Ինչպես են սերվո շարժիչները և վարիչները աշխատում միասին շարժման կառավարման մեջ

Ժամանակակից արդյունաբերական ավտոմատացման մեջ ճշգրտությունն ու արձագանքի արագությունը չեն համարվում ընտրովի — դրանք հիմնական պահանջներն են։ Գրեթե յուրաքանչյուր բարձր կատարողականությամբ մեքենայի առանցքի սրտում գտնվում է համակարգված համակարգ, որը կառուցված է սերվոմոտորներ եւ շարժիչներ -ի շուրջ։ Այս երկու բաղադրիչների փոխազդեցության մեխանիզմը հասկանալը անհրաժեշտ է ինժեներների, համակարգերի ինտեգրատորների և մատակարարման մասնագետների համար, ովքեր իրենց սարքավորումներում պահանջում են հուսալի և կրկնվող շարժում։

Սերվոշարժիչների և սերվոշարժիչների վերահսկիչների (դրայվերների) միջև հարաբերությունը պարզապես մեկի մյուսին միայն էներգիա մատակարարելու հարց չէ։ Դա մի խիստ կապված հետադարձ կապի ճարտարապետություն է, որտեղ դրայվերը շարունակաբար մեկնաբանում է շարժիչից ստացված իրական ժամանակի տվյալները և համապատասխանաբար ճշգրտում իր ելքային սիգնալը։ Այս հոդվածը վերլուծում է այդ հարաբերության մեխանիզմը, բացատրում է, թե ինչպես են այս երկու բաղադրիչները բաժանում իրենց պարտականությունները, և պարզաբանում է, թե ինչու է դրանց ինտեգրումը այն, ինչը դարձնում է փակ հետադարձ կապի շարժման վերահսկումը այդքան արդյունավետ բարդ արդյունաբերական կիրառումներում։

Սերվոշարժիչների և դրայվերների հիմնարար դերերը

Իրականում ի՞նչ է անում սերվոշարժիչը

Սերվոմեքենան համակարգի մեխանիկական ելուտային սարքն է: Այն էլեկտրական էներգիան վերափոխում է ճշգրիտ պտտական կամ գծային շարժում: Ստանդարտ ինդուկցիոն շարժիչներից տարբերվելով՝ սերվոշարժիչները նախագծված են ցածր ռոտորային իներցիայով, բարձր թույլատրելի մեխանիկական ճշգրտությամբ և սեղմ մեխանիկական թույլատրելի սխալներով, որոնք հնարավորություն են տալիս արագ արձագանքել փոփոխվող հրամանային սիգնալներին:

Սերվոշարժիչի մեջ ներդրված է հակակապի սարք՝ ամենահաճախ էնկոդեր կամ ռեզոլվեր: Այս սենսորը անընդհատ չափում է շարժիչի առանցքի իրական դիրքը, արագությունը և երբեմն՝ մեխանիկական մոմենտը: Այդ տվյալները չեն օգտագործվում ինքնին շարժիչի կողմից, այլ իրական ժամանակում ուղարկվում են շարժիչի վերահսկիչ սարքին՝ կազմելով փակ հակակապի կառավարման հիմքը:

Սերվոմեքենաների և շարժման համակարգերում շարժիչի առաջադրանքն է հավաստի կատարել հրահանգները և ճշգրիտ զեկուցել իր իրական վիճակը: Կոդավորիչի որակը ուղղակիորեն ազդում է շարժման համակարգի սխալները ճշգրտելու ճշգրտության վրա, որի պատճառով բարձր լուծաչափ կոդավորիչները՝ օրինակ՝ 17-բիթանոց բացարձակ կոդավորիչները, ստանդարտ են ճշգրտության բարձր մակարդակի սերվո հավաքածուներում:

Ինչ է անում սերվո շարժման համակարգը

Սերվո շարժման համակարգը համակարգի ինտելեկտուալ շերտն է: Այն ստանում է նպատակային հրահանգ՝ սովորաբար դիրքի, արագության կամ մեխանիկական մոմենտի սահմանային արժեք, բարձրակարգ կառավարիչից, օրինակ՝ PLC-ից կամ շարժման կառավարիչից: Այնուհետև համեմատում է այդ հրահանգը շարժիչի կոդավորիչից ստացվող իրական ժամանակի հետադարձ կապի տվյալների հետ:

Հիմնված հրամանային և իրական չափված արժեքների տարբերության վրա՝ շարժիչը հաշվարկում է ճշգրտման ելքային սիգնալ և հարմարեցնում է շարժիչի մեջ մատակարարվող հոսանքը: Այս հաշվարկը կատարվում է վայրկյանում հազարավոր անգամ, ինչը և ապահովում է սերվոշարժիչների և շարժիչների բնորոշ արձագանքման ունակությունն ու ճշգրտությունը:

Շարժիչը կատարում է նաև հզորության փոխակերպում՝ ընդունելով մուտքային միշտ հաստատուն կամ փոփոխական լարում և այն փոխակերպելով շարժիչի համար անհրաժեշտ ճշգրիտ փոփոխական հաճախականությամբ և փոփոխական ամպլիտուդով ալիքի ձևի: Այն կառավարում է արագացման և դանդաղեցման պրոֆիլները, ինչպես նաև սխալների պաշտպանությունը՝ դարձնելով իրեն ավելի շատ քան պարզ ամպլիֆիկատոր:

Փակ համակարգի հետադարձ կապի մեխանիզմի բացատրություն

Կառավարման օղակի աշխատանքի սկզբունքը

Սերվո շարժիչների և վարիչների սահմանաբազմական բնութագիրը փակ համակարգային կառավարման ճարտարապետությունն է: Բաց համակարգում կառավարիչը ուղարկում է հրահանգ և ենթադրում, որ կատարող սարքը կատարել է այն: Փակ սերվո համակարգում վարիչը շարունակաբար ստուգում է կատարման ճշգրտությունը՝ կարդալով էնկոդերի հետադարձ կապի տվյալները և իրական ժամանակում ուղղելով ցանկացած շեղում:

Կառավարման օղակը սովորաբար գործում է երեք միմյանց մեջ տեղավորված շերտերով՝ արտաքին դիրքի օղակ, միջին արագության օղակ և ներքին հոսանքի (մեխանիկական աշխատանքի) օղակ: Դիրքի օղակը համեմատում է հրահանգված դիրքը իրական դիրքի հետ և ստեղծում է արագության սխալ: Արագության օղակը այդ սխալը վերափոխում է մեխանիկական աշխատանքի պահանջի: Հոսանքի օղակը ապահովում է շարժիչի մետաղալարերի վարումը՝ առաջացնելով հենց այդ մեխանիկական աշխատանքը: Յուրաքանչյուր օղակ աշխատում է աստիճանաբար ավելի բարձր թարմացման հաճախականությամբ, իսկ հոսանքի օղակը հաճախ աշխատում է տասնյակ կիլոհերց հաճախականությամբ:

Այս կասկադային կառուցվածքն է, որը հնարավորություն է տալիս սերվոմեքենաներին և շարժիչներին ձեռք բերել միլիմետրից փոքր դիրքային ճշգրտություն՝ նույնիսկ փոփոխվող բեռնվածքի պայմաններում: Եթե շարժման ընթացքում բեռնվածքը հանկարծակի աճում է, հետադարձ կապի օղակը հայտնաբերում է արդյունավետ արագության նվազումը և անմիջապես մեծացնում է հոսանքը՝ համապատասխան հարմարեցում կատարելու համար՝ առանց բարձրակարգ կառավարիչի միջամտության:

Կոդավորիչի լուծարման դերը հետադարձ կապի օղակի աշխատանքում

Կոդավորիչի լուծարումը ուղղակիորեն որոշում է, թե որքան ճշգրիտ կարող է շարժիչը հայտնաբերել և ուղղել դիրքային սխալը: Ցածր լուծարման կոդավորիչը տրամադրում է մակերեսային դիրքային տվյալներ, ինչը սահմանափակում է շարժիչի փոքր ճշգրտումներ կատարելու հնարավորությունը և արագության գնահատման մեջ ներմուծում է քվանտավորման աղմուկ: Բարձր լուծարման կոդավորիչը՝ օրինակ՝ 17-բիթանոց բացարձակ տիպը, մեկ պտույտի ընթացքում տրամադրում է 131 000-ից ավելի հաշվարկ, ինչը շարժիչին տալիս է արտասովոր բարձր ճշգրտությամբ հետադարձ կապ:

Սերվո շարժիչներում և վարիչներում, որոնք նախատեսված են ճշգրտության պահանջվող կիրառումների համար՝ օրինակ՝ հսկվող թվային մեքենայացման (CNC) մշակում, կիսահաղորդչային սարքերի մշակում կամ բժշկական ռոբոտատեխնիկա, բարձր լուծաչափով էնկոդերը ոչ թե լավագույն տարբերակ է, այլ՝ այդ կիրառումների համար անհրաժեշտ հարթ արագության պրոֆիլների և ճշգրիտ դիրքի թույլատրելի շեղումների ստացման պարտադիր պայման:

Բացարձակ էնկոդերները ունեն լրացուցիչ առավելություն. դրանք պահպանում են դիրքի մասին տեղեկատվությունը նաև մատակարարման մատակարարման ընդհատումից հետո: Դա վերացնում է սկզբնավորման ժամանակ հոմինգի ռեժիմների անհրաժեշտությունը, ինչը նվազեցնում է մեքենայի ցիկլի տևողությունը և պարզեցնում է բազմաառանցք համակարգերում կառավարման տրամաբանությունը:

Վարիչի և կառավարիչի միջև կապը

Ավանդական անալոգային և իմպուլսային ինտերֆեյսներ

Սերվո շարժիչների և վարիչների վաղ սերունդներում վարիչի և մեքենայի կառավարիչի միջև ինտերֆեյսը սովորաբար անալոգային էր՝ ±10 Վ լարում, որը ներկայացնում էր արագության կամ մեխանիկական աշխատանքի հրահանգ, կամ իմպուլսային՝ դիրքի կառավարման համար օգտագործվող քայլ-ուղղություն սիգնալներ: Այս ինտերֆեյսները դեռևս լայնորեն օգտագործվում են արժեքի նկատմամբ զգայուն կամ հին համակարգերում:

Անալոգային ինտերֆեյսները պարզ են իրականացնելու համար, սակայն էլեկտրական աղմուկի նկատմամբ զգայուն են, ինչը կարող է ներմուծել փոքր սխալներ հրամանի սիգնալում: Պուլսային ինտերֆեյսները ավելի դիմացկուն են աղմուկի նկատմամբ, սակայն դրանք սահմանափակում են շարժման լայնությունը, ինչը սահմանափակում է կառավարիչի թիրախի արագ թարմացման հնարավորությունը՝ ազդելով բարձր արագությամբ բազմաառանցք համակարգման դեպքերում կատարման վրա:

Ժամանակակից դաշտային ավտոմատացման ցանցերի և EtherCAT-ի ինտեգրում

Ժամանակակից սերվո շարժիչներն ու շարժիչները ավելի հաճախ են հաղորդակցվում արդյունաբերական դաշտային ավտոմատացման ցանցերի միջոցով, օրինակ՝ EtherCAT, PROFINET կամ CANopen: Մասնավորապես EtherCAT-ը դարձել է բարձր կատարողականությամբ շարժման կառավարման մեջ գերակշռող ստանդարտ՝ իր որոշակի և ցածր տարածման ժամանակի շնորհիվ. մեկ ցիկլի տևողությունը կարող է լինել ընդամենը 250 միկրովայրկյան՝ միաժամանակ ապահովելով տասնյակ առանցքների աշխատանքը:

ԷթերԿԱՏ-ով ապահովված սերվոշարժիչների և շարժիչների դեպքում կառավարիչը կարող է յուրաքանչյուր շարժիչին ցանցում միկրովայրկյանային ճշգրտությամբ համաժամանակեցված ուղարկել դիրքի, արագության և պտտման մոմենտի հրահանգներ: Սա կրիտիկական նշանակություն ունի բազմաառանցք ռոբոտային թևեր, գանտրի համակարգեր և էլեկտրոնային կամերային պրոֆիլներ նման կիրառումներում, որտեղ առանցքները պետք է ճշգրտված ժամանակային համաձայնեցմամբ համակարգեն իրենց շարժումը:

ԷթերԿԱՏ-ը նաև հնարավորություն է տալիս շարժիչից կառավարիչ հարուստ ախտորոշիչ տվյալներ վերադարձնել՝ ներառյալ իրական դիրքը, հետևման սխալը, շարժիչի ջերմաստիճանը և սխալների կոդերը՝ առանց լրացուցիչ կաբելավորման անհրաժեշտության: Այս թափանցիկությունը պարզեցնում է համակարգի մշակումը, կանխատեսող սպասարկումը և հեռավար ախտորոշումը ժամանակակից իմաստուն գործարանների միջավայրում:

Սերվոշարժիչների և շարժիչների համապատասխանեցումը համակարգի արդյունավետության համար

Ինչու է կարևոր շարժիչի և շարժիչի համապատասխանեցումը

Սերվո շարժիչները և վարիչները չեն կարող փոխանակվել և կամայական կերպով խառնվել։ Վարիչը պետք է ընտրվի այնպես, որ ապահովի շարժիչի անհրաժեշտ գագաթնային և շարունակական հոսանքը, իսկ նրա կառավարման ծրագրային ապահովագրությունը պետք է ճշգրտված լինի շարժիչի էլեկտրական բնութագրերին՝ ներառյալ փաթաթման ինդուկտիվությունը, հակաէլեկտրաշարժական ուժի հաստատունը և էնկոդերի ինտերֆեյսի պրոտոկոլը։

Չհամապատասխանեցված համակարգը կարող է ցուցաբերել անկայունություն, նվազած շարքի լայնություն, ջերմային վերբեռնվածություն կամ էնկոդերի հետ կապված սխալներ։ Ամենավատ դեպքում չափից փոքր վարիչը կձախողվի գագաթնային բեռնվածության պայմաններում, ինչը կհանգեցնի սարքավորման աշխատանքի դադարի։ Չափից մեծ վարիչը կզբաղեցնի ավելորդ տեղ սարքավորման կաբինետում և կծախսի ավելորդ միջոցներ՝ առանց որևէ կատարողականության առավելություն տրամադրելու։

Համապատասխան սերվո համալիրի օգտագործումը՝ որտեղ շարժիչը և վարիչը արդեն նախնական կարգավորված են և ստուգված են արտադրողի կողմից՝ վերացնում է այս ռիսկերի մեծ մասը։ Վարիչի պարամետրերը արդեն օպտիմալացված են տվյալ շարժիչի համար, ինչը նվազեցնում է մոնտաժի ժամանակը և երաշխավորում է փակ ցիկլի կատարողականությունը, որը համակարգը նախատեսված էր ապահովելու։

Հզորության գնահատումը և շահագործման ցիկլի հաշվառումը

Սերվոշարժիչների և սերվոշարժիչների վարիչների ընտրության ժամանակ հզորության գնահատումը պետք է կատարվի իրական շահագործման ցիկլի համատեքստում: Օրինակ՝ 400 Վտ հզորությամբ սերվոշարժիչի համալիրը կարող է կատարել զգալիորեն բարձր պիկային պտտման մոմենտի պահանջներ կարճ ժամանակով, եթե այդ պիկերի ընթացքում կուտակված ջերմային էներգիան ց рассеивается ցածր բեռնվածության ընդմիջումների ընթացքում:

Վարիչի հոսանքի սահմանափակման և ջերմային պաշտպանության տրամաբանությունը ավտոմատաբար կարգավորում է այս հավասարակշռությունը, սակայն համակարգի նախագծողը պետք է համոզվի, որ կիրառման շահագործման ցիկլը մնում է շարժիչի շարունակական ջերմային գնահատման սահմաններում: Այս պայմանը անտեսելը հանգեցնում է մեկուսացման շերտի վաղաժամկետ վնասման և շարժիչի աշխատանքային ժամկետի կրճատման:

Բարձր փոփոխական բեռնվածությամբ հավելվածների համար՝ օրինակ՝ վերցնել-տեղադրել մեքենաներ կամ պտտվող սարքավորումներ, սերվո շարժիչները և վարիչները, որոնք ունեն բարձր գագաթնային-անընդհատ պտտման մոմենտի հարաբերություն, ապահովում են արձագանքի և ջերմային կայունության լավագույն համադրությունը: Սա մեկը այն պատճառներից է, որով ստացիոնար հոսանքի սերվո համակարգերը մեծ մասամբ փոխարինել են քայլային շարժիչները պահանջկոտ ավտոմատացման խնդիրներում:

Գործնական կիրառություններ, որտեղ սերվո շարժիչները և վարիչները գերազանցում են

Բարձրարագությամբ դիրքավորում և կոնտուրավորում

Սերվո շարժիչները և վարիչները ստանդարտ ընտրությունն են այն դեպքերում, երբ մեքենան պետք է արագ և կրկնաբար տեղաշարժվի ճշգրիտ դիրքերի վրա: Համակարգչային կառավարվող մեքենաների (CNC) մեքենայացման կենտրոններում վարիչների կարողությունը կատարելու բարդ արագության պրոֆիլներ՝ միլիվայրկյանների ընթացքում արագացնելու, դանդաղեցնելու և փոխելու շարժման ուղղությունը, ուղղակիորեն որոշում է մակերևույթի վերջնական մշակման որակը և ցիկլի տևողությունը:

Էլեկտրոնային մոնտաժային սարքավորումներում սերվոշարժիչները և սերվոշարժիչների վարիչները հնարավորություն են տալիս տեղադրման գլխիկներին բարձր արագությամբ շարժվել բաղադրիչների մատակարարներից դեպի ՊԿՎ-ի (տպագրված շղթայային տախտակների) տեղամասեր՝ պահպանելով միլիմետրից փոքր ճշգրտություն, ինչը պահանջվում է ժամանակակից բաղադրիչների փոքր միջառանցքային հեռավորության դեպքում: Փակ օղակի ճարտարապետությունը ապահովում է, որ սարքավորումը տաքանալիս և մեխանիկական լուրջությունները փոքր-ինչ փոխվելիս հետադարձ կապի օղակը ինքնաբերաբար համապատասխանեցնում է սխալները:

Լարման վերահսկում և համաժամանակեցում

Դիրքի ճշգրտման վրա ավելի շատ հիմնված կիրառումներից բացի՝ սերվոշարժիչները և սերվոշարժիչների վարիչները լայնորեն օգտագործվում են այնպիսի մոմենտային ռեժիմով աշխատող կիրառումներում, ինչպես օրինակ՝ տպագրական, վերամշակման և տեքստիլ սարքավորումներում թելի լարման վերահսկումը: Այս համակարգերում վարիչը աշխատում է մոմենտային ռեժիմով, այլ ոչ թե դիրքի ռեժիմով, և ապահովում է նյութի վրա հաստատուն լարման ուժ՝ անկախ նրա գլանի տրամագծի փոփոխությունից կամ սարքավորման այլ մասերում արագության տատանումներից:

Բազմաառանցք սինխրոնացումը՝ երբ երկու կամ ավելի շատ սերվո շարժիչներ և վարիչներ պետք է պահպանեն ճշգրիտ արագության կամ փուլի հարաբերակցություն՝ մեկ այլ ոլորտ է, որտեղ տեխնոլոգիան առանձնապես գերազանցում է: Ժամանակակից վարիչներում ներդրված էլեկտրոնային ատամնավորման և կամերային ֆունկցիաները թույլ են տալիս բարդ մեխանիկական հարաբերակցությունները իրականացնել ամբողջությամբ ծրագրային ապահովմամբ, վերացնելով ֆիզիկական ատամնավորված տուփերի և կամերաների հետ կապված հետընթաց շարժումը և սպասարկման խնդիրները:

Հաճախադեպ տրվող հարցեր

Կարո՞ղ է սերվո վարիչը աշխատել ցանկացած սերվո շարժիչի հետ:

Ոչ՝ առանց համապատասխան համատեղելու: Վարիչը պետք է համատեղելի լինի շարժիչի հզորության դասակարգման, մեկուսացման բնութագրերի և էնկոդերի ինտերֆեյսի հետ: Նույն արտադրողի նախատեսված սերվո համալիրի օգտագործումը ամենահուսալի մոտեցումն է, քանի որ վարիչի պարամետրերը արդեն կարգավորված են այդ կոնկրետ շարժիչի համար, ինչը նվազեցնում է մշակման ջանքերը և ապահովում է կայուն փակ ցիկլի աշխատանք:

Ի՞նչ է տարբերությունը սերվո շարժիչների և վարիչների բաց և փակ ցիկլի կառավարման միջև:

Բաց կառավարման ռեժիմում կառավարիչը ուղարկում է հրաման և ենթադրում է, որ շարժիչը կատարել է այն՝ առանց ստուգման: Փակ կառավարման ռեժիմում, որը համարվում է սերվոշարժիչների և սերվովարիչների հիմնարար բնութագիրը, վարիչը անընդհատ կարդում է էնկոդերի հետադարձ կապի տվյալները և ճշտում է հրամանված և իրական դիրքի, արագության կամ մեխանիկական աշխատանքի (մոմենտի) միջև առաջացած ցանկացած շեղում: Սա ապահովում է փակ կառավարման համակարգերի զգալիորեն ավելի մեծ ճշգրտություն և կայունություն տարբեր բեռնվածության պայմաններում:

Ինչու՞ է EtherCAT-ը օգտագործվում սերվոշարժիչների և սերվովարիչների հետ ժամանակակից մեքենաներում:

EtherCAT-ը ապահովում է որոշակի (դետերմինացված), ցածր տարածման ժամանակով կապ մեքենայի կառավարիչի և մեկ ցանցում միացված մի քանի սերվովարիչների միջև: Դա թույլ է տալիս ճշգրիտ համաժամանակեցնել բազմաառանցք շարժումը՝ ինչը կարևոր է ռոբոտատեխնիկայում, գանտրի համակարգերում և համակարգված արտադրական սարքավորումներում: Այն նաև թույլ է տալիս հարուստ իրական ժամանակում արվող ախտորոշում առանց լրացուցիչ միացման գծերի, ինչը պարզեցնում է ինչպես սկզբնական միացումը (commissioning), այնպես էլ շարունակական սպասարկումը:

Ինչպե՞ս է էնկոդերի լուծման կարողությունը ազդում սերվոշարժիչների և սերվովարիչների աշխատանքի վրա:

Բարձր կոդավորիչի լուծագործումը շարժիչին տալիս է ավելի ճշգրիտ դիրքի տվյալներ, ինչը բարելավում է փոքր սխալների հայտնաբերման և ուղղման նրա կարողությունը: Սա հանգեցնում է ավելի հարթ արագության պրոֆիլների, ավելի ճշգրիտ դիրքի որոշման և լավացված ցածր արագությամբ աշխատանքի: Ճշգրտության պահանջվող կիրառումների համար նախընտրելի են բարձր լուծագործման բացարձակ կոդավորիչները, քանի որ դրանք նաև պահպանում են դիրքի տվյալները մի միջակայքից մյուսը, ինչը վերացնում է սկզբնավորման ժամանակ հոմինգի ռեժիմների անհրաժեշտությունը: