מנועי צעד עם לולאה סגורה עשויים להיות הבחירה הטובה ביותר עבור משימות שנעשות בדרך כלל על ידי סרוו מכיוון שמכשירי צעד מסורתיים לא יכלו להתמודד איתם.

אחת ההחלטות הקריטיות יותר שמהנדסים יכולים לקבל בעת תכנון כל סוג של תהליך בקרת תנועה היא בחירת המנוע. קבלת המנוע הנכון, הן מבחינת סוג והן מבחינת גודל, היא הכרחית ליעילות התפעולית של המכונה הסופית. יתר על כן, הבטחת המנוע לא ישבור את התקציב היא תמיד דאגה עיקרית.

אחת השאלות הראשונות שיש לענות עליהן בקבלת ההחלטה היא: איזה סוג מנוע יהיה הטוב ביותר? האם האפליקציה דורשת מנוע סרוו בעל ביצועים גבוהים? האם סטפר בעלות נמוכה יהיה טוב יותר? או אולי יש אפשרות שלישית, באמצע הדרך, לשקול?

התשובות מתחילות בצרכים של האפליקציה הספציפית. ישנם גורמים רבים שיש להתייחס אליהם לפני קביעת סוג המנוע שיהיה אידיאלי עבור כל יישום נתון.

הדרישות

כמה מחזורים בדקה המנוע צריך לעשות? כמה מומנט צריך? מהי מהירות השיא הנדרשת?

לא ניתן להתמודד עם שאלות קריטיות אלו רק על ידי בחירת מנוע עם כוח סוס נתון.

תפוקת הכוח של מנוע היא השילוב של מומנט ומהירות שניתן לחשב על ידי הכפלה של מהירות, מומנט וקבוע.

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

מהנדסים חייבים לדעת כמה מהר צריך לנוע עומס בגודל מסוים לפני שהם בוחרים בביטחון במנוע שיעבוד הכי טוב. העבודה המתבצעת חייבת להיות גם מתחת לעקומת המומנט/מהירות של המנוע. עקומה זו מראה כיצד מומנט המנוע משתנה במהלך הפעולה. תוך שימוש בהנחות "במקרה הגרוע" (במילים אחרות, קביעת כמות המומנט והמהירות המקסימלית/המינימלית שהעבודה תדרוש), המהנדסים יכולים להיות בטוחים שלמנוע שנבחר יש עקומת מומנט/מהירות מספקת.

האינרציה של העומס היא גורם נוסף שיש להתייחס אליו לפני הצלילה לתהליך קבלת ההחלטות של בחירת מנוע. יש לחשב את יחס האינרציה, שהוא ההשוואה בין אינרציה של העומס לאינרציה של המנוע. כלל אצבע אחד אומר שאם האינרציה של העומס עולה על פי 10 מזו של הרוטור, אז כוונון המנוע עשוי להיות קשה יותר והביצועים עלולים להיפגע. אבל כלל זה משתנה לא רק מטכנולוגיה לטכנולוגיה, אלא מספק לספק ואפילו מוצר למוצר. עד כמה הבקשה קריטית תשפיע גם על החלטה זו. חלק מהמוצרים מטפלים ביחסים של עד 30 ל-1, בעוד שכוננים ישירים פועלים עד 200 ל-1. אנשים רבים לא אוהבים להתאים מנוע בגודל העולה על יחס של 10 ל-1.

לבסוף, האם יש מגבלות פיזיות המגבילות מנוע מסוים על פני אחר. מנועים מגיעים בצורות ובגדלים שונים. במקרים מסוימים, מנועים גדולים ומגושמים, וישנן פעולות מסוימות שאינן יכולות להכיל מנוע בגודל מסוים. לפני שניתן לקבל החלטה מושכלת על סוג המנוע הטוב ביותר, יש להכיר ולהבין את המפרט הפיזי הזה.

ברגע שהמהנדסים עונים על כל השאלות הללו - מהירות, מומנט, כוח סוס, אינרצית עומס ומגבלות פיזיות - הם יכולים לאפס את המנוע היעיל ביותר. עם זאת, תהליך קבלת ההחלטות לא נעצר כאן. מהנדסים חייבים גם להבין איזה סוג של מנוע מתאים ביותר ליישום. במשך שנים, הבחירה בסוג הסתכמה באחת משתי אפשרויות עבור רוב היישומים: מנוע סרוו או מנוע צעדים עם לולאה פתוחה.

סרוו וסטפרים

עקרונות ההפעלה של מנועי צעד סרוו ולולאה פתוחה דומים. עם זאת, ישנם הבדלים עיקריים בין השניים שהמהנדסים חייבים להבין לפני שהם מחליטים איזה מנוע אידיאלי עבור יישום נתון.

במערכות סרוו מסורתיות, בקר שולח פקודות לכונן של המנוע באמצעות דופק וכיוון או פקודה אנלוגית הקשורה למיקום, מהירות או מומנט. פקדים מסוימים עשויים להשתמש בשיטה מבוססת אפיק, אשר בפקדים החדשים ביותר היא בדרך כלל שיטת תקשורת מבוססת Ethernet. לאחר מכן, הכונן שולח זרם מתאים לכל שלב של המנוע. משוב המנוע חוזר לכונן המנוע ובמידת הצורך לבקר. הכונן מסתמך על מידע זה כדי להעביר את המנוע כראוי ולשלוח מידע טוב על המיקום הדינמי של גל המנוע. אז, מנועי סרוו נחשבים למנועי לולאה סגורה ומכילים מקודדים מובנים, ונתוני מיקום מוזנים לעתים קרובות לבקר. משוב זה נותן לבקר יותר שליטה על המנוע. הבקר יכול לבצע התאמות לפעולות, בדרגות שונות, אם משהו לא פועל כמו שצריך. סוג זה של מידע חיוני הוא יתרון שמנועי צעד עם לולאה פתוחה אינם יכולים להציע.

מנועי צעד פועלים גם על פי פקודות הנשלחות לכונן של המנוע כדי להכתיב את המרחק והמהירות. בדרך כלל, אות זה הוא פקודת צעד וכיוון. עם זאת, מדרגים עם לולאה פתוחה אינם יכולים לספק משוב למפעילים, ולכן הבקרה שלהם לא יכולה להעריך כראוי מצב ולבצע התאמות כדי לשפר את פעולת המנוע.

לדוגמה, אם המומנט של המנוע אינו מספיק כדי להתמודד עם העומס, המנוע יכול להיעצר או להחמיץ שלבים מסוימים. כאשר זה קורה, מיקום המטרה לא ייפגע. בהתחשב במאפייני הלולאה הפתוחה של מנוע הצעד, מיקום לא מדויק זה לא יועבר כראוי בחזרה לבקר כדי שיוכל לבצע התאמות.

נראה שלמנוע הסרוו יש יתרונות ברורים מבחינת יעילות וביצועים, אז למה שמישהו יבחר במנוע צעד? יש כמה סיבות. הנפוץ ביותר הוא המחיר; תקציבים תפעוליים הם שיקולים חשובים בקבלת כל החלטה עיצובית. ככל שהתקציבים מתכווצים, יש לקבל החלטות לקצץ בעלויות מיותרות. זה לא רק מתייחס לעלות המנוע עצמו, אלא תחזוקה שוטפת וחרום נוטה להיות זולה יותר עבור מנועי צעד, בניגוד לסרוו. לכן, אם היתרונות של מנוע סרוו לא יצדיקו את העלויות שלו, מנוע צעד סטנדרטי עשוי להספיק.

מנקודת מבט תפעולית בלבד, מנועי צעד קלים יותר לשימוש מאשר מנועי סרוו סטנדרטיים. הפעלת מנוע צעד היא הרבה יותר פשוטה להבנה וקלה יותר לתצורה. רוב העובדים יסכימו שאם אין סיבה לסבך את הפעולות יתר על המידה, שמור על דברים פשוטים.

היתרונות שמציעים שני סוגי המנועים השונים שונים מאוד. מנועי סרוו הם אידיאליים אם אתה צריך מנוע עם מהירויות מעל 3,000 סל"ד ומומנט גבוה. עם זאת, עבור יישום הדורש רק מהירויות של כמה מאות סל"ד או פחות, מנוע סרוו הוא לא תמיד הבחירה הטובה ביותר. מנועי סרוו עשויים להיות מוגזמים עבור יישומים במהירות נמוכה.

יישומים במהירות נמוכה הם המקום שבו מנועי צעד זוהרים כפתרון הטוב ביותר האפשרי. מנועי צעד הם לא רק ניתנים לשחזור כשמדובר בעצירה, אלא גם מתוכננים לפעול במהירות נמוכה תוך מתן מומנט גבוה. מעצם טבעו של עיצוב זה, ניתן לשלוט במנועי צעד ולהגיע עד לגבולות המהירות שלהם. מגבלת המהירות של מנועי צעד טיפוסיים היא בדרך כלל מתחת ל-1,000 סל"ד, בעוד למנועי סרוו יכולים להיות מהירויות מדורגות של עד 3,000 סל"ד ומעלה - לפעמים אפילו יותר מ-7,000 סל"ד.

אם הסטפר בגודל נכון, זה יכול להיות הבחירה המושלמת. עם זאת, כאשר מנוע צעד פועל על תצורת לולאה פתוחה ומשהו משתבש, ייתכן שהמפעילים לא יקבלו את כל הנתונים הדרושים להם כדי לפתור את הבעיה.

פתרון בעיית לולאה פתוחה

במהלך העשורים האחרונים, הוצעו כמה גישות שונות לפתור את הבעיות המסורתיות עם steppers בלולאה פתוחה. שיוך המנוע לחיישן בעת ​​הפעלה, או אפילו מספר פעמים במהלך יישום, הייתה שיטה אחת. למרות שזה פשוט, זה מאט את הפעולות ואינו לוכד בעיות המתעוררות במהלך תהליכי ההפעלה הרגילים.

הוספת משוב כדי לזהות אם המנוע נעצר או יוצא ממצבו היא גישה נוספת. מהנדסים בחברות בקרת תנועה יצרו תכונות של "זיהוי תחנות" ו"תחזוקת מיקום". היו אפילו כמה גישות שהולכות רחוק יותר שמתייחסות למנועי צעד כמו סרוו, או לפחות מחקות אותם עם אלגוריתמים מפוארים.

בספקטרום הגדול של המנועים - בין סרוו למנועי צעד בלולאה פתוחה - נמצאת טכנולוגיה חדשה במקצת המכונה מנוע צעד בלולאה סגורה. זוהי הדרך הטובה והמודעת ביותר לפתרון הבעיה של יישומים הדורשים דיוק מיקום ומהירויות נמוכות. על ידי יישום התקני משוב ברזולוציה גבוהה כדי לסגור את הלולאה, המהנדסים יכולים ליהנות מה"טוב משני העולמות".

מנועי צעד בלולאה סגורה מציעים את כל היתרונות של מנועי צעד: קלות שימוש, פשטות ויכולת לרוץ באופן עקבי במהירויות נמוכות עם עצירה מדויקת. בנוסף, הם עדיין מציעים את יכולות המשוב שעושים מנועי סרוו. למרבה המזל, זה לא חייב לבוא עם החיסרון הגדול ביותר של סרוו: תג המחיר הגדול יותר.

המפתח תמיד היה באופן שבו פועלים מנועי צעד עם לולאה פתוחה. בדרך כלל יש להם שני סלילים, לפעמים חמישה, עם פעולת איזון מגנטי שמתנהלת ביניהם. תנועה מפרה את האיזון הזה, וגורמת לציר המנוע ליפול מאחור חשמלית, אבל המפעיל לא יכול לדעת כמה רחוק הוא נופל. נקודת העצירה ניתנת לשחזור עבור מדרגים עם לולאה פתוחה אך לא עבור כל העומסים. הצבת מקודד על הסטפר והפיכתו ללולאה סגורה מספקת שליטה דינמית מסוימת. זה מאפשר למפעילים לעצור במקום מדויק תחת עומסים משתנים.

יתרונות אלו משימוש במנועי צעד בלולאה סגורה עבור יישומים מסוימים הגדילו בחדות את הפופולריות של מנועים אלו בקהילת בקרת התנועה. באופן ספציפי, בשניים מהתעשיות הבולטות יותר, יצרני מוליכים למחצה ומכשור רפואי, יש עלייה ברורה בשימוש במנועי צעד בלולאה סגורה. מהנדסים בתעשיות אלה חייבים לדעת בדיוק היכן מנועים ממקמים עומסים או מפעילים אם הם מפעילים רצועה או בורג כדורי. המשוב בלולאה סגורה בסטפרים הללו מאפשר להם לדעת בדיוק היכן הוא נמצא. צעדים אלה יכולים גם לספק ביצועים טובים יותר מאשר סרוו במהירויות נמוכות יותר.

באופן כללי, כל אפליקציה שזקוק לביצועים מובטחים בעלות נמוכה יותר מאשר מנוע סרוו, ויכולת לפעול במהירויות נמוכות יחסית היא מועמדת טובה למנועי צעד בלולאה סגורה.

זכור, מפעילים אכן צריכים להבטיח שהכונן או הבקרה תומכים במנועי צעד בלולאה סגורה. מבחינה היסטורית, אתה יכול להשיג סטפר עם מקודד בחלקו האחורי, אבל הכונן היה כונן סטפר סטנדרטי ולא תמך במקודדים. היה צורך להחזיר את המקודד לבקר ואימות המיקום היה צריך להיות מיושם בסוף מהלך נתון. זה לא נדרש עם כונני צעד חדשים בלולאה סגורה. כונני צעד בלולאה סגורה יכולים לטפל באופן דינמי ואוטומטי בקרת מיקום ומהירות מבלי לערב בקרים.