고객은 유지 관리 및 장비 크기 감소, 처리량 및 기계 설정 속도 향상을 요구합니다. 이러한 요구 사항을 충족하기 위해 장비 제조업체는 기계 구성 요소 대신 서보 제어 모션을 선택하고 있습니다.

모션 제어는 기계의 기능과 한계를 정의합니다. 따라서 처리량과 유연성을 최대화하고 유지 관리를 줄이려면 해당 기계 내에서 모션을 제어하는 ​​방법을 업그레이드해야 하는 경우가 많습니다. 기존 제어 설계 및 장치를 서보 제어로 전환하는 대부분의 이유는 다음 이점 중 하나 이상을 얻기 위해서입니다.

• 처리량을 늘립니다. 서보모터는 높은 가속률과 속도를 생성합니다.
• 정확성을 높입니다. 서보는 빠르게 움직이는 부품을 처리하는 데 필요한 높은 정확도를 제공할 수 있습니다.
• 유연성을 높입니다. 서보는 전통적인 기계 부품의 전자 버전을 제공합니다. 예를 들어, 전자 캠 프로필은 거의 즉시 변경될 수 있습니다. 프로그래밍 가능한 모션 프로파일은 다양한 제품 크기 및 구성에 맞게 조정될 수 있습니다. 전자 "기어" 비율은 다양한 기계 속도에 맞게 변경될 수 있습니다. 또한 전자 기어링을 사용하면 긴 샤프트, 기어 및 벨트가 필요하지 않으므로 응용 분야에 편리한 어느 곳에나 모터를 배치할 수 있습니다.

또한 하나의 전기 "라인 샤프트"는 거의 무제한의 축에 연결할 수 있습니다. 여러 구성을 갖춘 기계의 경우 이는 추가 모션 축에 추가 기계적 연결이 필요하지 않음을 의미합니다.

서보는 또한 사용 가능한 정보가 증가하기 때문에 유연성을 추가합니다. 예를 들어, 많은 서보 컨트롤러는 문제 해결에 도움이 되는 오류 및 오류 조건 기록을 저장합니다. 대부분의 서보 시스템은 성능 분석을 위해 오실로스코프 스타일 다이어그램을 표시할 수도 있습니다. • 유지 관리를 줄입니다. 서보는 기계의 기계 부품 수를 줄이는 데 도움이 됩니다. 전자 기어가 벨트를 대체합니다. 전자 캠은 마모에 영향을 받지 않습니다. 전자 리미트 스위치는 가끔 재조정하거나 교체할 필요가 없습니다.

서보에는 어느 정도의 연구와 경험이 필요합니다. 서보 제어를 처음 접하는 경우 첫 번째 시스템을 선택하고 적용하는 데 시간이 걸릴 것으로 예상하십시오. (서보 용어에 대한 참고 사항: 컨트롤러라는 단어는 여러 용도로 사용됩니다. 시스템 또는운동컨트롤러는 일반적으로 모션을 제어하는 ​​프로그램을 실행합니다. 그만큼모터컨트롤러는 하나를 제어모터. 혼동을 줄이기 위해 모터 컨트롤러를 드라이브라고 부르겠습니다.

애플리케이션 크기 및 선택

모터, 드라이브, 컨트롤러, 산업용 PC 또는 PLC 등 구성 요소의 수로 인해 서보 구성 요소를 선택하고 크기를 조정하는 것이 복잡해 보일 수 있습니다. 배경이 기계적인 것이라면 위협적일 수 있습니다. 다행스럽게도 구성요소 공급업체 및 제어 시스템 통합업체와 같은 기업은 이러한 구성요소를 함께 패키지화하고 애플리케이션 지원을 제공합니다. 직접 제작하든 패키지를 구매하든 기본 프로세스는 다음과 같습니다.

먼저 모터를 선택하세요.. 모터 모양을 선택하여 모터 선택을 시작하십시오. 큰 종횡비(긴 직경과 작은 직경)를 가진 모터가 가장 일반적입니다. 정사각형 또는 원형일 수 있으며 뛰어난 가치와 성능을 제공합니다. 디스크 모터(직경이 짧고 직경이 큼)는 좁은 장소에 적합하며 낮은 관성 로터로 인해 높은 가속도를 제공합니다. 이 두 모터는 모두 밀봉 버전과 비밀봉 버전으로 제공됩니다.

프레임리스 또는 일체형 모터는 기계에 통합하기 위해 회전자와 고정자를 분리합니다. 이 모터는 컴팩트한 설계를 가능하게 하며 정확도를 높이고 진동을 줄여 직접 구동 작동을 향상시킵니다.

표준 회전 모터 및 관련 구동 메커니즘을 대체하는 선형 모터는 직선 운동을 직접 생성합니다. 처리량과 정확도를 동시에 여러 배로 높일 수 있습니다.

모터 크기 조정. 모터 크기는 주로 토크(최대 및 연속)에 따라 결정됩니다. 모터 크기 조정은 어려울 수 있으며 개발 주기 후반까지 실수가 발견되지 않을 수도 있습니다. 그 시점에서는 모터 크기를 늘리기가 어려울 수 있으므로 계산에 여유를 포함하는 것이 좋습니다. 프로세스가 처음이라면 아마도 자동차 회사의 응용 엔지니어에게 의존해야 할 것입니다.

피드백을 선택하세요. 가장 일반적인 피드백 장치는 인코더와 리졸버입니다. 인코더는 펄스열을 생성하는 광학 장치입니다. 펄스 수는 각도 이동에 비례합니다. 특히 고해상도에서 높은 정확도를 제공합니다. 리졸버는 모터의 1회전 내에서 절대 위치를 감지하는 전기 기계 장치이며 견고함으로 알려져 있습니다. 귀하의 애플리케이션에 가장 적합한 것을 선택하십시오.

피드백 센서 유형을 선택한 후에는 해당 해상도를 선택해야 합니다. 일반적으로 1,000라인 인코더 또는 이에 상응하는 12비트 리졸버가 충분한 분해능을 제공합니다. 둘 다 회전당 약 4,000개의 서로 다른 위치를 생성하며 이는 약 0.1도 분해능에 해당합니다. 그러나 애플리케이션에 더 높은 해상도가 필요한 경우 센서를 적절하게 선택해야 합니다. 주의 사항: 해상도와 정확도를 구별하십시오. 많은 서보는 리졸버 피드백을 위해 선택 가능한 해상도를 제공합니다. 그러나 정확도(보통 10~40 arc-min 사이)에는 영향을 미치지 않을 수 있습니다.

드라이브를 선택하세요. 전원 공급 장치를 모듈식(별도)으로 원하는지 아니면 드라이브에 통합할지 고려하십시오. 동일한 제품군의 드라이브가 3개 이상 가까이 있으면 모듈형 전원 공급 장치가 잘 작동합니다. 축이 하나인 경우 일반적으로 통합 전원 공급 장치가 더 잘 맞습니다. 두 개의 축을 사용하면 두 솔루션 모두 거의 동일합니다.

드라이브를 포함할 계획이라면 드라이브 크기가 상당히 다양하며 장비의 전체 ​​크기에 영향을 미칠 수 있다는 점을 염두에 두십시오. 인클로저의 크기에 따라 다양한 냉각 옵션을 조사해야 할 수도 있습니다.

사인 정류와 6단계 비교

드라이브에서 모터까지의 전력 파형은 브러시리스 서보 모터의 경우 6단계와 사인파의 두 가지 방식으로 나타나는 경향이 있습니다. 사인파에서 드라이브에 의해 생성된 전류 파형은 사인파에 가까운 전류를 생성합니다. 이로 인해 토크가 더 부드러워지고 발열이 줄어듭니다. 6단계 방법은 간단한 전자 장치를 사용하여 6분할 구형파를 생성합니다. 6단은 비용은 저렴하지만 저속에서는 작동이 거칠다.

튜닝 유연성. 피드백 루프에서 게인을 선택하는 프로세스인 튜닝은 고성능과 안정적인 작동을 유지하는 데 필요합니다. 과거에는 튜닝이 과학이라기보다 예술에 가까웠습니다. 이제 최신 서보 드라이브는 기계 설계자를 지원하는 다양한 도구를 제공합니다. 드라이브가 기계 시스템을 자극하고 일련의 루프 이득을 생성하는 프로세스인 자동 튜닝(또는 자체 튜닝)은 거의 표준입니다. 대부분의 드라이브는 디지털 게인으로 설정되어 있으므로 납땜 인두나 냄비 트리머(소형 드라이버)가 필요하지 않습니다. 가끔 더 복잡한 방법이 필요할 수도 있지만 이를 사용 가능하게 하면 더 많은 옵션이 제공됩니다.

아날로그 드라이브는 가격이 저렴할 수 있지만 전위차계를 조정하거나 패시브 구성 요소를 변경하여 루프를 조정해야 할 수도 있습니다. 어떤 선택을 하든 튜닝은 학습 곡선의 일부이며 약간의 연구와 실험이 필요합니다.

드라이브 커뮤니케이션. 많은 드라이브는 아날로그 신호를 사용하여 속도 및 토크 명령을 전달합니다. 그러나 디지털 통신은 통신 배선을 줄이고 시스템의 유연성을 높이기 때문에 인기를 얻고 있습니다. 많은 드라이브는 DeviceNet, Profibus 및 Sercos라고 하는 모션 제어를 위한 새로운 네트워크와 같은 네트워크와 호환됩니다.

전압. 공장 현장에서는 110Vac 전력을 사용하기 어려울 수 있다는 점에 유의하십시오. 유럽에서는 460Vac가 인기가 있습니다. 230Vac 드라이브를 사용하는 경우 해외에서 사용하려면 기계에 변압기가 필요할 수 있습니다. 불행하게도 460Vac 드라이브는 가격이 비쌀 수 있습니다. 절충안은 전력 반도체를 사용하여 전압 레벨을 변환하는 범용 전원 공급 장치입니다. 모듈식 전원 공급 장치가 있는 시스템의 경우 하나의 범용 전원 공급 장치는 230~480Vac의 전압을 사용하여 여러 230Vac 축에 전원을 공급할 수 있습니다.

마지막으로 고려해야 할 점은 기계에 소수의 드라이브 제품군만 사용하면 예비 부품 목록이 단순화된다는 것입니다.

컨트롤러를 선택하세요

컨트롤러를 선택할 때 단일 축 또는 다중 축을 선택하십시오. 단일 축 컨트롤러는 모션 컨트롤러, 드라이브 및 전원 공급 장치를 하나의 패키지에 통합하는 경우가 많습니다. 1축 또는 2축 시스템에서 이러한 컨트롤러는 비용, 크기, 배선 및 시스템 복잡성을 줄일 수 있습니다.

다축 컨트롤러는 일반적으로 더 복잡한 시스템에 더 적합합니다. 첫째, 특히 축 수가 증가함에 따라 일반적으로 비용이 절감됩니다. 둘째, 하나의 프로그램으로 모든 동작을 제어할 수 있으므로 시스템 복잡성이 줄어듭니다. 또한 이러한 모션 컨트롤러는 일반적으로 모든 축을 다른 축에 연결할 수 있고 프로그램 실행 중에 해당 링크를 수정할 수 있으므로 동기화에 더 큰 유연성을 제공합니다.

컨트롤러를 선택한 후에는 "박스" 또는 "보드" 구성을 선택해야 합니다. 박스 구성은 독립형 작동이 가능한 밀폐형 컨트롤러입니다. 보드 컨트롤러는 산업용 컴퓨터에 연결됩니다. 기계에 이미 산업용 컴퓨터가 있는 경우 호환 가능한 보드를 사용하면 비용을 절감하고 제어 장치와 기계의 통합을 향상할 수 있습니다. 산업용 컴퓨터를 사용할 계획이 없다면 일반적으로 박스 기반 컨트롤러를 추가하는 것이 더 쉽습니다.

기능 세트 평가

마지막으로 컨트롤러 기능을 평가합니다. 지금까지 설명한 기능인 기어링, 캐밍, 고속 등록 및 프로그래밍 가능한 리미트 스위치를 고려하십시오. 대부분의 컨트롤러는 이러한 기능을 어떤 형태로든 제공하지만 구체적인 내용은 애플리케이션의 요구 사항과 비교되어야 합니다. 작동 중에 기어비를 변경해야 합니까? 즉시 캠 프로필을 수정해야 합니까? 어떤 등록 정확도가 필요합니까? 작동 중에 속도나 목표 위치를 변경해야 합니까? 컨트롤러가 이 애플리케이션에 충분한 축을 지원합니까? 향후 버전의 기계에 적합합니까?

비용 처리

서보 구성 요소의 비용은 대체하는 기계 구성 요소의 비용보다 높은 경우가 많습니다. 그러나 몇 가지 중요한 요소가 이러한 높은 비용을 완화합니다. 예를 들어, 복잡한 기계 장치를 제거하면 총 비용과 기계 크기가 줄어들어 시스템의 가치가 높아질 수 있습니다. 서보 컨트롤러는 PLC를 대체하는 경우가 많습니다. 이 경우 서보로 전환하는 데 드는 전체 비용을 상쇄할 수 있습니다. 유연성이 추가되면 기계 모델 수나 기계 라인을 생산하는 데 필요한 프로세스가 줄어들어 제조 비용이 절감될 수 있습니다.

일반적인 고려 사항

모션 기능 외에도 물어볼 다른 질문이 있습니다. 언어가 귀하의 프로세스를 지원할 수 있습니까? 너무 복잡해서 배우는 데 과도한 시간을 소비해야 합니까? 멀티태스킹을 지원하는 제품인가요? 다양한 프로세스에 대해 다양한 프로그램을 작성할 수 있는 기술인 멀티태스킹은 복잡한 기계의 프로그래밍을 단순화합니다.

특히 전자 모션 제어를 처음 사용하는 경우 이러한 모든 질문에 대답하기 어려울 수 있습니다. 컨트롤러를 제공하는 대부분의 회사는 컨트롤러를 잘 지원합니다. 선택 과정에서 많은 질문을 하십시오. 제품을 평가하는 데 도움이 될 뿐만 아니라 지원도 평가하는 데 도움이 됩니다. 마지막으로 회사의 개발 활동의 미래를 고려하십시오. 현재와 ​​향후 몇 년 동안 제품과 지원을 제공할 수 있는 공급업체를 선택하세요.