انتخاب یک سیستم سروو موتور برای طراحی ماشین با درک اجزای تشکیل دهنده سروو موتور یا سیستم سروو درایو آغاز می شود. سیستم های سروو سیستم های حلقه بسته ای هستند که برای کنترل برخی حرکات مورد نظر استفاده می شوند. آنها شامل یک دستگاه بازخورد هستند که اطلاعات ثابتی را بین موتور و راننده ارائه می دهد تا موقعیت، سرعت و گشتاور مکانیزم در حال حرکت را دقیقاً کنترل کند.
درایور سروو موتور DDR QXR با کارایی بالا
به طور معمول، طراحی های سروو سیستم های بسیار پویا هستند که شامل راندن بار برای شتاب و کاهش سریع می باشند. آنها در چهار ربع عمل می کنند، به این معنی که می توانند گشتاور و سرعت، مثبت و منفی را کنترل کنند.
انتخاب سروو محور نیاز به یک راه حل سیستماتیک دارد. به عبارت دیگر، یک رویکرد کل نگر که پارامترهای مکانیکی، الکتریکی و برنامه ریزی کلی را در نظر می گیرد. این سیستم شامل تعیین بارهای مکانیکی، منحنیهای حرکت (شامل الزامات موقعیتیابی)، ویژگیهای سروو موتور و محیطی است که موتور و سایر اجزا در آن قرار دارند. به ویژه، زمانی که موتور با سرعت تقریباً ثابتی کار می کند، بر محصولات نهایی، مواد و/یا خود فرآیند تأثیر می گذارد.
پارامترهای بار مکانیکی و منحنی حرکت
بیایید با درک بار مکانیکی و الزامات حرکت شروع کنیم. فیزیک پایه نیوتنی ادعا می کند که نیرو (یا گشتاور در جهت چرخش) متناسب با جرم (اینرسی چرخشی) ضربدر شتاب است، صرف نظر از مثبت یا منفی بودن شتاب. در زمینه طراحی حرکت، ماشین سازی کیفیت خاص خود را دارد و کیفیت باری که تحمل می کند.
بنابراین، تعیین قطعات مکانیکی - به ویژه کیفیت حرکت و منحنی حرکت مورد نظر مهم است. روشهای تبدیل حرکت چرخشی به حرکت خطی بسیار متفاوت است و تحت تأثیر عواملی مانند دقت، بار، دینامیک حرکت و محیط قرار میگیرد.
هنگامی که مکانیسم مورد استفاده درک شد، درک دینامیک حرکت برای تعیین بهترین راه حل سروموتور مهم است. منحنی حرکت نه تنها حرکت از یک نقطه به نقطه دیگر را در بر می گیرد، بلکه شامل توابعی است که ممکن است در آن حرکت استفاده شود، مانند رانش مرتبط با ماشینکاری قطعات. شتاب، یکنواخت و کاهش سرعت، و همچنین زمان اقامت و مکث، همه در منحنی حرکت کلی سیستم گنجانده شده است. حرکات نمایه سازی ممکن است حرکت مثلثی ساده، ذوزنقه متغیر یا 1/3-1/3-1/3 (کارآمدترین حرکت مرتبط با گشتاور RMS) باشد.
ابزار انتخاب و انتخاب سیستم سروو
بسیاری از فروشندگان ابزارهای انتخاب و انتخاب را برای کمک به کاربران در ساخت پروفایل های حرکتی بر اساس الزامات حرکت برنامه های خود ارائه می دهند. اکثر ابزارهای نرم افزاری، مانند پلتفرم Motioneering Kollmorgen، انواع توصیفات حرکتی را ارائه می دهند تا به شما در محاسبه شتاب، زمان حرکت، مسافت، سرعت و زمان اقامت کمک کنند. شکل 1 منحنی پایه 1/3-1/3-1/3 را نشان میدهد، با شتاب 50 درصدی برای هموارسازی شتاب. در این مثال، ما انتخاب کردیم که 8 اینچ در 1 ثانیه حرکت کنیم و از شتاب 50 درصد و زمان ماندگاری 2 ثانیه استفاده کنیم. این سیستم حرکت را بر حسب 1/3 زمان شتاب، 1/3 سرعت ثابت و 1/3 کاهش سرعت محاسبه می کند. حداکثر سرعت محاسبه شده توسط ابزار 720 اینچ در دقیقه است. شما می توانید طرح منحنی "S" (بر اساس شتاب 50 درصد) را ببینید. علاوه بر این، برای این حرکت، مشاهده می شود که یک بار رانش (خط قرمز) به قسمت عرضی حرکت اعمال می شود -- این منحنی حرکت احتمالاً در حال ماشینکاری است. زمان ماندن نیز می تواند 3 ثانیه باشد. بخش ساکن مهم است زیرا تمام پارامترهای مرتبط با این منحنی برای محاسبه گشتاور RMS مورد استفاده قرار می گیرد، که معیاری است که ما برای انتخاب موتور صحیح استفاده می کنیم. علاوه بر منحنی های حرکت، درک نیازهای موقعیت یابی واقعی بارها از نظر وضوح، دقت و تکرارپذیری نیز مهم است. این امر مستقیماً تحت تأثیر انتخاب دستگاه های بازخورد و (به طور قابل توجهی) حرکت خالی اتصالات مکانیکی به شکل فاصله و انعطاف پذیری خواهد بود.
مگر اینکه طرح بتواند از راه حل موتور محرک مستقیم استفاده کند، شامل نوعی انتقال مکانیکی خواهد بود. انتقال توان خطی دوار (تبدیل خروجی یک موتور دوار به حرکت محور) میتواند توسط درایو قرقره یا مکانیسمهای مبتنی بر پیچ مانند پیچهای توپی انجام شود. درایو چرخشی شامل یک جعبه دنده یا مجموعه محرک تسمه است تا از قرقره هایی با اندازه های مختلف به عنوان کندکننده استفاده شود. در برخی از کاربردها، قطعات در حال جابجایی به طور قابل توجهی به کل جرم حرکت کمک می کنند. یک مورد خاص جرم یک شفت ماشین است که باید برای تغییر -- حرکت کند، مانند توزیع یا پردازش یک سیستم روباتیک. تغییر بار کلی ممکن است عاملی در تنظیم سروو درایو باشد.
قطعات در حال حرکت باید اینرسی خود را جمع کرده و آن را به محور موتور منعکس کنند. علاوه بر اینرسی، نیروهای خارجی، اصطکاک و ناکارآمدی باید در نظر گرفته شود.
ملاحظات زیست محیطی در طراحی سرو
هنوز تموم نشده. هنگام تعیین طراحی سروو، تنها مکانیسمهای موجود خاصی میتوانند حرکت، ظرفیت حمل و دقت مورد نیاز را از لحاظ اقتصادی و کارآمد فراهم کنند. یکی از ملاحظاتی که اغلب نادیده گرفته می شود، محیطی است که سیستم سروو در آن کار می کند. اکثر سروموتورها در دمای 40 درجه سانتیگراد کار می کنند - یک محیط بسیار گرم، اما در بسیاری از تنظیمات کارخانه و صنعتی معمول است.
مقاومت حرارتی وسایل الکترونیکی رانندگی خیلی زیاد نیست، و از آنجایی که آنها نیز در دمای 40 درجه سانتیگراد رتبه بندی می شوند، مدیریت دمای محیطی که در آن کار می کنند یک چالش است. معمولاً برای حفظ شرایط محیطی مناسب (دما و رطوبت) به خنک کاری اجباری در کابین کنترل نیاز است. بنابراین باید محل قرارگیری موتور و درایور در نظر گرفته شود. البته، موتور را می توان مستقیماً در دستگاه نصب یا ادغام کرد تا مکانیزم حمل بار را به حرکت درآورد. در مقابل، درایو در یک راه حل متمرکز در یک کابینت کنترل قرار دارد -- معمولاً باید خنک شود.
سازندگان عملکرد جزئی موتور را با توجه به شرایط محیطی که موتور تحت آن کار می کند تعریف می کنند. همانطور که در بالا ذکر شد، بسیاری از طراحان فرض می کنند که موتور برای دمای محیط 40 درجه سانتیگراد درجه بندی شده است، اما گاهی اوقات مشخصات موتور 25 درجه سانتیگراد ارائه می شود. بنابراین هنگام بررسی مشخصات باید به مقادیر مرجع منتشر شده توجه شود. اگر دمای محیط ماشین از دمای نامی محیط بیشتر شود، موتور به توان نامی نمی رسد.
سایر شرایط محیطی ممکن است بر رنگ موتور و مهر و موم و سایر اجزای مکانیکی تأثیر بگذارد. گرد و غبار، کثیفی، رطوبت، شستشوی اسپری، الزامات بهداشتی، محیط های انفجاری، محیط های خلاء و تشعشع همگی به سروموتور ویژه ای با ویژگی های فیزیکی متناسب با محیط سخت فعلی نیاز دارند.
فرایند انتخاب
در تعیین ترکیب موتور/سیستم محرک مورد نیاز، بخش بزرگی از تلاش اولیه انتخاب مکانیکی و محیطی است. حال، زمانی که کاربر محصول نهایی را انتخاب می کند، اجزای سیستم باقی مانده ای که سیستم شامل آن می شود باید در نظر گرفته شود. عوامل مکانیکی و محیطی همچنان بر عناصر بازخورد، سیم کشی و انتخاب نهایی معماری کنترل تأثیر خواهند گذاشت.
ملاحظات بازخورد و ویژگی های سروو موتور
طبق تعریف، سیستم های سروو دارای دستگاه های بازخوردی هستند که سرعت، موقعیت و سایر پارامترهای سیستم را در حین کار اندازه گیری می کنند. ممکن است تولیدکنندگان گزینه های محدودی داشته باشند، اما مهم است که پارامترهای کاربردی خاص، از جمله بار ضربه و دقت موقعیت و همچنین تکرارپذیری را به دقت در نظر بگیرید. ترانسفورماتورهای دوار اغلب در محیط های خشن، به ویژه برای بارهای ضربه ای بالاتر، عملکرد عالی دارند. ترانسفورماتور دوار یک ترانسفورماتور دوار است که از یک سیم پیچ سیم پیچ با قطعات استاتور و روتور در اطراف هسته تشکیل شده است. این ساختار امکان عملکرد دمای بالاتر و تحمل بیشتر در برابر بارهای ضربه ای بالا را نسبت به رمزگذارهایی که ممکن است حاوی عناصر دیسک شیشه ای باشند، می دهد.
رمزگذارهای سینوسی می توانند وضوح بالایی را، حداکثر تا 24 بیت و بالاتر، برای دقت موقعیت یابی بهینه ارائه دهند. برخی از رمزگذارهای هیبریدی می توانند استحکام یک ترانسفورماتور دوار را با وضوح بهتر فراهم کنند. این رمزگذارهای هوشمند مبتنی بر ترانسفورماتورهای دوار با قطعات الکترونیکی هستند که سیگنالهای سینوسی و کسینوس را تفسیر میکنند و آنها را به سیگنال دیجیتال با وضوح بالا تبدیل میکنند که برای استفاده در بازخورد سرعت و موقعیت به درایور سروو ارسال میشود.
در حال حاضر، جدیدترین انکودرها انواع پروتکل های ارتباطی (EnDAT، BiSS و DSL) را ارائه می دهند و قابلیت وضوح بالا و نویز کم را برای کمک به دستیابی به سیگنال های بازخورد بهینه به درایورها و کنترلرهای سروو ارائه می دهند.
انتخاب بازخورد دیگری که به الزامات برنامه بستگی دارد این است که آیا بازخورد مطلق می خواهید یا افزایشی. در یک سیستم چرخشی، زمانی که یک چرخش 360 درجه را با استفاده از یک چرخش تجهیزات کامل کردید، می توانید از 0 بشمارید. رمزگذار مطلق چند دور به سیستم امکان می دهد موقعیت خود را بداند، نه تنها موقعیت موتور در یک چرخش 360 درجه، بلکه همچنین تعداد چرخش هایی که در هر جهت انجام داده است. بنابراین دقیقاً می داند کجاست. دانستن این موضوع و اینکه ابزارها و سایر محورها در کجا قرار دارند بسیار مهم است. از سوی دیگر، رمزگذارهای افزایشی ساده، می توانند موقعیت را در یک چرخش مشخص کنند، اما تنها پس از یافتن صفر در چرخه روشن کردن. در نتیجه، کاربر نمی داند که چند چرخه کامل شده است یا حتی موقعیت مطلق
در حالت چرخش 360 درجه هنگام روشن شدن.
علاوه بر سروو موتور و خود سروو درایور، ارتباط واقعی بین این دو نیز مهم است. انعطافپذیری کابل (که با شعاع خمش مجاز آن تعریف میشود) یکی از ملاحظات اصلی است، به خصوص زمانی که کابل با محور حرکت میکند.
طول کابل ممکن است با توجه به نوع رمزگذار مورد نظر محدود شود. پارامترهای کابل مانند امپدانس و افت ولتاژ، همراه با قدرت سیگنال رمزگذار، عوامل کلیدی در بررسی طول هستند. برخی از دستگاه های جدیدتر ارائه شده در بازار اطلاعات سریال (مانند DSL، EnDat و BiSS) را با نرخ انتقال بسیار بالا به درایورها منتقل می کنند که تحت تأثیر طول، به ویژه امپدانس و نسبت سیگنال به نویز قرار می گیرد. حتی کانکتور در حلقه "بازخورد" نقش دارد، زیرا کانکتور نیاز به پردازش سیگنال های مختلف تولید شده از این دستگاه ها دارد. یکی دیگر از فاکتورهای طول کابل مربوط به قدرت موتور مربوط به فرکانس های سوئیچینگ بالا در درایورهای PWM امروزی است. در سیم برق موتور صدا وجود دارد. زمانی که کابل بلندتر شد و به نصف طول موج فرکانس کابل نزدیک شد، یک آنتن تشکیل می شود. آنتن اطلاعاتی را ارسال یا دریافت می کند (در این مورد نویز ایجاد می کند) که نباید در یک سیستم با کارایی بالا وجود داشته باشد.
آخرین پارامتر: کنترل حرکت و شبکه -- متمرکز در مقابل غیرمتمرکز
آخرین ملاحظه ای که می تواند باعث تکرار فرآیند کلی طراحی (و تغییر سایر اجزای مشخص شده طراحی شود) معماری سیستم است. مهندس باید بپرسد: آیا باید بر روی یک سیستم کنترل متمرکز با درایورها، کنترلکنندهها و لوازم الکترونیکی پشتیبان بستهبندی شده در یک کابینت متمرکز تمرکز کنم یا اینکه توزیع درایورها در سراسر دستگاه سودآورتر و مقرون به صرفهتر است (رویکرد سیستمهای توزیعشده)؟ ماشینی با محورهای متعدد، که ممکن است در سراسر دستگاه پراکنده باشند، کاندیدای ایده آل برای یک راه حل توزیع شده است. این روش می تواند نیاز کابل را به میزان قابل توجهی کاهش دهد و در هزینه های مربوط به سیم کشی کابل های بلند و شکاف های کابل و ساپورت هایی که با این کابل ها استفاده می شود، صرفه جویی کند. علاوه بر این، خارج کردن راننده از دستگاه، اندازه کابینت مورد نیاز برای قرار دادن کنترل و پشتیبانی از اجزای الکترونیکی را کاهش میدهد و دوباره هزینهها و نیازهای خنککننده داخل کابینت را کاهش میدهد. از سوی دیگر، ماشینهایی که جمع و جور هستند و محورهای کمتری دارند، از سنتی بهرهای نخواهند برد
رویکرد متمرکز
نتیجه
هنگام انتخاب یک سیستم سروو برای یک برنامه باید موارد زیادی را در نظر گرفت که بسیاری از آنها در این مقاله توضیح داده شده است. انتخاب دیگری که بر انتخاب اجزا تأثیر می گذارد، سیستم را کنترل می کند. نوع کنترل معمولاً در مراحل اولیه در بحث های طراحی ماشین مشخص می شود و به عوامل مختلفی بستگی دارد، در حالی که انتخاب کنترل معمولاً در انتخاب استانداردهای ارتباط فیلدباس قفل می کند.