Шест къси съвета за устраняване на проблеми с шагови серво мотори

Стъпковите серво мотори, като ключови компоненти в индустриалната автоматизация, оказват пряко влияние върху производителността на оборудването чрез своята стабилност и точност. В практиката обачно моторите могат да показват аномалии поради конфигурация на параметрите, механична нагрузка или околни фактори. Тази статия предоставя системни решения за шест типични проблема, комбинирани с реални инженерни случаи, за да помогне на техниците бързо да идентифицират и разрешават проблемите.

1. Абнормална вибрация и шум от мотора

Вибрацията и шумът са най-общи симптоми на повреда в системите със стъпкови серво мотори. В един производствен линий за опаковки се наблюдаваше остър свистящ звук по време на работа на мотора. Изпитанията показаха, че резонансната честота съвпадаше с естествената честота на механичната конструкция. Решенията включват: първо, коригиране на параметрите за твърдост (например PA15, PB06) чрез серво привод и активиране на функции за адаптивен филтър, за да се подтиснат вибрациите при специфични честоти; второ, проверка на точността на съвместяването на куплунга—паралелното отклонение трябва да бъде контролирано в рамките на 0.02 мм; ако се използва предаване чрез ремени, потвърдете равномерното напрежение. Забележително, при работа на ниски скорости (например под 300 об./мин.) активирането на режима Hybrid Decay може да подтисне средночестотната вибрация. За високочестотния шум, инсталирайте феритови филтри при входа на мощността на мотора. Един производител на медицинско оборудване намали шума с 12 дБ, използвайки този метод.

2. Дрейф на точността на позициониране

Един CNC машинен инструмент показваше кумулативна грешка от 0.1 мм/час по време на непрекъсната обработка, проследена до интерференция на сигнала на енкодера. Решителни стъпки включват: (1) използване на диференциален щуп за проверка на целостта на сигнала на кабелите на енкодера (A+/A-, B+/B-); заменете с кабели с екранирана двойна жица, ако искажението на вълновата форма надхвърля 15%; (2) проверка, че електронното отношение на зъбен колела (числител PA12 / знаменател PA13) на серво привода съответства на механичното отношение на намаляване—един автоматизиран производствен линий имаше грешна настройка на знаменателя 32767, причиняваща грешка от 0.03° за обиколка; (3) за системи с абсолютен енкодер, извършете периодично калибриране на хоминг, предпочитано с използване на лазерен интерферометър с две честоти за компенсация. В практиката, инсталирането на усилители на сигнали за изолация подобрява устойчивостта към шума—един производител на полупроводниково оборудване постигна повторяемост ±1 μm след прилагането.

3. Активиране на защитата от прекомерно загряване на мотора

Когато температурата на повърхността на мотора постоянно надхвърля 80°C, термалната защита принуждава спиране. Робот за инжектиране на пластмаса често докладваше грешки от прекомерно загряване Err21.0. Анализът показа: (1) прекомерни настройки на тока (PA11)—с действителната теглова токова стойност само 60% от номиналната, намалението на ограничението на тока с 20% реши проблема; (2) недостатъчно охлаждане на мотора—добавянето на охлаждане с принуден въздух намали температурата с 15–20°C; (3) за често започване и спиране, изберете мотори с по-добро съвпадение на инерция. В един случай, увеличаването на разрешението на пулсирането от 1600 ppr до 6400 ppr намали железните загуби с 37%. Забележка: за всяко 10°C повишаване на околната температура, номиналният момент на мотора трябва да бъде намален с 8%.

4. Ненадейна загуба на стъпки

При високи скорости (например над 1500 об./мин.), стъпковите мотори са склонни към загуба на стъпки поради недостиг на момента. Машина за монтиране на чипове показваше закъснение на позицията по време на ускоряване. Решенията включват: (1) оптимизиране на профилите за ускоряване/замързяне S-curve—задайте jerk (параметър за jerk) на 30–50% от стойността на ускорението; (2) наблюдение на вариациите на напрежението на източника на мощност—минималното работно напрежение за система от 24V не трябва да падне под 21.6V; (3) за високомоментни товари, активирайте компенсацията за feedforward (параметър PF03) в серво привода. Производител на текстилни машини намали процента на високоскоростна загуба на стъпки от 0.3% до под 0.01%, добавяйки компенсация на инерцията на летящо колело. Критична забележка: когато отношениято между товара и мотора (JL/JM) надхвърлят 30:1, е задължително преселектиране на мотора.

5. Отстраняване на прекъсване на комуникацията

Системите с контролирана шина (например EtherCAT, CANopen) са склонни към прекъсвания на комуникацията. Производствен линий за литийни батерии изпитваше прекъсвания на серво мрежата всеки два часа, което беше проследено до: (1) липса на терминални съпротивления, причиняващи отражение на сигнала—добавянето на 120Ω съпротивления на крайните възли намали процентът на грешки на бита с 90%; (2) подобряване на топологията на мрежата—заменянето на веригата със звезда подобри надеждността; един случай показа, че оптичните повторители намалиха забавянето в комуникацията от 200 μs до 50 μs; (3) старо фирмуер на серво привода—известен дефект на CRC checksum беше поправен в последната версия. Важно: за PROFINET мрежи, уверете се, че всяко устройство има правилно свързано име с IP адреса му.

6. Обработка на дефект на спирачката

За серво мотори с електромагнитни спирачки, складска кранче за палети веднъж изпита плъзгане след изключване на мощността. Коригиращи действия включиха: (1) проверка на времето за отговор на спирачката—24V спирачки трябва да се активират в рамките на <50 ms; (2) регулярно измерване на износването на колодките на спирачката—замени ги, когато останалата дебелина <1.5 mm; (3) добавяне на логика за предварително спиране в програмата на PLC, за да се активира сигналът на спирачката 50 ms по-рано. Система AGV в пристанище добави резервна мощност с supercapacitor, за да осигури надеждно активиране на спирачката при прекъсвания. За вертикални приложения, препоръчително е да се добавят допълнителни механични спирачки като вторична защита.

Рекомендации за напреднал оптимизиране

Освен гореспоменатите решения, установете система за предварително поддръжка: 

• Месечно записване на дисбаланса на трифазния ток (издайте аларма, ако отклонението >10%); 

• Тримесечно измерване на изолационното съпротивление на обмотките с мегометър (≥100 MΩ); 

• Използване на вградената в серво привода функция за засичане на вълната на грешката за анализ на аномалии. Един производствен линий за сваряване в автомобилната промишленост установи, че когато общата хармонична искаженост (THD) на тока надхвърля 8%, вероятността за повреда на мотора се увеличава пет пъти—превантивната замяна на филтриращите кондензатори подобри MTBF с 40%.

Чрез системен анализ на грешки и прилагане на решения, общата ефективност на системите със стъпкови серво мотори може да се подобри с над 25%. Инженерите се препоръчва да поддържат пълни архиви с резервни копия на параметрите, за да възстановяват оптималните конфигурации бързо при преместване на оборудването или замяна на компоненти. С напредъка на технологии за предвидна поддръжка, бъдещата интеграция на сензори за вибрация и анализ на вълната на тока ще позволи по-точно прогнозиране на грешки.