يطلب العملاء صيانةً أقل وحجمًا أقل للمعدات، وإنتاجيةً أسرع وإعدادًا أسرع للآلات. ولتلبية هذه المتطلبات، يختار مصنعو المعدات التحكم بالحركة بواسطة محركات مؤازرة بدلاً من المكونات الميكانيكية.

يُحدد التحكم في الحركة قدرات الآلة وحدودها. لذلك، لتحقيق أقصى إنتاجية ومرونة، وتقليل الصيانة، غالبًا ما يتعين عليك تحسين آلية التحكم في الحركة داخل تلك الآلة. معظم أسباب التحول من تصميمات وأجهزة التحكم التقليدية إلى التحكم المؤازر هي الحصول على واحدة أو أكثر من المزايا التالية:

• زيادة الإنتاجية. تُنتج محركات السيرفو معدلات تسارع وسرعات عالية.
• زيادة الدقة. توفر المحركات المؤازرة الدقة العالية اللازمة لمعالجة قطعة سريعة الحركة.
• زيادة المرونة. تُوفر محركات السيرفو نسخًا إلكترونية من المكونات الميكانيكية التقليدية. على سبيل المثال، يُمكن تغيير ملفات الكامات الإلكترونية بشكل فوري تقريبًا. كما يُمكن تعديل ملفات الحركة القابلة للبرمجة لتناسب أحجام وتكوينات المنتجات المختلفة. كما يُمكن تغيير نسب التروس الإلكترونية لتناسب سرعات الآلات المختلفة. كما يُمكن وضع المحركات، بفضل التروس الإلكترونية، في أي مكان مُناسب للتطبيق، حيث تُغني عن الحاجة إلى أعمدة وتروس وأحزمة طويلة.

بالإضافة إلى ذلك، يُمكن ربط "عمود خطي" كهربائي واحد بعدد غير محدود تقريبًا من المحاور. بالنسبة للآلات متعددة التكوينات، يعني هذا أن محاور الحركة الإضافية لا تتطلب روابط ميكانيكية إضافية.

تُضفي محركات السيرفو مرونةً أكبر بفضل المعلومات المُتاحة. على سبيل المثال، تُخزّن العديد من وحدات تحكم السيرفو سجلًا للأعطال وحالات الخطأ، مما يُساعد في استكشاف الأخطاء وإصلاحها. كما يُمكن لمعظم أنظمة السيرفو عرض مخططات بيانية مُشابهة لمنظار الذبذبات لتحليل الأداء. • تُقلّل الصيانة. تُساعد محركات السيرفو على تقليل عدد الأجزاء الميكانيكية في الآلة. تُستبدل التروس الإلكترونية بالأحزمة. لا تتأثر الكامات الإلكترونية بالتآكل. لا تحتاج مفاتيح الحد الإلكترونية إلى إعادة ضبط أو استبدال من حين لآخر.

تتطلب محركات السيرفو قدرًا من الدراسة والخبرة. إذا كنت جديدًا في مجال التحكم بمحركات السيرفو، فتوقع قضاء بعض الوقت في اختيار نظامك الأول وتطبيقه. (ملاحظة حول مصطلحات السيرفو: كلمة "وحدة تحكم" لها استخدامات متعددة. النظام أوحركةيقوم المتحكم عادةً بتشغيل البرنامج الذي يتحكم في الحركة؛محركوحدة التحكم تتحكم في واحدمحركلتقليل الارتباك، سنشير إلى وحدات التحكم في المحرك باسم محركات الأقراص.

تحديد حجم التطبيق والاختيار

قد يبدو اختيار مكونات السيرفو وتحديد أحجامها معقدًا نظرًا لكثرة مكوناتها: المحركات، ومحركات الأقراص، ووحدة التحكم، وإمكانية استخدام جهاز كمبيوتر صناعي أو وحدة تحكم منطقية قابلة للبرمجة (PLC). إذا كانت لديك خلفية ميكانيكية، فقد يكون هذا الأمر مخيفًا. لحسن الحظ، تقوم الشركات - موردو المكونات ومُدمجو أنظمة التحكم - بتجميع هذه المكونات معًا، بالإضافة إلى تقديم المساعدة في التطبيقات. سواءً قمتَ بذلك بنفسك أو اشتريتَ حزمة، فإن العملية الأساسية هي:

أولاً، حدد المحركابدأ باختيار شكل المحرك. المحركات ذات نسب العرض إلى الارتفاع الكبيرة (طويلة بقطر صغير) هي الأكثر شيوعًا. يمكن أن تكون مربعة أو مستديرة، وتوفر قيمة وأداءً ممتازين. محركات الأقراص (قصيرة بقطر كبير) تناسب الأماكن الضيقة وتوفر تسارعًا عاليًا بفضل دواراتها منخفضة القصور الذاتي. يتوفر كلا المحركين بإصدارين مغلقين وغير مغلقين.

محركات بدون إطار أو متكاملة، تفصل الدوار والثابت لدمجهما في الآلة. تتيح هذه المحركات تصميمًا مدمجًا، وتُحسّن التشغيل المباشر من خلال زيادة الدقة وتقليل الاهتزاز.

تُولّد المحركات الخطية، التي تحل محل المحرك الدوار القياسي وآليات التشغيل المرتبطة به، حركة خطية مباشرة. ويمكنها زيادة الإنتاجية والدقة عدة مرات في آنٍ واحد.

تحديد حجم المحركيعتمد حجم المحرك بشكل أساسي على عزم الدوران: عزم الذروة وعزم الدوران المستمر. قد يكون تحديد حجم المحركات أمرًا صعبًا، وقد لا تُكتشف الأخطاء إلا في مرحلة متأخرة من دورة التطوير. ولأن زيادة حجم المحرك قد تكون صعبة في تلك المرحلة، فمن الحكمة تضمين هامش ربح في حساباتك. إذا كنت جديدًا في هذه العملية، فمن الأفضل لك الاعتماد على مهندسي التطبيقات في شركات المحركات.

حدد التعليقاتأكثر أجهزة التغذية الراجعة شيوعًا هي المُرمِّزات والمُحلِّلات. المُرمِّزات هي أجهزة بصرية تُنتج سلسلة نبضات. يتناسب عدد النبضات طرديًا مع زاوية الحركة، وتوفر دقة عالية، خاصةً عند الدقة العالية. المُحلِّلات هي أجهزة كهروميكانيكية تستشعر الموقع المطلق خلال دورة واحدة للمحرك، وهي معروفة بمتانتها. اختر الأنسب لتطبيقك.

بعد اختيار أنواع مستشعرات التغذية الراجعة، عليك تحديد دقتها. عادةً ما يوفر مُشفِّر ذو 1000 سطر، أو ما يعادله، مُحلِّل ذو 12 بت، دقةً كافية. يُنتج كلاهما حوالي 4000 موضع مختلف لكل دورة، أي ما يعادل دقة 0.1 درجة تقريبًا. مع ذلك، إذا كان تطبيقك يحتاج إلى دقة أعلى، فعليك اختيار المستشعر المناسب. تحذير: فرّق بين الدقة والدقة. تُتيح العديد من محركات السيرفو دقةً قابلةً للاختيار لتغذية المُحلِّل الراجعة؛ ومع ذلك، قد لا تتأثر الدقة (عادةً بين 10 و40 دقيقة قوسية).

حدد محرك الأقراصفكر فيما إذا كنت تريد مصدر طاقة معياريًا (منفصلًا) أو مدمجًا في محرك أقراص. مع وجود ثلاثة محركات أقراص أو أكثر من نفس العائلة بالقرب، تعمل مصادر الطاقة المعيارية بشكل جيد. مع محور واحد، عادةً ما تكون مصادر الطاقة المدمجة أكثر ملاءمة. مع محورين، يكون كلا الحلين متماثلين تقريبًا.

إذا كنت تخطط لتغليف محرك الأقراص، فتذكر أن أحجام محركات الأقراص تختلف اختلافًا كبيرًا وقد تؤثر على الحجم الإجمالي للجهاز. بناءً على حجم العلبة، قد تحتاج أيضًا إلى البحث عن خيارات تبريد مختلفة.

تبديل الجيب مقابل التبديل ذو الست خطوات

عادةً ما تأتي موجة الطاقة من المحرك إلى المحرك في محركات السيرفو عديمة الفرش بطريقتين: موجة سداسية الخطوات وموجة جيبية. في الموجة الجيبية، يُنتج التيار الناتج عن المحرك تيارًا يقارب الموجة الجيبية، مما يُنتج عزم دوران أكثر سلاسة وتسخينًا أقل. أما طريقة الست خطوات فتُنتج موجة مربعة سداسية المقاطع باستخدام إلكترونيات بسيطة. على الرغم من انخفاض تكلفتها، إلا أن تشغيلها صعب عند السرعات المنخفضة.

مرونة الضبطالضبط، وهو عملية اختيار المكاسب في حلقات التغذية الراجعة، ضروريٌّ لتحقيق أداء عالٍ والحفاظ على استقرار التشغيل. في الماضي، كان الضبط فنًّا أكثر منه علمًا. أما الآن، فتُوفّر محركات السيرفو الحديثة مجموعةً واسعةً من الأدوات لمساعدة مصممي الآلات. يُعدّ الضبط التلقائي (أو الضبط الذاتي)، وهو العملية التي يُحفّز فيها المحرك النظام الميكانيكي ويُولّد مجموعةً من مكاسب الحلقات، أمرًا شبه قياسي. تُضبَط معظم محركات السيرفو بمكاسب رقمية، لذا لن تحتاج إلى مكواة لحام أو مُشذّب (مفكّ براغي صغير). قد تحتاج إلى الطرق الأكثر تعقيدًا من حين لآخر فقط، ولكن توفّرها يُتيح خياراتٍ أكثر.

قد تكون محركات الأقراص التناظرية أقل تكلفة، ولكن قد تحتاج إلى ضبط الحلقات عن طريق ضبط مقاييس الجهد أو تغيير المكونات السلبية. أيًا كان اختيارك، يُعد الضبط جزءًا من عملية التعلم ويتطلب بعض الدراسة والتجريب.

قيادة الاتصالاتتستخدم العديد من محركات الأقراص إشارة تناظرية لتوصيل أوامر السرعة وعزم الدوران. ومع ذلك، تكتسب الاتصالات الرقمية شعبية متزايدة، لأنها تقلل من أسلاك الاتصال وتزيد من مرونة النظام. العديد من محركات الأقراص متوافقة مع شبكات مثل DeviceNet وProfibus، بالإضافة إلى شبكة جديدة مُخصصة للتحكم في الحركة تُسمى Sercos.

الجهد االكهربىانتبه إلى صعوبة الحصول على طاقة ١١٠ فولت تيار متردد في المصانع. في أوروبا، يُعدّ مصدر الطاقة ٤٦٠ فولت تيار متردد شائعًا؛ وقد يتطلب استخدام محركات ٢٣٠ فولت تيار متردد محولًا في الآلات للاستخدام في الخارج. للأسف، قد تكون محركات ٤٦٠ فولت تيار متردد باهظة الثمن. الحل الوسط هو استخدام مصدر طاقة عالمي يستخدم أشباه موصلات الطاقة لتحويل مستويات الجهد. بالنسبة للأنظمة ذات مصادر الطاقة المعيارية، يمكن لمصدر طاقة عالمي واحد استخدام أي جهد يتراوح بين ٢٣٠ و٤٨٠ فولت تيار متردد لتشغيل عدة محاور ٢٣٠ فولت تيار متردد.

النقطة الأخيرة التي يجب أخذها في الاعتبار هي أنه باستخدام عدد صغير فقط من عائلات محركات الأقراص على جهاز ما، يمكنك تبسيط قائمة قطع الغيار.

حدد وحدة التحكم

عند اختيار وحدة التحكم، اختر محورًا واحدًا أو محاور متعددة. تجمع وحدات التحكم أحادية المحور بين وحدة تحكم في الحركة، ومحرك، وغالبًا ما تكون مزود طاقة مدمجًا في حزمة واحدة. في الأنظمة أحادية المحور أو ثنائية المحور، تُقلل هذه الوحدات التكلفة والحجم والأسلاك وتعقيد النظام.

عادةً ما تكون وحدات التحكم متعددة المحاور أكثر ملاءمةً للأنظمة الأكثر تعقيدًا. أولًا، تُخفّض التكلفة عادةً، خاصةً مع ازدياد عدد المحاور. ثانيًا، تُخفّض تعقيد النظام لأن برنامجًا واحدًا يستطيع التحكم في جميع الحركات. كما تُوفّر وحدات التحكم هذه مرونةً أكبر في المزامنة، إذ تسمح عادةً لأي محور بالارتباط بأي محور آخر، وتتيح لك تعديل هذا الارتباط أثناء تنفيذ البرنامج.

بعد اختيار وحدة التحكم، ستحتاج إلى اختيار إما تكوين "صندوق" أو "لوحة". تكوين الصندوق هو وحدة تحكم مغلقة قادرة على العمل بشكل مستقل. تُوصل وحدات التحكم باللوحة بأجهزة الكمبيوتر الصناعية. إذا كان لديك جهاز كمبيوتر صناعي مُثبت على الجهاز بالفعل، فإن استخدام لوحة متوافقة يُقلل التكلفة ويُعزز تكامل وحدة التحكم والجهاز. إذا كنت لا تُخطط لاستخدام جهاز كمبيوتر صناعي، فعادةً ما يكون من الأسهل إضافة وحدة التحكم القائمة على الصندوق.

تقييم مجموعة الميزات

أخيرًا، قيّم ميزات وحدة التحكم. تأمل الوظائف التي تمت مناقشتها حتى الآن: التروس، وضبط الكامات، وتسجيل السرعة العالية، ومفاتيح الحد القابلة للبرمجة. توفر معظم وحدات التحكم هذه الميزات بشكل أو بآخر، ولكن يجب مقارنة المواصفات باحتياجات تطبيقك. هل تحتاج إلى تغيير نسب التروس أثناء التشغيل؟ هل تحتاج إلى تعديل ملفات تعريف الكامات أثناء التشغيل؟ ما دقة التسجيل المطلوبة؟ هل تحتاج إلى تغيير السرعة أو موضع الهدف أثناء التشغيل؟ هل تدعم وحدة التحكم محاور كافية لهذا التطبيق؟ هل ستتوافق مع الإصدارات المستقبلية من جهازك؟

التعامل مع التكلفة

غالبًا ما تكون تكلفة مكونات السيرفو أعلى من تكلفة المكونات الميكانيكية التي تحل محلها. ومع ذلك، هناك عوامل مهمة تُخفف من هذه التكلفة المرتفعة. على سبيل المثال، يُمكن أن يُقلل الاستغناء عن الأجهزة الميكانيكية المعقدة التكلفة الإجمالية وحجم الآلة، مما يُعزز قيمة النظام. غالبًا ما يحل مُتحكم السيرفو محل وحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC)؛ وفي هذه الحالة، يُمكن تعويض التكلفة الكاملة للتحويل إلى السيرفو. قد تُقلل هذه المرونة الإضافية من عدد نماذج الآلات، أو العمليات اللازمة لإنتاج خط إنتاج كامل، مما يُقلل تكاليف التصنيع.

اعتبارات عامة

إلى جانب وظائف الحركة، هناك أسئلة أخرى يجب طرحها. هل اللغة قادرة على دعم عملياتك؟ هل هي معقدة لدرجة أنك ستحتاج إلى قضاء وقت طويل في تعلمها؟ هل يدعم المنتج تعدد المهام؟ تعدد المهام، وهو تقنية تتيح لك كتابة برامج مختلفة لعمليات مختلفة، يُبسط برمجة الآلات المعقدة.

قد يصعب الإجابة على كل هذه الأسئلة، خاصةً إذا كنتَ جديدًا في مجال التحكم الإلكتروني بالحركة. معظم الشركات التي تُقدّم أجهزة التحكم تُقدّم دعمًا جيدًا لها. خلال عملية اختيارك، اطرح العديد من الأسئلة. فهذا لا يُساعدك فقط على تقييم المنتج، بل يُساعدك أيضًا على تقييم الدعم المُقدّم. وأخيرًا، فكّر في مستقبل أنشطة التطوير في شركتك. اختر مُورّدين قادرين على توفير المنتجات والدعم الآن وفي السنوات القادمة.