قد تكون محركات السائر ذات الحلقة المغلقة هي الخيار الأفضل للمهام التي تتم عادةً بواسطة الماكينات لأن السائرات التقليدية لا يمكنها التعامل معها.

أحد القرارات الأكثر أهمية التي يمكن للمهندسين اتخاذها عند تصميم أي نوع من عمليات التحكم في الحركة هو اختيار المحرك. يعد الحصول على المحرك المناسب، سواء من حيث النوع أو الحجم، أمرًا ضروريًا للكفاءة التشغيلية للآلة النهائية. علاوة على ذلك، فإن ضمان عدم خرق المحرك للميزانية هو دائمًا الشغل الشاغل.

أحد الأسئلة الأولى التي يجب الإجابة عليها عند اتخاذ القرار هو: ما هو نوع المحرك الأفضل؟ هل يتطلب التطبيق محرك سيرفو عالي الأداء؟ هل سيكون السائر منخفض التكلفة أفضل؟ أو ربما هناك خيار ثالث في منتصف الطريق يجب مراعاته؟

تبدأ الإجابات باحتياجات التطبيق المحدد. هناك العديد من العوامل التي يجب معالجتها قبل تحديد نوع المحرك الذي سيكون مثاليًا لأي تطبيق معين.

المتطلبات

كم عدد الدورات في الدقيقة التي يحتاج المحرك إلى القيام بها؟ ما مقدار عزم الدوران المطلوب؟ ما هي السرعة القصوى المطلوبة؟

لا يمكن الإجابة على هذه الأسئلة الحاسمة بمجرد اختيار محرك بقوة حصانية معينة.

إن خرج الطاقة للمحرك هو مزيج من عزم الدوران والسرعة والذي يمكن حسابه بضرب السرعة وعزم الدوران والثابت.

ومع ذلك، ونظرًا لطبيعة هذا الحساب، هناك العديد من المجموعات المختلفة لعزم الدوران والسرعة التي ستؤدي إلى إنتاج طاقة محددة. وبالتالي، يمكن للمحركات المختلفة ذات معدلات الطاقة المتشابهة أن تعمل بشكل مختلف نظرًا لمزيج السرعة وعزم الدوران الذي توفره.

يجب أن يعرف المهندسون مدى السرعة التي يجب أن يتحرك بها حجم معين قبل أن يختاروا بثقة المحرك الذي سيعمل بشكل أفضل. يجب أن تقع المهمة التي يتم تنفيذها أيضًا ضمن منحنى عزم الدوران/السرعة للمحرك. يوضح هذا المنحنى كيف يتغير عزم دوران المحرك أثناء التشغيل. باستخدام الافتراضات "الأسوأ" (بمعنى آخر، تحديد الحد الأقصى/الأدنى من عزم الدوران والسرعة التي تتطلبها المهمة)، يمكن للمهندسين أن يكونوا واثقين من أن المحرك المختار لديه منحنى عزم الدوران/السرعة الكافي.

يعد القصور الذاتي للحمل عاملاً آخر يجب معالجته قبل الغوص في عملية اتخاذ القرار لاختيار المحرك. ويجب حساب نسبة القصور الذاتي، وهي المقارنة بين قصور الحمل وقصور المحرك. تقول إحدى القواعد الأساسية أنه إذا تجاوز القصور الذاتي للحمل 10 أضعاف القصور الذاتي للدوار، فقد يكون ضبط المحرك أكثر صعوبة ويمكن أن يتأثر الأداء. لكن هذه القاعدة لا تختلف من تقنية إلى أخرى فحسب، بل من مورد إلى مورد وحتى من منتج إلى منتج. مدى أهمية الطلب سيؤثر أيضًا على هذا القرار. تتعامل بعض المنتجات مع نسب تصل إلى 30 إلى 1، بينما تعمل محركات الأقراص المباشرة بنسب تصل إلى 200 إلى 1. كثير من الناس لا يحبون تغيير حجم المحرك الذي يتجاوز نسبة 10 إلى 1.

وأخيرًا، هل هناك قيود مادية تقيد محركًا معينًا على الآخر؟ المحركات تأتي في أشكال وأحجام مختلفة. في بعض الحالات، تكون المحركات كبيرة وضخمة، وهناك عمليات معينة لا يمكنها استيعاب محرك بحجم معين. قبل اتخاذ قرار مستنير بشأن أفضل نوع من المحركات، يجب التعرف على هذه المواصفات المادية وفهمها.

بمجرد أن يجيب المهندسون على كل هذه الأسئلة - السرعة، وعزم الدوران، والقدرة الحصانية، والقصور الذاتي للحمل، والقيود الفيزيائية - يمكنهم التركيز على المحرك ذو الحجم الأكثر كفاءة. ومع ذلك، فإن عملية صنع القرار لا تتوقف عند هذا الحد. يجب على المهندسين أيضًا معرفة نوع المحرك الذي يناسب التطبيق بشكل أفضل. لسنوات، كان الاختيار على النوع يتلخص في أحد خيارين لمعظم التطبيقات: محرك مؤازر أو محرك متدرج ذو حلقة مفتوحة.

الماكينات والسائر

تتشابه مبادئ التشغيل للمحركات المؤازرة والمحركات ذات الحلقة المفتوحة. ومع ذلك، هناك اختلافات رئيسية بين الاثنين يجب على المهندسين فهمها قبل تحديد المحرك المثالي لتطبيق معين.

في أنظمة المؤازرة التقليدية، ترسل وحدة التحكم الأوامر إلى محرك المحرك عبر النبض والاتجاه أو أمر تناظري يتعلق بالموضع أو السرعة أو عزم الدوران. قد تستخدم بعض عناصر التحكم طريقة تعتمد على الناقل، والتي تكون عادةً في أحدث عناصر التحكم طريقة اتصال تعتمد على Ethernet. يقوم المحرك بعد ذلك بإرسال التيار المناسب لكل مرحلة من مراحل المحرك. تعود ردود فعل المحرك إلى محرك المحرك، وإذا لزم الأمر، إلى وحدة التحكم. يعتمد محرك الأقراص على هذه المعلومات لتبديل المحرك بشكل صحيح ولإرسال معلومات جيدة حول الوضع الديناميكي لعمود المحرك. لذلك، تعتبر المحركات المؤازرة محركات ذات حلقة مغلقة وتحتوي على أجهزة تشفير مدمجة، ويتم تغذية البيانات الموضعية بشكل متكرر إلى وحدة التحكم. تمنح هذه التعليقات وحدة التحكم مزيدًا من التحكم في المحرك. يمكن لوحدة التحكم إجراء تعديلات على العمليات، بدرجات متفاوتة، إذا كان هناك شيء لا يعمل بالطريقة التي ينبغي أن يكون عليها. يعد هذا النوع من المعلومات المهمة بمثابة فائدة لا يمكن لمحركات السائر ذات الحلقة المفتوحة تقديمها.

تعمل محركات السائر أيضًا بناءً على أوامر مرسلة إلى محرك المحرك لتحديد المسافة المتحركة والسرعة. عادةً ما تكون هذه الإشارة عبارة عن أمر خطوة واتجاه. ومع ذلك، لا يمكن لأدوات الحركة ذات الحلقة المفتوحة تقديم تعليقات للمشغلين، لذلك لا تستطيع أدوات التحكم الخاصة بهم تقييم الموقف بشكل صحيح وإجراء تعديلات لتحسين تشغيل المحرك.

على سبيل المثال، إذا لم يكن عزم دوران المحرك كافيًا للتعامل مع الحمل، فقد يتوقف المحرك أو يفوت خطوات معينة. عندما يحدث هذا، لن يتم ضرب الموضع المستهدف. مع أخذ خصائص الحلقة المفتوحة للمحرك السائر في الاعتبار، لن يتم ترحيل هذا الموضع غير الدقيق بشكل كافٍ إلى وحدة التحكم حتى تتمكن من إجراء التعديلات.

يبدو أن محرك السيرفو يتمتع بمزايا واضحة من حيث الكفاءة والأداء، فلماذا يختار شخص ما محرك السائر؟ هناك عدة أسباب. الأكثر شيوعا هو السعر. تعتبر الميزانيات التشغيلية اعتبارات مهمة في اتخاذ أي قرار بشأن التصميم. ومع تشديد الميزانيات، يجب اتخاذ قرارات لخفض التكاليف غير الضرورية. لا يشير هذا فقط إلى تكلفة المحرك نفسه، ولكن الصيانة الروتينية والطارئة تميل إلى أن تكون أقل تكلفة بالنسبة للمحركات السائر مقارنة بالمحركات المؤازرة. لذا، إذا كانت فوائد محرك سيرفو لا تبرر تكاليفه، فقد يكون محرك السائر القياسي كافيًا.

من وجهة نظر تشغيلية بحتة، تعد المحركات السائرة أسهل في الاستخدام بشكل ملحوظ من المحركات المؤازرة القياسية. يعد تشغيل محرك متدرج أسهل بكثير في الفهم وأسهل في التكوين. يتفق معظم الموظفين على أنه إذا لم يكن هناك سبب للمبالغة في تعقيد العمليات، فاحرص على إبقاء الأمور بسيطة.

المزايا التي يقدمها نوعا المحرك المختلفان مختلفة تمامًا. تعد المحركات المؤازرة مثالية إذا كنت بحاجة إلى محرك بسرعات تزيد عن 3000 دورة في الدقيقة وعزم دوران مرتفع. ومع ذلك، بالنسبة للتطبيق الذي يتطلب سرعات تبلغ بضع مئات من الدورات في الدقيقة أو أقل فقط، فإن المحرك المؤازر ليس هو الخيار الأفضل دائمًا. قد تكون المحركات المؤازرة مبالغة في التطبيقات منخفضة السرعة.

التطبيقات منخفضة السرعة هي التي تتألق فيها محركات السائر كأفضل حل ممكن. لا تعد المحركات السائر قابلة للتكرار فقط عندما يتعلق الأمر بالتوقف، ولكنها مصممة أيضًا للعمل بسرعة منخفضة مع توفير عزم دوران مرتفع. وبطبيعة هذا التصميم، يمكن التحكم بمحركات السائر وتشغيلها حتى حدود سرعتها. الحد الأقصى للسرعة لمحركات السائر النموذجية عادة ما يكون أقل من 1000 دورة في الدقيقة، في حين أن المحركات المؤازرة يمكن أن تصل سرعاتها إلى 3000 دورة في الدقيقة أو أعلى - وفي بعض الأحيان تزيد عن 7000 دورة في الدقيقة.

إذا تم تحديد حجم جهاز السائر بشكل صحيح، فيمكن أن يكون الخيار الأمثل. ومع ذلك، عندما يعمل محرك متدرج بتكوين حلقة مفتوحة ويحدث خطأ ما، فقد لا يحصل المشغلون على جميع البيانات التي يحتاجونها لإصلاح المشكلة.

حل مشكلة الحلقة المفتوحة

على مدار العقود القليلة الماضية، تم تقديم العديد من الأساليب المختلفة لحل المشكلات التقليدية المتعلقة بأجهزة الخطوة ذات الحلقة المفتوحة. كان توجيه المحرك إلى جهاز استشعار عند التشغيل، أو حتى عدة مرات أثناء التطبيق، إحدى الطرق. وعلى الرغم من بساطته، إلا أنه يؤدي إلى إبطاء العمليات ولا يلتقط المشكلات التي تنشأ أثناء عمليات التشغيل العادية.

تعد إضافة تعليقات لاكتشاف ما إذا كان المحرك متوقفًا أو خارج موضعه طريقة أخرى. ابتكر المهندسون في شركات التحكم في الحركة ميزات "اكتشاف المماطلة" و"صيانة الموقع". كانت هناك أيضًا بعض الأساليب التي تذهب إلى أبعد من ذلك والتي تتعامل مع المحركات السائر مثل الماكينات إلى حد كبير، أو على الأقل تحاكيها باستخدام خوارزميات خيالية.

في الطيف الكبير من المحركات - بين الماكينات والمحركات السائر ذات الحلقة المفتوحة - تكمن تقنية جديدة إلى حد ما تُعرف باسم محرك السائر ذو الحلقة المغلقة. إنها الطريقة الأفضل والأكثر تكلفة لحل مشكلة التطبيقات التي تتطلب دقة موضعية وسرعات منخفضة. ومن خلال استخدام أجهزة ردود الفعل عالية الدقة لإغلاق الحلقة، يمكن للمهندسين الاستمتاع "بأفضل ما في العالمين".

توفر محركات السائر ذات الحلقة المغلقة جميع مزايا محركات السائر: سهولة الاستخدام، والبساطة، والقدرة على العمل باستمرار بسرعات منخفضة مع توقف دقيق. بالإضافة إلى ذلك، فإنها لا تزال توفر إمكانات التغذية الراجعة التي توفرها المحركات المؤازرة. لحسن الحظ، ليس من الضروري أن يأتي مع أكبر عيوب السيرفو: السعر الأكبر.

كان المفتاح دائمًا هو الطريقة التي تعمل بها محركات السائر ذات الحلقة المفتوحة. عادةً ما يكون لديهم ملفان، وأحيانًا خمسة، مع حدوث عملية موازنة مغناطيسية بينهما. تؤدي الحركة إلى خلل في هذا التوازن، مما يتسبب في تراجع عمود المحرك كهربائيًا، لكن المشغل لا يستطيع معرفة مدى سقوطه خلفه. تكون نقطة التوقف قابلة للتكرار بالنسبة لسائر المحركات ذات الحلقة المفتوحة ولكن ليس لجميع الأحمال. إن وضع جهاز تشفير على جهاز السائر وجعله حلقة مغلقة يوفر بعض التحكم الديناميكي. يتيح ذلك للمشغلين التوقف في مكان محدد تحت أحمال مختلفة.

أدت هذه الفوائد الناتجة عن استخدام محركات السائر ذات الحلقة المغلقة لتطبيقات معينة إلى زيادة شعبية هذه المحركات بشكل كبير في مجتمع التحكم في الحركة. على وجه التحديد، في اثنتين من الصناعات الأكثر شهرة، وهما مصنعي أشباه الموصلات والأجهزة الطبية، هناك زيادة واضحة في استخدام محركات السائر ذات الحلقة المغلقة. يجب على المهندسين في هذه الصناعات أن يعرفوا بالضبط أين وضعت المحركات الأحمال أو المحركات سواء كانت تعمل على تشغيل الحزام أو اللولب الكروي. تتيح لهم ردود الفعل ذات الحلقة المغلقة في هذه السائر معرفة مكانها بالضبط. يمكن أن توفر هذه السائر أيضًا أداءً أفضل من الماكينات بسرعات أقل.

بشكل عام، أي تطبيق يحتاج إلى أداء مضمون بتكلفة أقل من محرك سيرفو، والقدرة على التشغيل بسرعات منخفضة نسبيًا يعد مرشحًا جيدًا لمحركات السائر ذات الحلقة المغلقة.

ضع في اعتبارك أن المشغلين يحتاجون إلى التأكد من أن محرك الأقراص أو أدوات التحكم تدعم محركات السائر ذات الحلقة المغلقة. تاريخيًا، كان بإمكانك الحصول على محرك متدرج مزود ببرنامج تشفير في الجزء الخلفي منه، ولكن محرك الأقراص كان عبارة عن محرك متدرج قياسي ولا يدعم أجهزة التشفير. يجب إعادة جهاز التشفير إلى وحدة التحكم ويجب تنفيذ التحقق من الموقع في نهاية حركة معينة. هذا غير مطلوب مع محركات السائر ذات الحلقة المغلقة الجديدة. يمكن لمحركات السائر ذات الحلقة المغلقة التعامل بشكل ديناميكي وتلقائي مع التحكم في الموضع والسرعة دون الحاجة إلى وحدات تحكم.