kết nối nhiều trục và kiểm soát chuyển động theo phản hồi.

Cấu trúc hệ truyền động của máy ép servo

Một trong những tài liệu đáng chú ý nhất của dự án là sơ đồ khối hệ thống truyền động.

Sơ đồ cho thấy nguồn điện trước tiên đi qua HF Filter và bộ lọc AFE, sau đó tới Active Front End. Từ đây, nguồn DC được đưa lên một DC-Link chung để cấp cho nhiều drive điều khiển các motor khác nhau.

Có thể hình dung cấu trúc chính như sau:

Nguồn AC → Bộ lọc → Active Front End → DC-Link → Drive → Motor

Song song với phần công suất là hệ điều khiển gồm HMI và C6 với KEB Energy Management.

Điểm đáng chú ý ở kiến trúc này là các drive không hoạt động như những thiết bị hoàn toàn tách biệt. Chúng cùng tham gia một hệ truyền động có DC-Link chung và được tổ chức để phục vụ quá trình vận hành của toàn bộ máy.

Điều khiển motor servo trong hệ thống máy ép

Trong một máy ép servo, mỗi motor có thể đảm nhiệm một nhiệm vụ truyền động nhất định. Bộ điều khiển trung tâm xác định yêu cầu vận hành, còn drive chịu trách nhiệm điều khiển motor theo giá trị được thiết lập.

Nguyên lý có thể hiểu đơn giản:

Bộ điều khiển → Drive → Servo motor → Cơ cấu máy

Khi hệ thống sử dụng feedback từ resolver hoặc encoder, tín hiệu phản hồi được đưa trở lại hệ điều khiển để drive tiếp tục hiệu chỉnh trạng thái của motor.

Hệ thống đã sử dụng các servo motor KEB 400 V có resolver. Trong đó có các motor được ghi nhận với mô-men định mức 200 Nm và 133 Nm, tốc độ định mức 3.000 vòng/phút. Việc điều khiển motor servo theo phản hồi giúp hệ truyền động thực hiện chuyển động với độ chính xác và khả năng lặp lại cao hơn so với phương án chỉ vận hành motor theo một tốc độ cố định.

Khả năng xử lý feedback và điều khiển vòng kín là yếu tố quan trọng để duy trì độ chính xác và khả năng lặp lại của chuyển động.

Servo motor được tích hợp với hệ thống thủy lực như thế nào?

Hình ảnh thực tế trong dự án cho thấy nhiều cụm motor được bố trí cùng hệ thống đường ống và thiết bị thủy lực của máy.

Ở đây cần phân biệt: F6 không trực tiếp tạo ra lực ép. Drive thực hiện điều khiển động cơ servo, còn động cơ và hệ thống cơ khí – thủy lực mới chuyển năng lượng thành chuyển động và lực phục vụ quá trình ép. Vì vậy, hiệu quả của máy phụ thuộc vào tổng thể gồm drive, motor, hệ thống thủy lực, cảm biến, bộ điều khiển và chương trình vận hành chứ không thể quy về một thiết bị riêng lẻ.

Active Front End có vai trò gì trong máy ép servo?

Ngoài điều khiển chuyển động, một vấn đề khác của hệ thống công suất lớn là xử lý năng lượng khi các động cơ thay đổi trạng thái vận hành. Trong quá trình giảm tốc hoặc khi motor hoạt động ở trạng thái phát điện, năng lượng có thể quay trở lại DC-Link. Với một số kiến trúc truyền động thông thường, phần năng lượng dư này phải được xử lý bằng điện trở hãm và chuyển thành nhiệt. Trong máy ép servo của MS-Hydraulik, KEB sử dụng F5 Active InFeed Converter, hay Active Front End. Với Active Front End, dòng năng lượng có thể truyền theo hai chiều giữa lưới điện và DC-Link.

Khi motor tiêu thụ năng lượng:

Lưới → Active Front End → DC-Link → Drive → Motor

Khi xuất hiện năng lượng tái sinh:

Motor → Drive → DC-Link → Active Front End → Lưới

Đây là điểm khác biệt quan trọng đối với những hệ thống có nhiều truyền động và thường xuyên tăng giảm tốc.

DC-Link chung giúp các truyền động phối hợp hiệu quả hơn

Sơ đồ dự án cho thấy nhiều drive được nối vào cùng một DC-Link. Kiến trúc này tạo điều kiện để phần năng lượng trong hệ thống được quản lý ở cấp độ chung thay vì chỉ xét riêng từng drive. Khi một trục đang giảm tốc và một trục khác đang cần năng lượng, kiến trúc DC chung có thể tạo điều kiện cho việc cân bằng năng lượng trong hệ thống trước khi phần dư cần được đưa trở lại nguồn, tùy cấu hình và trạng thái vận hành thực tế.

Đây cũng là lý do một hệ thống máy ép servo công suất lớn cần được xem xét ở cấp độ giải pháp truyền động tổng thể, chứ không đơn thuần là chọn một biến tần cho từng motor.

Yêu cầu phối hợp nhiều truyền động cũng xuất hiện trong các dây chuyền có nhiều trục kéo, cấp và thu vật liệu. Có thể tham khảo thêm giải pháp biến tần KEB cho máy cán màng, máy ghép màng để hiểu rõ hơn cách các drive được phối hợp trong một hệ thống nhiều trục.

Cấu hình KEB trong ứng dụng Servo Press 1.200 tấn

Ở ứng dụng Servo Press 1.200 tấn, cấu hình truyền động được công bố gồm:

Trong tài liệu phần cứng đi kèm dự án, riêng nhóm F6 được liệt kê ở ba cấu hình chính:

• 6 bộ F6 với dòng định mức 150 A, motor tham chiếu 75 kW;
• 2 bộ F6 với dòng định mức 115 A, motor tham chiếu 55 kW;
• 2 bộ F6 với dòng định mức 24 A, motor tham chiếu 11 kW.

Tài liệu cũng ghi nhận 2 bộ F5 Active Front End công suất 256 kVA, dòng định mức 370 A. Những thông số này cho thấy hệ thống không sử dụng một drive duy nhất mà được thiết kế theo nhiều cấp công suất khác nhau để phù hợp với nhiệm vụ của từng truyền động.

Các thông số cấu hình được đối chiếu từ tài liệu dự án và thông tin công bố của KEB.

Giải pháp truyền động giúp giảm phế phẩm như thế nào?

Trong quá trình tạo hình, độ ổn định và khả năng lặp lại của chuyển động ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng duy trì điều kiện gia công giữa các chu kỳ.

Logic của vấn đề có thể hiểu:

Hệ truyền động được kiểm soát chính xác

→ chuyển động của máy ổn định và có độ lặp lại

→ quá trình tạo hình được kiểm soát tốt hơn

→ hỗ trợ hạn chế sản phẩm không đạt yêu cầu.

Đây cũng là hiệu quả được ghi nhận trong ứng dụng Servo Press của MS-Hydraulik.

Hiệu quả năng lượng của hệ thống máy ép

Ở ứng dụng Servo Press này, mức tiết kiệm chi phí năng lượng được công bố có thể đạt tới 70%. Hiệu quả này đến từ việc tối ưu tổng thể máy ép và hệ truyền động, trong đó giải pháp servo drive được kết hợp với Active Infeed Converter để hỗ trợ cấp và tái sinh năng lượng.

Mức tiết kiệm thực tế trên một hệ thống khác còn phụ thuộc vào:

• Chu kỳ hoạt động;
• Công suất và số lượng motor;
• Thời gian tăng giảm tốc;
• Lượng năng lượng có thể tái sinh;
• Cơ cấu máy;
• Tải thực tế;
• Cấu hình hệ thống điện và truyền động.

Khi nào nên sử dụng biến tần cho máy ép servo?

Một giải pháp drive/servo như KEB F6 đáng cân nhắc khi máy có những yêu cầu như:

• Cần kiểm soát tốc độ và mô-men chính xác;
• Sử dụng động cơ servo hoặc motor có feedback;
• Cần phản hồi encoder/resolver;
• Nhiều truyền động phải phối hợp;
• Chu trình máy tăng giảm tốc thường xuyên;
• Yêu cầu độ lặp lại cao;
• Cần tích hợp PLC hoặc bộ điều khiển trung tâm;
• Hệ thống phát sinh lượng năng lượng tái sinh đáng kể;
• Cần các chức năng safety ở cấp drive.

Yêu cầu phối hợp nhiều truyền động cũng xuất hiện trong các dây chuyền sản xuất liên tục như ngành carton, nơi các cụm cấp, kéo và xử lý giấy cần duy trì tốc độ phù hợp với nhau. Tham khảo thêm giải pháp biến tần KEB cho dây chuyền carton.

COMBIVERT F6 phù hợp với nhóm ứng dụng này nhờ khả năng đảm nhiệm cả bài toán frequency inverter và servo drive trên cùng nền tảng, đồng thời hỗ trợ nhiều loại động cơ, encoder, giao tiếp và tùy chọn safety.

Lựa chọn biến tần cho máy ép servo cần dựa trên những thông số nào?

Không có một model drive phù hợp với mọi máy ép. Trước khi lựa chọn cần xác định ít nhất:

• Thông số motor: công suất, dòng điện, điện áp, mô-men, tốc độ và loại motor.
• Đặc tính tải: tải liên tục hay chu kỳ, thời gian tăng giảm tốc và yêu cầu quá tải.
• Phương thức feedback: encoder, resolver hoặc phương án điều khiển không encoder.
• Chế độ điều khiển: tốc độ, mô-men hay điều khiển chuyển động.
• Số lượng trục: một drive độc lập hay nhiều drive cần phối hợp với nhau.
• Truyền thông: EtherCAT, PROFINET hoặc chuẩn đang sử dụng trên máy.
• Quản lý năng lượng: sử dụng điện trở hãm, DC-Link chung hay hệ thống Active Front End.
• Safety: các chức năng an toàn cần đáp ứng tùy thiết kế máy.

Do đó, lựa chọn biến tần cho máy ép servo nên bắt đầu từ yêu cầu vận hành thực tế thay vì chỉ so sánh công suất drive và motor.

A.S.C VN cung cấp giải pháp truyền động KEB tại Việt Nam

Với vai trò là đối tác độc quyền của KEB tại Việt Nam, A.S.C VN cung cấp các sản phẩm và giải pháp công nghệ truyền động – tự động hóa KEB cho nhiều hệ thống máy móc công nghiệp, trong đó có các ứng dụng yêu cầu điều khiển servo, phối hợp nhiều trục và quản lý năng lượng như máy ép servo.

Đối với hệ thống máy ép, giải pháp có thể được xây dựng từ nhiều thành phần khác nhau tùy theo cấu hình thực tế, bao gồm:

• KEB COMBIVERT F6 cho các bài toán điều khiển động cơ và servo;
• KEB COMBIVERT S6 cho các trục servo yêu cầu khả năng điều khiển chính xác;
• Active Infeed Converter cho hệ thống cần cấp nguồn và tái sinh năng lượng;
• Bộ điều khiển, servo motor, encoder và các thành phần truyền động liên quan.

Việc lựa chọn thiết bị không chỉ dựa trên công suất motor mà cần xem xét đồng thời dòng điện, mô-men, chu kỳ tải, số lượng trục, phương thức feedback, chuẩn truyền thông, yêu cầu safety và khả năng tái sinh năng lượng của hệ thống. Với các máy có nhiều truyền động, kiến trúc DC-Link và phương án quản lý năng lượng cũng cần được tính toán ngay từ giai đoạn thiết kế.

Từ yêu cầu vận hành thực tế của từng máy, A.S.C VN hỗ trợ lựa chọn sản phẩm KEB và cấu hình giải pháp truyền động phù hợp, từ một trục điều khiển độc lập đến các hệ thống servo nhiều trục có yêu cầu đồng bộ và quản lý năng lượng. Doanh nghiệp đang cần tư vấn biến tần cho máy ép servo, nâng cấp hệ truyền động hiện có hoặc lựa chọn các sản phẩm KEB hãy liên hệ ngay A.S.C VN qua số Hotline: 0917.113.068 để được hỗ trợ về thiết bị và giải pháp phù hợp với ứng dụng thực tế.