Suljetussa silmukan askelmoottorit voivat olla paras valinta tehtäviin, joita servot ovat tyypillisesti, koska perinteiset askeltat eivät pystyneet käsittelemään niitä.

Yksi kriittisimmistä päätöksistä, joita insinöörit voivat tehdä suunnitellessaan minkä tahansa tyyppistä liikkeenhallintaprosessia, on moottorin valitseminen. Oikean moottorin saaminen sekä tyypin että koon suhteen on välttämätöntä viimeisen koneen toimintatehokkuuden kannalta. Lisäksi sen varmistaminen, että moottori ei kata budjettia, on aina ensisijainen huolenaihe.

Yksi ensimmäisistä kysymyksistä, jotka vastataan päätöksenteossa, on: Millainen moottori olisi paras? Vaatiiko sovellus korkean suorituskyvyn servomoottoria? Olisiko edullinen askel parempi? Tai ehkä siellä on kolmas, keskimmäisen tienvaihtoehto, jota voidaan harkita?

Vastaukset alkavat tietyn sovelluksen tarpeista. On olemassa monia tekijöitä, joista käsitellään ennen moottorin tyypin määrittämistä, jotka olisivat ihanteellisia jokaiselle sovellukselle.

Vaatimukset

Kuinka monta sykliä minuutissa moottorin on tehtävä? Kuinka paljon vääntömomenttia tarvitaan? Mikä on huippunopeus?

Näitä kriittisiä kysymyksiä ei voida käsitellä yksinkertaisesti valitsemalla moottori tietyllä hevosvoimalla.

Moottorin teho on vääntömomentin ja nopeuden yhdistelmä, joka voidaan laskea nopeuden, vääntömomentin ja vakiona.

Tämän laskelman luonteen vuoksi on kuitenkin monia erilaisia ​​vääntömomentin ja nopeuden yhdistelmiä, jotka tuottavat tietyn tehon. Siten erilaiset moottorit, joilla on samanlaiset teholuokitukset, voivat toimia eri tavalla niiden tarjoaman nopeuden ja vääntömomentin yhdistelmän vuoksi.

Insinöörien on tiedettävä, kuinka nopeasti tietyn kokoisen kuorman on liikuttava, ennen kuin valitset varmasti moottorin, joka toimii parhaiten. Suoritetun työn on myös kuuluva moottorin vääntömomentin/nopeuskäyrän alle. Tämä käyrä osoittaa, kuinka moottorin vääntömomentti vaihtelee käytön aikana. Käyttämällä ”pahimmassa tapauksessa” oletuksia (toisin sanoen vääntömomentin ja nopeuden enimmäismäärän ja vähimmäismäärän määrittäminen), insinöörit voivat olla varmoja, että valitulla moottorilla on riittävä vääntömomentti/nopeuskäyrä.

Kuorman hitaus on toinen tekijä, johon tulisi puuttua ennen sukellusta moottorin valintaprosessiin. Hitaussuhde on laskettava, mikä on vertailu kuorman hitauden ja moottorin hitauden välillä. Yksi nyrkkisääntö sanoo, että jos kuorman hitaus ylittää 10 kertaa roottorin, moottorin virittäminen voi olla vaikeampaa ja suorituskyky voi kärsiä. Mutta tämä sääntö vaihtelee paitsi tekniikasta toiseen, myös toimittajasta toimittajaan ja jopa tuotteeseen tuotteeseen. Se, kuinka kriittinen sovellus on, vaikuttaa myös tähän päätökseen. Jotkut tuotteet käsittelevät jopa 30-1-suhteita, kun taas suorat asemat ovat jopa 200-1. Monet ihmiset eivät pidä moottorin koosta, joka ylittää 10-1-suhteen.

Lopuksi, onko fyysisiä rajoituksia, jotka rajoittavat yhden tietyn moottorin toiseen. Moottoreita on erilaisia ​​muotoja ja kokoja. Joissakin tapauksissa moottorit ovat suuria ja tilaa vieviä, ja on tiettyjä toimintoja, joissa ei ole tiettyä moottoria. Ennen kuin tietoinen moottorityyppi voidaan tehdä tietoinen päätös, nämä fyysiset eritelmät olisi tunnustettava ja ymmärrettävä.

Kun insinöörit vastaavat kaikkiin näihin kysymyksiin - nopeuteen, vääntömomenttiin, hevosvoimaan, kuormitushuoneisiin ja fyysisiin rajoituksiin -, he voivat nollata tehokkaimpaan moottoriin. Päätöksentekoprosessi ei kuitenkaan lopu siihen. Insinöörien on myös selvitettävä, minkä tyyppinen moottori sopii parhaiten sovellukseen. Vuosien ajan tyypin valinta keitettiin yhteen kahdesta vaihtoehdoista useimmille sovelluksille: servomoottori tai avoimen silmukan askelmoottori.

Servot ja askeleet

Servo- ja avoimen silmukan askelmoottorien toimintaperiaatteet ovat samanlaiset. Näiden kahden välillä on kuitenkin keskeisiä eroja, jotka insinöörien on ymmärrettävä ennen kuin päätetään, mikä moottori on ihanteellinen tietylle sovellukselle.

Perinteisissä servojärjestelmissä ohjain lähettää komennot moottorin asemaan pulssin ja suunnan kautta tai asentoon, nopeuteen tai vääntömomenttiin liittyvän analogisen komennon. Jotkut ohjaimet voivat käyttää väyläpohjaista menetelmää, joka uusimmissa ohjaimissa on tyypillisesti Ethernet-pohjainen viestintämenetelmä. Sitten asema lähettää asianmukaisen virran moottorin jokaiseen vaiheeseen. Moottorin palaute kiertää takaisin moottorin asemaan ja tarvittaessa ohjain. Asema luottaa näihin tietoihin moottorin oikein kommunaamiseksi ja hyvää tietoa moottorin akselin dynaamisesta sijainnista. Joten servomoottoreita pidetään suljetun silmukan moottoreina ja ne sisältävät sisäänrakennetut kooderit, ja paikannustiedot syötetään usein ohjaimeen. Tämä palaute antaa ohjaimelle enemmän hallinnan moottoria. Ohjain voi tehdä säätöjä toimintoihin vaihtelevasti, jos jokin ei ole käynnissä niin kuin sen pitäisi olla. Tämäntyyppinen ratkaiseva tieto on etuna avoimen silmukan askelmoottorit eivät voi tarjota.

Stepper -moottorit toimivat myös moottorin asemaan lähetettyjen komentojen sanelemiseksi etäisyyden ja nopeuden määräämiseksi. Tyypillisesti tämä signaali on askel- ja suuntauskomento. Avoimen silmukan askeleet eivät kuitenkaan voi antaa palautetta operaattoreille, joten niiden hallintalaitteet eivät voi arvioida tilannetta kunnolla ja tehdä muutoksia moottorin toiminnan parantamiseksi.

Esimerkiksi, jos moottorin vääntömomentti ei riitä kuorman käsittelemiseen, moottori voi pysähtyä tai jättää tiettyjä vaiheita. Kun tämä tapahtuu, kohdeasema ei osu. Kun askelmoottorin avoimen silmukan ominaisuudet mielessä, tätä virheellistä paikannusta ei välitetä riittävästi takaisin ohjaimeen, jotta se voi tehdä säätöjä.

Servomoottorilla näyttää olevan selkeät edut tehokkuuden ja suorituskyvyn suhteen, joten miksi joku valitsisi askelmoottorin? On olemassa pari syytä. Yleisin on hinta; Operatiiviset budjetit ovat tärkeitä näkökohtia suunnitellun päätöksenteossa. Kun budjetit kiristyvät, on tehtävä päätöksiä tarpeettomien kustannusten vähentämiseksi. Tämä ei vain viittaa itse moottorin kustannuksiin, mutta rutiini- ja hätätilanteiden ylläpito on yleensä halvempaa askelmoottorille kuin servot. Joten jos servomoottorin edut eivät perustele sen kustannuksia, tavanomainen askelmoottori voi olla riittävä.

Puhtaasti toiminnan kannalta askelmoottorit ovat erityisen helpompia käyttää kuin tavalliset servomoottorit. Askelmoottorin käyttö on paljon yksinkertaisempaa ymmärtää ja määrittää helpompaa. Suurin osa henkilöstöstä on yhtä mieltä siitä, että jos ei ole syytä monimutkaista operaatioita, pidä asiat yksinkertaisina.

Kahden eri moottorityypin tarjoamat edut ovat hyvin erilaisia. Servomoottorit ovat ihanteellisia, jos tarvitset moottoria, jonka nopeus on yli 3000 rpm ja korkea vääntömomentti. Servomoottori ei kuitenkaan ole aina paras valinta sovellukselle, joka vaatii vain muutaman sadan kierrosluvun tai vähemmän nopeutta. Servomoottorit voivat olla ylenmääräisiä alhaisten sovellusten osalta.

Matalan nopeuden sovellukset ovat siellä, missä Stepper-moottorit loistavat parhaana mahdollisena ratkaisuna. Stepper -moottorit eivät ole vain toistettavissa pysähtymisen yhteydessä, vaan ne on myös suunniteltu toimimaan alhaisella nopeudella samalla kun ne tarjoavat suurta vääntömomenttia. Tämän suunnittelun luonteen mukaan Stepper -moottorit voidaan hallita ja ajaa nopeusrajoituksiaan. Tyypillisten askelmoottorien nopeusraja on yleensä alle 1000 rpm, kun taas servomoottoreilla voi olla nopeus jopa 3000 rpm ja korkeampi - joskus jopa yli 7000 rpm.

Jos askel on mitoitettu oikein, se voi olla täydellinen valinta. Kun askelmoottori toimii avoimen silmukan kokoonpanossa ja jotain menee pieleen, operaattorit eivät ehkä saa kaikkia tietoja, joita he tarvitsevat ongelman korjaamiseksi.

Avoimen silmukan ongelman ratkaiseminen

Viime vuosikymmeninä on ollut tarjolla useita erilaisia ​​lähestymistapoja avoimen silmukan askeleen perinteisten ongelmien ratkaisemiseksi. Moottorin sijoittaminen anturille voimansiirto tai jopa useita kertoja levityksen aikana oli yksi menetelmä. Vaikka tämä on yksinkertainen, tämä hidastaa toimintaa eikä kaapata ongelmia, jotka ilmenevät normaalien käyttöprosessien aikana.

Palautteen lisääminen havaita, onko moottori pysähtymässä vai asennosta, on toinen lähestymistapa. Liikkeenhallintayritysten insinöörit loivat ”stall -havaitsemisen” ja “asennon ylläpidon” ominaisuudet. On ollut jopa muutamia lähestymistapoja, jotka ovat menossa vielä pidemmälle, jotka kohtelevat askelmoottoreita aivan kuten servoja tai ainakin jäljittelevät niitä hienoilla algoritmeilla.

Moottorien suurpektrissä-servojen ja avoimen silmukan askelmoottorien välillä-on jonkin verran uusi tekniikka, joka tunnetaan nimellä suljetun silmukan askelmoottori. Se on paras ja kustannustietoisin tapa ratkaista sovellusten ongelma, joka vaatii paikannustarkkuutta ja alhaisia ​​nopeuksia. Soveltamalla korkearesoluutioisia palautelaitteita silmukan sulkemiseen, insinöörit voivat nauttia "molempien maailmojen parhaista".

Suljettavan silmukan askelmoottorit tarjoavat kaikki Stepper-moottorien edut: helppokäyttöisyys, yksinkertaisuus ja kyky ajaa jatkuvasti alhaisina nopeuksilla tarkalla pysähtymisellä. Lisäksi ne tarjoavat edelleen palauteominaisuudet servomoottorit. Onneksi sen ei tarvitse olla servon suurin haitta: suurempi hintalappu.

Avain on aina ollut tapaan, jolla avoimen silmukan askelmoottorit toimivat. Heillä on tyypillisesti kaksi kelaa, joskus viisi, niiden välillä tapahtuu magneettinen tasapainotus. Liike häiritsee tätä tasapainoa aiheuttaen moottorin akselin jäävän sähköisesti, mutta käyttäjä ei voi tietää kuinka kaukana se putoaa. Pysäytyskohta on toistettavissa avoimen silmukan askeleille, mutta ei kaikille kuormille. Kooderin asettaminen askeleen ja sen tekeminen suljetun silmukan avulla tarjoaa jonkin verran dynaamista ohjausta. Tämän avulla operaattorit pysähtyvät tarkkaan kohtaan vaihtelevilla kuormilla.

Nämä edut suljetun silmukan askelmoottorien käytöstä tiettyihin sovelluksiin ovat lisänneet voimakkaasti näiden moottorien suosiota liikkeenohjausyhteisössä. Erityisesti kahdessa näkyvämmässä teollisuudessa, puolijohde- ja lääkinnällisten laitteiden valmistajalla on selkeä lisääntyminen suljetun silmukan askelmoottorien käyttämisessä. Näiden teollisuudenalojen insinöörien on tiedettävä tarkalleen, mihin moottorit ovat sijoittaneet kuormat tai toimilaitteet, onko se virtaa hihna tai palloruuvi. Näiden askelten suljetun silmukan palaute antaa heille tietää tarkalleen missä se on. Nämä askeleet voivat myös tarjota paremman suorituskyvyn kuin servot pienemmillä nopeuksilla.

Yleensä kaikki sovellukset, jotka tarvitsevat taattua suorituskykyä halvemmalla kuin servomoottori, ja kyky ajaa suhteellisen alhaisella nopeudella on hyvä ehdokas suljetun silmukan askelmoottoreihin.

Muista, että operaattoreiden on varmistettava, että asema tai hallintalaitteet tukevat suljetun silmukan askelmoottoreita. Historiallisesti voit hankkia askeleen, jonka takaosassa on kooderi, mutta asema oli tavanomainen askel askele eikä tukenut koodereita. Kooderi oli otettava takaisin ohjaimeen ja sijainnin todentaminen olisi toteutettava tietyn siirron lopussa. Tätä ei vaadita uusilla suljetun silmukan askel askeleilla. Suljettavan silmukan askel asemat voivat dynaamisesti käsitellä asennon ja nopeuden hallinnan ilman ohjaimia.