Εισαγωγή
Ο αυτοματισμός είναι ένας τομέας με κύρια εστίαση σε βιομηχανικές εφαρμογές, όπου οι σερβοκινητήρες διαδραματίζουν κεντρικό ρόλο-που συνήθως χρησιμεύουν ως κινητήρια στοιχεία σε συστήματα που απαιτούν ακριβή έλεγχο της ταχύτητας ή της θέσης. Οι σχεδιαστές αυτοματοποιημένου εξοπλισμού αντιμετωπίζουν συχνά την πρόκληση της επιλογής του κατάλληλου κινητήρα. Δεδομένης της πληθώρας μοντέλων και παραμέτρων που προσφέρουν οι προμηθευτές, η διαδικασία επιλογής μπορεί να προκαλέσει σύγχυση στους νεοφερμένους. Αυτό το άρθρο μοιράζεται πρακτικές ιδέες που προέρχονται από την επαγγελματική εμπειρία του συγγραφέα για να βοηθήσει τους αναγνώστες να πλοηγηθούν σε αυτήν τη διαδικασία.
Σενάρια εφαρμογής
Οι κινητήρες που χρησιμοποιούνται στα συστήματα ελέγχου αυτοματισμού περιλαμβάνουν σερβοκινητήρες, βηματικούς κινητήρες και κινητήρες μεταβλητής-συχνότητας (inverter-με κίνηση). Οι σερβοκινητήρες επιλέγονται συνήθως όταν ένα συγκεκριμένο εξάρτημα απαιτεί σχετικά υψηλό βαθμό ακρίβειας όσον αφορά τον έλεγχο ταχύτητας ή θέσης.
Τα συστήματα μεταβλητής-μετακίνησης συχνότητας (VFD) ελέγχουν την ταχύτητα του κινητήρα αλλάζοντας τη συχνότητα εισόδου. Αυτή η μέθοδος χρησιμοποιείται γενικά μόνο για λόγους ρύθμισης της ταχύτητας.
Μια σύγκριση μεταξύ σερβοκινητήρων και βηματικών κινητήρων αποκαλύπτει τις ακόλουθες διακρίσεις:
α) Οι σερβοκινητήρες χρησιμοποιούν συστήματα ελέγχου κλειστού-βρόχου, ενώ οι βηματικοί κινητήρες λειτουργούν συνήθως σε λειτουργία ανοιχτού-βρόχου.
β) Οι σερβοκινητήρες χρησιμοποιούν περιστροφικούς κωδικοποιητές για τη μέτρηση της θέσης με υψηλή ακρίβεια, ενώ οι βηματικοί κινητήρες βασίζονται σε διακριτές γωνίες βημάτων. Σε τυπικές προσφορές προϊόντων, η ακρίβεια θέσης ενός σερβοκινητήρα μπορεί να είναι τάξεις μεγέθους υψηλότερη από αυτή ενός βηματικού κινητήρα.
γ) Οι διεπαφές ελέγχου και για τους δύο τύπους κινητήρων μπορεί να είναι παρόμοιες (π.χ. με χρήση σημάτων παλμού και κατεύθυνσης).
Τροφοδοτικό
Οι σερβοκινητήρες ταξινομούνται είτε σε σερβοκινητήρες AC είτε σε σερβοκινητήρες συνεχούς ρεύματος, ανάλογα με την πηγή ισχύος τους. Η διαδικασία επιλογής είναι συνήθως απλή: δεδομένου ότι ο τυπικός αυτοματοποιημένος εξοπλισμός τροφοδοτείται συνήθως από βιομηχανική παροχή 380 V ή τροφοδοτικό 220 V, θα πρέπει να επιλέξετε έναν σερβοκινητήρα που είναι άμεσα συμβατός με τη διαθέσιμη πηγή ενέργειας για να αποφευχθεί η ανάγκη μετατροπής ισχύος. Τα κινητά συστήματα-όπως οι πλατφόρμες μεταφοράς σε αυτοματοποιημένες αποθήκες-συχνά χρησιμοποιούν ενσωματωμένη ισχύ συνεχούς ρεύματος και, κατά συνέπεια, συνήθως χρησιμοποιούν σερβοκινητήρες συνεχούς ρεύματος.
Κρατώντας φρένα
Κατά το σχεδιασμό ενός μηχανισμού, είναι σημαντικό να λάβετε υπόψη εάν-και υπό ποιες συνθήκες (π.χ. κατά τη διάρκεια διακοπής ρεύματος ή διακοπής λειτουργίας του συστήματος)-το φορτίο μπορεί να περιστραφεί ή να κατέβει λόγω της βαρύτητας. Εάν υπάρχει πιθανότητα τέτοιας περιστροφής ή κίνησης, θα πρέπει να επιλέξετε έναν σερβοκινητήρα εξοπλισμένο με φρένο συγκράτησης.
Υπολογισμοί μεγεθών
Με βάση τις προηγουμένως καθορισμένες διαστάσεις, καθορίστε τις απαιτήσεις για τη θέση εκτέλεσης και την ταχύτητα και, στη συνέχεια, επιλέξτε τον μηχανισμό μετάδοσης. Σε αυτό το στάδιο, μπορείτε να επιλέξετε το κατάλληλο σερβο σύστημα και κιβώτιο ταχυτήτων.
Οι βασικές παράμετροι που πρέπει να ληφθούν υπόψη κατά τη διαδικασία ταξινόμησης μεγέθους περιλαμβάνουν:
Δύναμη και Ταχύτητα
Υπολογίστε την απαιτούμενη ισχύ και ταχύτητα κινητήρα με βάση τον τύπο του μηχανισμού και τις απαιτήσεις ταχύτητας του φορτίου. Συνήθως, μπορείτε επίσης να επιλέξετε μια αναλογία κιβωτίου ταχυτήτων για να ταιριάζει με τα χαρακτηριστικά ταχύτητας του επιλεγμένου κινητήρα.
Στην πράξη, για οριζόντια κίνηση, ο συντελεστής τριβής και τα αεροδυναμικά φορτία που δρουν στον μηχανισμό μετάδοσης είναι συχνά αβέβαια. Επομένως, ο τύπος P=T * N / 9549 δεν μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τον προσδιορισμό της απαιτούμενης ροπής με απόλυτη ακρίβεια. Στην πραγματικότητα, η μέγιστη ισχύς που απαιτείται από τον σερβοκινητήρα εμφανίζεται συχνά κατά τις φάσεις επιτάχυνσης και επιβράδυνσης. Η χρήση του τύπου T=F * R=m * a * R επιτρέπει μια λογική εκτίμηση της απαιτούμενης ροπής κινητήρα και της αναλογίας του κιβωτίου ταχυτήτων, όπου το *m* αντιπροσωπεύει τη μάζα φορτίου, το *a* την επιτάχυνση του φορτίου και το *R* την ακτίνα περιστροφής του φορτίου.
Πρόσθετες εκτιμήσεις περιλαμβάνουν:
α) Περιθώριο ισχύος κινητήρα.
β) Απόδοση μηχανισμού μετάδοσης.
γ) Εάν οι τιμές ροπής εισόδου και εξόδου του κιβωτίου ταχυτήτων πληρούν τις απαιτήσεις με επαρκή συντελεστή ασφαλείας.
δ) Πιθανές μελλοντικές απαιτήσεις για αυξημένη ταχύτητα.
Σε ορισμένες παραδοσιακές βιομηχανίες-όπως η κατασκευή γερανών, όπου οι απαιτήσεις επιτάχυνσης δεν είναι ιδιαίτερα αυστηρές-οι σχεδιαστές συχνά χρησιμοποιούν εμπειρικούς τύπους για σκοπούς ταξινόμησης μεγέθους.
Σημείωση: Για φορτία που περιλαμβάνουν κατακόρυφη κίνηση, η επιτάχυνση λόγω βαρύτητας πρέπει να περιλαμβάνεται στους υπολογισμούς.
Αντιστοίχιση αδράνειας
Για να επιτευχθεί έλεγχος υψηλής ακρίβειας ενός φορτίου, είναι απαραίτητο να εξετάσετε εάν η αδράνεια του κινητήρα ταιριάζει κατάλληλα με την αδράνεια του συστήματος.
Δεν υπάρχει ενιαία οριστική εξήγηση διαθέσιμη στο διαδίκτυο σχετικά με το γιατί ακριβώς είναι απαραίτητη η αντιστοίχιση αδράνειας. Ένας κοινός πρακτικός κανόνας είναι να διασφαλίζετε ότι ο λόγος της ανακλώμενης αδράνειας του συστήματος (στον άξονα του κινητήρα) προς την αδράνεια του ίδιου του κινητήρα δεν υπερβαίνει το 10:1 (αν και αυτό το συγκεκριμένο όριο μπορεί να διαφέρει ανάλογα με τον κατασκευαστή-π.χ. Siemens). Μια χαμηλότερη αναλογία γενικά οδηγεί σε μεγαλύτερη σταθερότητα ελέγχου, αλλά απαιτεί μεγαλύτερο κινητήρα, μειώνοντας έτσι την αποτελεσματικότητα του κόστους-. Για λεπτομερείς μεθοδολογίες υπολογισμού, συμβουλευτείτε θεωρητικούς πόρους πανεπιστημιακού- επιπέδου για μηχανικούς μηχανισμούς.
Απαιτήσεις Ακρίβειας
Αφού υπολογίσετε τη σχέση μείωσης του κιβωτίου ταχυτήτων και τον μηχανισμό μετάδοσης, βεβαιωθείτε ότι η ακρίβεια ελέγχου του κινητήρα πληροί τις ειδικές απαιτήσεις του φορτίου. Φροντίστε να λάβετε υπόψη την αντίστροφη κίνηση (κενό) μέσα στο κιβώτιο ταχυτήτων, καθώς και τυχόν τζόγος ή χαλάρωση που υπάρχει στα εξαρτήματα του κιβωτίου ταχυτήτων.
Έλεγχος συμβατότητας
Συντονιστείτε με τον ηλεκτρολόγο μηχανικό σχεδιασμού σχετικά με τη συμβατότητα των διεπαφών ελέγχου-συγκεκριμένα, εάν η μέθοδος επικοινωνίας του σερβοελεγκτή ταιριάζει με εκείνη του PLC και τον τύπο του κωδικοποιητή και εάν τα δεδομένα του κωδικοποιητή πρέπει να εκτεθούν.