מנועי צעד לולאה סגורים עשויים להיות הבחירה הטובה ביותר למשימות שנעשות בדרך כלל על ידי סרוו מכיוון שדרגות מסורתיות לא יכלו להתמודד איתן.

אחת ההחלטות הקריטיות יותר שהמהנדסים יכולים לקבל בעת תכנון כל סוג של תהליך בקרת תנועה הוא בחירת המנוע. קבלת המנוע הנכון, הן מבחינת הסוג והגודל, היא הכרחית ליעילות התפעולית של המכונה הסופית. יתר על כן, הבטחת שהמנוע לא ישבר את התקציב הוא תמיד דאגה ראשונית.

אחת השאלות הראשונות לענות על קבלת ההחלטה היא: איזה סוג מנוע יהיה הטוב ביותר? האם היישום דורש מנוע סרוו בעל ביצועים גבוהים? האם צעד בעלות נמוכה יהיה טוב יותר? או אולי יש אפשרות שלישית, אמצע הדרך לשקול?

התשובות מתחילות בצרכים של היישום הספציפי. ישנם גורמים רבים שאפשר לטפל בהם לפני קביעת סוג המנוע שיהיה אידיאלי לכל יישום נתון.

הדרישות

כמה מחזורים בדקה צריך המנוע לעשות? כמה מומנט צריך? מה נדרש מהירות השיא?

לא ניתן לטפל בשאלות קריטיות אלה פשוט על ידי בחירת מנוע עם כוח סוס נתון.

תפוקת הכוח של המנוע היא שילוב של מומנט ומהירות שניתן לחשב על ידי כפל מהירות, מומנט וקבוע.

עם זאת, בשל אופי חישוב זה, ישנם שילובים רבים ושונים של מומנט ומהירות שיניבו תפוקת כוח ספציפית. לפיכך, מנועים שונים עם דירוג כוח דומה יכולים לפעול באופן שונה בגלל השילוב של מהירות ומומנט שהם מציעים.

על המהנדסים לדעת כמה מהר עומס בגודל מסוים צריך לנוע לפני שבוחרים בביטחון מנוע שיעבוד בצורה הטובה ביותר. התפקיד המתבצע חייב גם ליפול תחת עקומת המומנט/המהירות של המנוע. עקומה זו מראה כיצד מומנט המנוע משתנה במהלך הפעולה. באמצעות הנחות "במקרה הגרוע" (במילים אחרות, קביעת כמות המומנט המרבית/המינימלית של המומנט והמהירות שתדרוש העבודה), מהנדסים יכולים להיות בטוחים שלמנוע שנבחר יש עקומת מומנט/מהירות מספקת.

האינרציה של העומס היא גורם נוסף שיש להתייחס אליו לפני הצלילה בתהליך קבלת ההחלטות של בחירת מנוע. יש לחשב את יחס האינרציה, שהוא ההשוואה בין האינרציה של העומס לאינרציה של המנוע. כלל אצבע אחד אומר שאם האינרציה של העומס עולה על פי 10 מזה של הרוטור, אז כוונון המנוע עשוי להיות קשה יותר והביצועים יכולים לסבול. אולם כלל זה משתנה לא רק מטכנולוגיה לטכנולוגיה, אלא מספק לספק ואפילו מוצר למוצר. כמה קריטי יישום ישפיע גם על החלטה זו. מוצרים מסוימים מטפלים ביחס של עד 30 ל -1, ואילו כוננים ישירים פועלים עד 200 ל -1. אנשים רבים לא אוהבים לגודל מנוע העולה על יחס של 10 עד 1.

לבסוף, האם יש מגבלות פיזיות המגבילות מנוע מסוים אחד על פני אחר. מנועים מגיעים בצורות וגדלים שונים. במקרים מסוימים המנועים גדולים ומגושמים, ויש פעולות מסוימות שאינן יכולות להכיל מנוע בגודל מסוים. לפני שניתן לקבל החלטה מושכלת על סוג המנוע הטוב ביותר, יש להכיר ולהבין את המפרטים הפיזיים הללו.

ברגע שהמהנדסים עונים על כל השאלות הללו - מהירות, מומנט, כוח סוס, אינרציה עומס ומגבלות פיזיות - הם יכולים לאפס במנוע הגודל היעיל ביותר. עם זאת, תהליך קבלת ההחלטות אינו נפסק שם. על המהנדסים גם להבין איזה סוג מנוע מתאים ביותר ליישום. במשך שנים, הבחירה בסוג מבושלת לאחת משתי אפשרויות לרוב היישומים: מנוע סרוו או מנוע צעד לולאה פתוחה.

סרוווס ותרגבים

עקרונות ההפעלה למנועי סרוו ומנועי צעד עם לולאה פתוחה דומים. עם זאת, ישנם הבדלי מפתח בין השניים שעל המהנדסים להבין לפני שהם מחליטים איזה מנוע הוא אידיאלי ליישום נתון.

במערכות סרוו מסורתיות, בקר שולח פקודות לכונן המנוע באמצעות דופק וכיוון או פקודה אנלוגית הקשורה למיקום, מהירות או מומנט. בקרות מסוימות עשויות להשתמש בשיטה מבוססת אוטובוס, שבבקרות החדשות ביותר היא בדרך כלל שיטת תקשורת מבוססת אתרנט. לאחר מכן הכונן שולח זרם מתאים לכל שלב במנוע. משוב מנוע מסתובב חזרה לכונן המנוע, ובמידת הצורך, לבקר. הכונן מסתמך על מידע זה כדי להעביר את המנוע כראוי ולשלוח מידע טוב על המיקום הדינאמי של פיר המנוע. אז מנועי סרוו נחשבים למנועי לולאה סגורים ומכילים מקודדים מובנים, ונתוני מיקום מועברים לעיתים קרובות לבקר. משוב זה מעניק לבקר שליטה רבה יותר על המנוע. הבקר יכול לבצע התאמות לפעולות, בדרגות שונות, אם משהו לא פועל כמו שהוא צריך להיות. סוג זה של מידע מכריע הוא תועלת מנועי צעד לולאה פתוחה לא יכולים להציע.

מנועי Stepper פועלים גם על פקודות שנשלחו לכונן המנוע כדי להכתיב את המרחק שהועבר ומהירות. בדרך כלל, אות זה הוא פקודה שלב וכיוון. עם זאת, סטפרים עם לולאה פתוחה לא יכולים לספק משוב למפעילים, ולכן בקרותיהם אינן יכולות להעריך כראוי מצב ולבצע התאמות לשיפור פעולת המנוע.

לדוגמה, אם המומנט של המנוע אינו מספיק כדי לטפל בעומס, המנוע יכול לעצור או לפספס צעדים מסוימים. כאשר זה יקרה, עמדת היעד לא תיפגע. עם התחשבות במאפייני הלולאה הפתוחה של מנוע הצעד, המיקום הלא מדויק הזה לא יועבר כראוי לבקר כך שהוא יכול לבצע התאמות.

נראה כי למנוע הסרוו יש יתרונות ברורים מבחינת היעילות והביצועים, אז מדוע מישהו יבחר במנוע צעד? יש כמה סיבות. הנפוץ ביותר הוא מחיר; תקציבים תפעוליים הם שיקולים חשובים בקבלת החלטה עיצובית כלשהי. כאשר התקציבים מתהדקים, יש לקבל החלטות להפחתת עלויות מיותרות. לא רק שזה מתייחס לעלות המנוע עצמו, אלא ששגרה ותחזוקת חירום נוטה להיות פחות יקרה עבור מנועי צעד לעומת סרוו. לכן, אם היתרונות של מנוע סרוו לא יצדיקו את העלויות שלו, מנוע צעד רגיל עשוי להספיק.

מבחינה תפעולית גרידא, מנועי צעד קלים יותר לשימוש מאשר מנועי סרוו סטנדרטיים. הפעלת מנוע צעד פשוט הרבה יותר להבנה וקל יותר להגדיר. רוב אנשי הצוות היו מסכימים שאם אין סיבה לסבול יתר על המידה, לשמור על דברים פשוטים.

היתרונות שמציעים שני סוגי המנוע השונים שונים מאוד. מנועי סרוו הם אידיאליים אם אתה זקוק למנוע עם מהירויות מעל 3,000 סל"ד ומומנט גבוה. עם זאת, ליישום הדורש רק מהירויות של כמה מאות סל"ד או פחות, מנוע סרוו הוא לא תמיד הבחירה הטובה ביותר. מנועי סרוו עשויים להיות יתר על המידה ליישומים במהירות נמוכה.

יישומים במהירות נמוכה הם המקום בו מנועי צעד זורחים כפתרון הטוב ביותר האפשרי. מנועי צעד אינם ניתנים לחזרה רק בכל מה שקשור לעצירה, אלא נועדו לרוץ במהירות נמוכה תוך מתן מומנט גבוה. מעצם אופיו של עיצוב זה, ניתן לשלוט על מנועי צעד ולפעול עד גבולות המהירות שלהם. מגבלת המהירות של מנועי צעד טיפוסיים היא בדרך כלל מתחת ל -1,000 סל"ד, ואילו מנועי סרוו יכולים להיות בעלי מהירויות של עד 3,000 סל"ד ומעלה - לעיתים אפילו יותר מ- 7,000 סל"ד.

אם צעד בגודל נכון, זו יכולה להיות הבחירה המושלמת. עם זאת, כאשר מנוע צעד פועל בתצורת לולאה פתוחה ומשהו משתבש, מפעילים עשויים לא לקבל את כל הנתונים הדרושים להם כדי לתקן את הבעיה.

פתרון בעיית הלולאה הפתוחה

במהלך העשורים האחרונים היו כמה גישות שונות המוצעות כדי לפתור את הבעיות המסורתיות עם סטפרס לולאה פתוחה. שיטת המנוע לחיישן ב- Power-Up, או אפילו מספר פעמים במהלך יישום, הייתה שיטה אחת. למרות שהוא פשוט, זה מאט את הפעילות ואינה לוכדת בעיות שמתעוררות במהלך תהליכי ההפעלה הרגילים.

הוספת משוב לגילוי אם המנוע מתעכב או מחוץ למצב הוא גישה נוספת. מהנדסים בחברות בקרת תנועה יצרו תכונות "איתור דוכן" ותכונות "תחזוקת מיקום". אפילו היו כמה גישות שהתרחשו עוד יותר שמטפלים במנועי צעד כמו סרוו, או לפחות מחקים אותן באלגוריתמים מפוארים.

בספקטרום הגדול של המנועים-בין סרוווס למנועי צעד עם לולאה פתוחה-מטריד טכנולוגיה חדשה במקצת המכונה מנוע צעד לולאה סגורה. זוהי הדרך הטובה ביותר ומודעת עלות לפתור את בעיית היישומים הדורשים דיוק מיקום ומהירויות נמוכות. על ידי יישום מכשירי משוב ברזולוציה גבוהה כדי לסגור את הלולאה, מהנדסים יכולים ליהנות מ"טובים משני העולמות ".

מנועי צעד לולאה סגורים מציעים את כל היתרונות של מנועי צעד: קלות שימוש, פשטות ויכולת לרוץ בעקביות במהירויות נמוכות עם עצירה מדויקת. בנוסף, הם עדיין מציעים את יכולות המשוב מנועי סרוו. למרבה המזל, זה לא צריך להגיע עם החיסרון הגדול ביותר של סרוו: תג המחיר הגדול יותר.

המפתח תמיד היה בדרך שבה מנועי צעד לולאה פתוחה עובדים. בדרך כלל יש להם שני סלילים, לפעמים חמישה, עם מעשה איזון מגנטי שמתרחש ביניהם. התנועה מפריעה לאיזון זה, וגורמת לפיר המנוע ליפול מאחורי חשמל, אך המפעיל לא יכול לדעת כמה רחוק מאחוריו נופל. נקודת העצירה ניתנת לחזרה על סטפלים עם לולאה פתוחה אך לא לכל העומסים. הנחת מקודד על הצעד והפכתו לולאה סגורה מספקת שליטה דינאמית. זה מאפשר למפעילים לעצור במקום מדויק תחת עומסים משתנים.

היתרונות הללו משימוש במנועי צעד לולאה סגורה ליישומים מסוימים הגדילו בחדות את הפופולריות של מנועים אלה בקהילה לבקרת תנועה. באופן ספציפי, בשניים מהתעשיות הבולטות יותר, יצרני מוליכים למחצה ומכשירים רפואיים, יש עלייה ברורה בשימוש במנועי צעד לולאה סגורה. מהנדסים בענפים אלה חייבים לדעת בדיוק היכן מנועים הציבו עומסים או מפעילים בין אם זה מכניס בורג חגורה או כדור. המשוב לולאה סגורה בטרפרים אלה מאפשר להם לדעת בדיוק איפה זה. סטפרים אלה יכולים גם לספק ביצועים טובים יותר מאשר סרוו במהירויות נמוכות יותר.

באופן כללי, כל יישום שצריך ביצועים מובטחים בעלות נמוכה יותר ממנוע סרוו, והיכולת לרוץ במהירות נמוכה יחסית היא מועמד טוב למנועי צעד לולאה סגורה.

קחו בחשבון, מפעילים אכן צריכים להבטיח שהכונן או שולט בתמיכה במנועי צעד לולאה סגורה. מבחינה היסטורית, אתה יכול להשיג צעד עם מקודד בגב זה, אבל הכונן היה כונן צעד רגיל ולא תמך בקודדים. היה צריך לקחת את המקודד בחזרה לבקר ולהיות צריך ליישם את אימות המיקום בסוף מהלך נתון. זה לא נדרש עם כונני צעד לולאה סגורה חדשים. כונני צעד לולאה סגורה יכולים לטפל באופן דינמי ואוטומטי לבקרת מיקום ובבקרת מהירות מבלי לערב בקרים.