استپرها و سرووها را می توان با محرک های Bimba OLE استفاده کرد. آنها بهترین فناوری موتور برای کنترل موقعیت هستند. انتخاب اینکه کدام یک از آنها استفاده شود به سرعت، گشتاور، قیمت و اغلب زمان تحویل بستگی دارد. بحث زیر تفاوت های این دو فناوری را توضیح می دهد.
طراحی موتور پله ای
به موتورهای پله ای «موتورهای دیجیتال» می گویند زیرا مانند عقربه های ساعت به صورت پله ای حرکت می کنند. هنگامی که اولین سیم پیچ روشن می شود، دندانه های روتور با دندانه های اولین سیم پیچی استاتور تراز می شوند و در موقعیت خود قرار می گیرند. هنگامی که سیم پیچ دوم انرژی می گیرد، دندانه های روتور کمی حرکت می کنند و با سیم پیچ دوم استاتور هماهنگ می شوند و موقعیت را نگه می دارند. حرکت کل در این مثال یک مرحله کامل است.
معمولاً 200 گام در هر دور در 1.8 درجه در هر مرحله وجود دارد. توسعه کنترلکنندههای الکترونیکی استپر موتور، موتورهای پلهای را ممکن کرده است. دستگاه های الکترونیکی باید سیم پیچ ها را در زمان مناسب با ولتاژ و جریان مناسب، در فاز مناسب و با ترتیب مناسب تغذیه کنند. کنترلکنندهها به گونهای تکامل یافتهاند که میتوانند موتورهای پلهای را با حداکثر 20،{4}} گام در هر دور حرکت دهند و حرکتی 100 برابر ظریفتر (0.018 درجه در هر مرحله) ارائه دهند.
اجزای سیستم استپر موتور
به منظور درک عملکرد موتورهای پله ای، درک اجزای یک سیستم مبتنی بر استپر موتور مفید است.
موتور و محرک:موتور و محرک را با هم معادل یک بازو در نظر بگیرید. بدون برق حرکت نخواهد کرد.
- خروجی: رانش و سرعت بار متحرک.
- ورودی: برق از درایور استپر.
محرک:دستگاهی که عضله را برای حرکت بازو فراهم می کند، محرک نامیده می شود.
- خروجی: سیمپیچهای موتور به مقدار صحیح و به ترتیب صحیح نیرو میدهند تا «بازوی» محرک را در جهت مورد نظر حرکت دهند. عملگرها به یک منبع تغذیه مانند منبع تغذیه DC نیاز دارند. ولتاژ خروجی منبع تغذیه DC مستقیماً از طریق محرک به سیم پیچ های موتور منتقل می شود. جریان و ولتاژ در سیم پیچ های موتور متناسب با گشتاور خروجی موتور و بنابراین متناسب با خروجی رانش محرک است. به طور کلی، هر چه ولتاژ و جریان بیشتر باشد، رانش بیشتر است. بالاتر از یک نقطه خاص، افزایش جریان فقط دمای سیم پیچ موتور را افزایش می دهد، نه گشتاور خروجی.
- INPUT: پالس های پله ای و دستورات جهت را از کنترلر می پذیرد. هر پالس پلهای الکترونیکی نحوه برقدهی سیمپیچهای موتور را تغییر میدهد، که به نوبه خود باعث میشود موتور یک پله بچرخد که محرک را حرکت میدهد.
کنترل کننده:کنترل کننده را مغزی در نظر بگیرید که عضلات را هدایت می کند.
- خروجی ها: پالس های پله و جهت به درایو ارائه می شود. خروجیهای مختلفی نیز برای PLC ارائه میشود، از جمله ارتباطات از طریق اتوبوس (RS232، RS485، IP Ethernet، Profibus و غیره)، سیگنالهای درجا، آلارمها و خروجیهای خطا.
- ورودی ها: مدیریت هوشمند و سیستماتیک ورودی ها از منابع مختلف.
سوئیچ های مغناطیسی
سنسورها در جاهای دیگر دستگاه
خروجی های کنترل کننده قابل برنامه ریزی
ارتباطات اتوبوس از PLC ها
سیگنال های رمزگذار از موتورها
رمزگذار:رمزگذار "چشم" سیستم است. به کنترلر می گوید که آیا دستوراتش اجرا شده است یا خیر. کنترل کننده پالس های پله ای را که به درایو ارسال می کند با پالس هایی که از رمزگذار دریافت می کند مقایسه می کند. اگر پالس هایی که ارسال می کند با پالس هایی که دریافت می کند برابر باشد، کنترل کننده می داند که فرمانش اجرا شده است. اگر آنها مساوی نباشند، کنترل کننده موتور را تا زمانی تنظیم می کند که تعداد پالس های رمزگذار صحیح را دریافت کند.
برای سهولت بحث، نمودار بلوک سیستم به راحتی تمام اجزای عملکردی را جدا می کند. برای سازندگان معمول است که عملکردها را با هم ترکیب کنند. به عنوان مثال، کنترلرها اغلب دارای درایوهای داخلی و برخی دارای منابع تغذیه داخلی هستند. برخی از موتورها دارای رمزگذار داخلی و برخی دارای درایوها و کنترلرهای داخلی هستند. برخی از PLC ها دارای کنترلرهای داخلی هستند.
عملکرد موتور پله ای
موتورهای پله ای یک مزیت ذاتی دارند:
- موتورهای پله ای کم هزینه ترین فناوری موتور کنترل موقعیت هستند.
- موتورهای پله ای را می توان در حلقه باز بدون نیاز به رمزگذار استفاده کرد.
- موتورهای پله ای گشتاور بسیار بالایی در سرعت های پایین ارائه می دهند.
- اندازه های قاب NEMA با نصب استاندارد و قطر شفت در دسترس هستند.
موتورهای پله ای دارای معایب ذاتی هستند:
- در حالی که موتورهای پله ای گشتاور بالایی را در سرعت های پایین ارائه می دهند، گشتاور خروجی به سرعت با افزایش سرعت کاهش می یابد.
- موتورهای پله ای می توانند غیرهمگام شوند. یعنی با پالس های پله ای که از کنترلر می آید هماهنگ نیست. به عبارت دیگر، پالس های پله ای از کنترل کننده به انرژی الکتریکی برای سیم پیچ های موتور تبدیل می شود، اما موتور نمی چرخد. این زمانی اتفاق می افتد که گشتاور مورد نیاز برای حرکت یک بار از ظرفیت گشتاور موتور در سرعت مورد نظر بیشتر شود. برای جلوگیری از این مشکل:
- سایز موتور را افزایش دهید. اندازه موتور را طوری تنظیم کنید که حداکثر گشتاور مورد نیاز را دو برابر کند.
- سرعت را تا حدی کاهش دهید که گشتاور موتور کافی باشد.
- ولتاژ سیم پیچ های موتور را افزایش دهید (منبع تغذیه بزرگ).
- جریان سیم پیچ موتور را افزایش دهید (منبع تغذیه بزرگ).
- از یک رمزگذار برای نظارت بر موقعیت و تصحیح مراحل از دست رفته استفاده کنید.
- همگام سازی مشکل است زیرا تصحیح خطا در پایان ضربه انجام می شود، نه به طور مداوم در زمان واقعی.
طراحی موتور سروو
طبق تعریف، سروو هر وسیله ای است که بازخورد داشته باشد. سروموتورها روی استاتور سیم پیچ هایی دارند که توسط یک سروو درایور یا تقویت کننده به ترتیبی انرژی می گیرند که باعث چرخش روتور مغناطیسی (اسپین) می شود. برای اینکه کنترلر تشخیص دهد که در مرحله بعد به کدام سیم پیچ انرژی می دهد، باید موقعیت فعلی روتور را بداند. این سنجش با استفاده از سنسورهای هال یا رمزگذارهای دو عملکردی انجام می شود.
اجزای سیستم سروو موتور
بلوک دیاگرام یک سیستم سروو مانند سیستم موتور پله ای است، اگرچه اجزا از نظر فنی متفاوت هستند. تقویت کننده های سرو از نظر عملکردی معادل درایورهای موتور پله ای هستند. همانند موتورهای پله ای، عملکردها معمولاً توسط سازنده ترکیب می شوند.
عملکرد سروو موتور
سرووها یک مزیت ذاتی دارند:
- سرعت بالا
- شتاب بالا
- دقت بالا
- گشتاور بیشتر در سرعت های بالاتر
- چندین موتور را می توان به راحتی همگام سازی کرد (تصحیح خطای بلادرنگ)
سرووها معایب ذاتی دارند:
- سیستم پیچیده تر از موتورهای پله ای
- موتور باید برای عملکرد بهینه تنظیم شود
- سیستم گران تر از موتورهای پله ای
- گشتاور کمتر در کمترین سرعت نسبت به موتورهای پله ای
- هندسه نصب غیر استاندارد (بسته به سازنده متفاوت است) و قطر شفت
- گشتاور کمتری در سرعت های پایین نسبت به موتورهای پله ای با اندازه معادل
مفاهیم برای استفاده با محرک های الکتریکی
هر تکنولوژی که استفاده شود، باید با طراحی محرک مطابقت داشته باشد.
- یک سروو با سرعت پایین ممکن است به همان عملکرد محرک سرعت پایین یک موتور پله ای نرسد.
- تعویض یک موتور پله ای با یک سروو روی یک محرک لزوما نیروی رانش بیشتری در سرعت های بالاتر ایجاد نمی کند، زیرا سایر اجزای محرک ممکن است عملکرد را محدود کنند.
بسته به کاربرد، مزایایی برای هر یک از دو فناوری موتور وجود دارد. از جدول زیر می توان به عنوان راهنما استفاده کرد.
| موتور پله ای | سروو موتور | معنی محرک |
|---|---|---|
| گشتاور بیشتری در سرعت های پایین فراهم می کند | گشتاور بیشتری در سرعت های پایین فراهم می کند | ممکن است به مجموعههای محرک خاصی نیاز باشد از جمله کوپلر، پیچ و مهره. |
| نه آنقدر گران | گران تر | پله ها هزینه ها را به حداقل می رساند. |
| قابل هماهنگ سازی با دقت متوسط | می تواند با دقت بالا هماهنگ شود | سرووها برای کاربردهای چند محوره ترجیح داده می شوند. کنترل کننده های ویژه مورد نیاز است. |
| تصحیح خطای پایان سفر | تصحیح خطای فوری | سرووها برای موقعیت یابی دقیق ترجیح داده می شوند. ممکن است برای بهبود دقت به یک مهره برگشتی نیاز باشد. |
| بدون نیاز به رمزگذار | رمزگذار مورد نیاز است | |
| سیستم ساده | سیستم پیچیده | |
| ممکن است هماهنگ نباشد. | از دست دادن همگام سازی غیرممکن است. | |
| بدون نیاز به تنظیم | تنظیمات بسیار مهم هستند | اگر سروو به درستی تنظیم نشود، ممکن است عملکرد محرک سروو به طور جدی تحت تأثیر قرار گیرد. |
| اندازه های استاندارد برای نصب آسان و قابلیت تعویض | فقدان استانداردسازی ابعادی یک چالش است | قبل از تصمیم گیری در مورد سازگاری سروو، مطمئن شوید که سروو روی محرک نصب شده است. ممکن است به پایهها و جفتهای مخصوص موتور نیاز باشد. |