6FC211-0BA01-0AA4 アナログドライブインターフェイス 6FC2 11-0BA01-0AA4 6FC211-OBAO1-OAA4

Siemens 6FC211-0BA01-0AA4 | SINUMERIK ADI4 — 4軸用アナログドライブインターフェース (PROFIBUS DP経由)、24V DC入力、±10Vアナログ設定値出力、TTL/SSIエンコーダ、バージョンD

概要

Siemens 6FC211-0BA01-0AA4 は、Siemens の CNC 専用製造部門である南京工場で製造された ADI4 (アナログドライブインターフェース for 4 Axes) です。ADI4 ハードウェアのバージョンDとして、このモジュールは製品ライフサイクルの成熟した改訂版であり、SINUMERIK ADI4 仕様との完全な機能およびソフトウェア互換性を維持しながら、蓄積された設計改良を取り入れています。ADI4 のエンジニアリング上の役割は、CNC 工作機械のレトロフィットやハイブリッド設置における、長年の統合上の課題に対処します。SINUMERIK CNC はデジタルプロトコルメッセージを使用して PROFIBUS DP を介してサーボおよびスピンドルドライブと通信しますが、広く普及している SIMODRIVE 611 アナログシリーズや多くのサードパーティ製サーボアンプを含む、多数のアナログサーボアンプの既存設置ベースは、速度コマンドを ±10V アナログ電圧信号としてのみ受け入れます。ADI4 がなければ、システム設計者はすべてのドライブを交換する (高コスト、長時間のダウンタイム) か、最新の CNC を断念する (プログラミング機能と診断機能の喪失) かの選択を迫られます。ADI4 はこの選択肢を排除します。

等間隔バス上の PROFIBUS DP スレーブとして接続されたこのモジュールは、各バスサイクルで CNC からデジタル速度設定値を受信し、それを 4 つの出力チャンネルで ±10V アナログ電圧に変換し、同時に各軸からのインクリメンタルまたは SSI エンコーダフィードバックを読み取ります。

エンコーダデータは内部で処理され、PROFIDrive プロファイルメッセージフレームにパッケージ化され、PROFIBUS を介して CNC に返されます。これにより、物理的なドライブはアナログであっても、CNC コントローラはデジタル形式でリアルタイムの位置および速度の実値を得ることができます。

CNC にとって、ADI4 は 4 つのデジタルサーボ軸として機能し、ドライブにとっては、4 つの従来の ±10V アナログコマンド信号として機能します。両側は期待通りのインターフェースを見ることができます。

主な仕様

パラメータ

値

ADI4 のバージョンDは、設計の成熟度から恩恵を受ける、後期の改訂版です。

組み込みモーションコントロールモジュールの初期ハードウェアバージョンには、特定の運用上のエッジケース、コンポーネントの許容誤差、または特定の設置条件下での EMC パフォーマンスに関連する不具合が含まれる場合があります。後期のバージョンは、ターゲットを絞ったハードウェア変更を通じてこれらを解決します。

この時代の生産ロットから調達されたバージョンDユニットは、機械の設置または交換のための信頼性が高く、十分に特性評価されたハードウェアベースを表します。

コミッショニングエンジニアの観点からは、すべての ADI4 ハードウェアバージョンは SINUMERIK Toolbox または SIMOTION SCOUT を介して同様に構成されます。バージョンレターは、パラメータ設定、PROFIBUS 設定手順、または軸割り当て手順を変更しません。

等間隔 PROFIBUS DP — 交渉不可能な要件

ADI4 を指定する前に、1 つの要件を明確に理解する必要があります。それは、標準の非同期 DP セグメントではなく、等間隔 (アイソクロナス) PROFIBUS DP でのみ動作することです。

標準 PROFIBUS DP は、可変のインターサイクルタイミングで実行されます。マスターは可能な限り迅速にスレーブをポーリングしますが、各バスサイクルの正確な開始時刻はわずかに異なります。

この変動性は I/O モジュールには無関係ですが、サーボ制御には致命的です。CNC は、速度設定値がいつ適用され、エンコーダ実値がいつキャプチャされたかを正確に知る必要があります。そうでなければ、速度および位置コントローラは、加工に必要な帯域幅と剛性で機能できません。

等間隔 PROFIBUS DP は、CNC の内部位置制御サイクルに同期された、固定された繰り返し可能なバスサイクル時間 (Tdp) を強制します。

バス上のすべてのデバイス (ADI4 を含む) は、各 Tdp 期間内の決定論的なタイムスロットで送受信します。

ADI4 は、各サイクルの固定された時点で受信したデジタル設定値をアナログ出力に適用し、同じ固定された時点でエンコーダカウンタの状態をキャプチャし、CNC に一貫性のある、レイテンシが既知のフィードバックパスを提供します。

ADI4 がサポートする最小 Tdp は 2ms であり、位置制御ループを最大 500Hz で実行できます。

ほとんどの従来のフライス盤、旋盤、研削盤アプリケーションでは、これは完全に適切です。

等間隔 PROFIBUS モードは、SINUMERIK スタートアップツールまたは STEP 7/TIA Portal のアイソクロナス DP 設定を通じてアクティブ化および構成されます。

アナログ出力およびエンコーダ入力 — 接続の詳細

アナログ出力 (コネクタ X3):

4 つの ±10V DC アナログ出力チャンネルは、各軸ドライブの速度参照入力 (Nset または ±10V 端子) に接続されます。ケーブルはシールドツイストペアである必要があり、シールドはドライブキャビネットの PE レールに接地する必要があります。

アナログ信号ケーブルを電源ケーブルから離して配線することは、低レベル電圧信号への誘導ノイズを防ぐために不可欠です。±10V 設定値の 10～20mV のノイズでも、全速時の速度誤差が 0.1～0.2% になり、これが位置ループで時間とともに累積します。エンコーダ入力 (コネクタ X4-1、X4-2、X5-1、X5-2):

4 つのエンコーダ入力コネクタそれぞれが、TTL (5V差動、RS422) インクリメンタルエンコーダまたは SSI アブソリュートエンコーダのいずれかを受け入れます。

モジュールの 24V DC 出力電源 (24V / 0.5A) は、同じコネクタを介してエンコーダに電力を供給します。これにより、適切な信号レベル調整を備えた 24V HTL エンコーダを使用する軸では、個別の 24V エンコーダ電源が不要になりますが、5V RS422 エンコーダはモジュールの内部 5V 電源から電力を消費します。エンコーダ信号は、ADI4 の内部カウンタおよび補間回路を介して処理されます。各インクリメンタルエンコーダの A/B クワドラチャパルスは、×4 エッジ検出でカウントされ、その後、PROFIBUS を介して CNC に送信される前に、追加のファイン解像度代替ビットとして 2048 倍されます。

これにより、2500 pulse/revolution のエンコーダは、CNC 位置コントローラから見た実効解像度が 1 回転あたり 2000 万カウントを超え、ドライブシステムの機械的精度をはるかに超え、位置ループがエンコーダの量子化によって制限されないことを保証します。

設置環境とデレーティングに関する考慮事項

ラベルには最大周囲温度として 50℃ が指定されています。これは、制御キャビネット内の ADI4 を取り囲む空気の温度であり、キャビネット外側の温度ではありません。特にサーボアンプや発熱量の多い電源も搭載している高密度実装パネルでは、キャビネット内部の温度が外部の周囲温度を大幅に超える可能性があります。

キャビネットの熱管理 (換気、熱交換器、ファン冷却) は、パネル内の ADI4 の場所が 50℃ を超えないようにする必要があります。

ADI4 は、密閉された制御キャビネット内でのみ動作するように定格されています。屋外設置は許可されていません。

筐体は、工作機械環境に必然的に存在する導電性粉塵や金属粒子に対する必要な保護を提供します。

ADI4 ハウジングの保護接地ネジ (M6) は、モジュールのシャーシ接地が適切に参照され、EMC パフォーマンスが維持されるように、キャビネットの PE レールに接続する必要があります。

FAQ

Q1: 6FC211-0BA01-0AA4 は 6FC5211-0BA01-0AA4 と同じ製品ですか、また互換性がありますか？

どちらも ADI4 という製品名で、4 軸用アナログドライブインターフェース (PROFIBUS DP 経由) という同じ機能を実行します。6FC211 プレフィックスは Siemens 南京 (中国) の生産ラインを示し、6FC5211 はグローバル/ヨーロッパ市場の部品番号です。

どちらのバリアントも同じ SINUMERIK ADI4 機能仕様に基づいて製造されており、CNC のスタートアップツールで同様に構成されます。ほとんどの工作機械アプリケーションでは互換性があります。

ただし、特定の機械の交換部品として注文する場合は、納品書類または機械のドキュメントに記載されている部品番号を一致させ、CNC 側のハードウェア構成を確認して、交換ユニットの PROFIBUS GSD ファイルバージョンが既存の NCU ソフトウェアで受け入れられることを確認する必要があります。

Q2: 出力は「24V DC / 0.5A」と記載されていますが、これは別の電源出力ですか、それともエンコーダ電源ですか？

ADI4 の 24V DC / 0.5A 出力はエンコーダ電源です。これは、ADI4 のエンコーダ入力チャンネルに接続された HTL エンコーダ (24V 電源が必要) に電力を供給する、規制された短絡保護付きの 24V 出力です。

0.5A の制限は、4 つのエンコーダチャンネルすべてに利用可能な合計電流です。各エンコーダは通常 50～200mA を消費します。合計 0.5A の予算を超えるエンコーダには、外部 24V 電源が必要です。

TTL (5V) エンコーダは、ADI4 自身の内部 5V 電源から電力を消費し、24V / 0.5A 出力を消費しません。

Q3: ADI4 の PROFIBUS アドレスはどのように設定され、新しいアドレスはいつ有効になりますか？

PROFIBUS アドレスは、ADI4 モジュールの DIL スイッチブロック S2 を使用して設定されます。スイッチはアドレスをバイナリ形式でエンコードします。許容されるアドレス範囲は 1 から 125 です (予約済みアドレスを除く PROFIBUS 標準アドレス指定)。

新しく設定されたアドレスは、電源のオフ/オンサイクル後にのみ有効になります。モジュールに電源が入っている間にスイッチの位置を変更しても、アクティブなアドレスはすぐに変更されません。S2 で設定されたアドレスは、CNC のハードウェア構成 (Toolbox または HW Config) でこの ADI4 に割り当てられたスレーブアドレスと正確に一致する必要があります。一致しない場合、ADI4 は起動時に PROFIBUS DP リングに参加できません。

Q4: 同じ PROFIBUS DP リングに 2 つの ADI4 モジュールを構成できますか、また最大合計軸数はいくつですか？

複数の ADI4 モジュールは、それぞれ独自の PROFIBUS アドレスと 4 つのアナログ軸チャンネルを備え、同じ等間隔 PROFIBUS DP リング上で動作できます。

CNC タイプ (802D、840D、840Di) によって異なりますが、通常、1 つの CNC システムあたり最大 4 つの ADI4 モジュールを構成でき、完全に ADI4 ベースのシステムでは合計最大 16 のアナログドライブ軸が可能になります。

各モジュールは一意の PROFIBUS アドレスを持つ必要があり、すべての ADI4 スレーブおよびその他の DP スレーブの合計 PROFIBUS 通信負荷は、すべての ADI4 モジュールが満たすことができる最小等間隔サイクル時間 (Tdp ≥ 2ms) 内に収まる必要があります。

Q5: トラブルシューティング中に ADI4 の LED インジケータはどのような診断情報を提供しますか？

ADI4 には、H1 と H2 の 2 つのデュアル機能 LED があり、それぞれが障害条件に応じて 2 つの状態を表示します。

H1 (PW/TMP): 点灯している場合は、通常の電源オン状態を示します。

H1 が TMP (温度) 障害を示す場合、モジュールの内部温度が保護しきい値を超えたことを示します。これは、キャビネットの換気が不十分であるか、モジュールの場所の周囲温度が高すぎるために発生する過熱状態です。

H2 (EXCH/RDY): 通常の動作では、H2 が点灯している場合は、モジュールが準備完了でアクティブな PROFIBUS 通信中 (RDY) であることを示します。H2 が点滅している場合は、PROFIBUS メッセージフレーム交換 (EXCH) がアクティブに発生していることを示します (起動ネゴシエーション中またはパラメータダウンロード中)。

H1 が点灯しているときに H2 が消灯している場合は、通常、物理層で PROFIBUS 接続が確立されていますが、サイクリックデータ交換が行われていないことを示します。PROFIBUS アドレスの一致と CNC ハードウェア構成を確認してください。