Šest tipů pro odstraňování problémů se servomotorem s krokovým motorem

Krokovací servomotory, jako klíčové komponenty v průmyslové automatizaci, přímo ovlivňují výkon zařízení svou stabilitou a přesností. V praxi však mohou motory projevovat neobvyklé chování z důvodu konfigurace parametrů, mechanického zatěžování nebo vnějších faktorů. Tento článek nabízí systémová řešení šesti typických problémů, kombinovaných s reálnými inženýrskými případy, aby pomohl technikům rychle identifikovat a vyřešit potíže.

1. Neobvyklé kmitání a hluk motoru

Kmitání a hluk jsou nejčastějšími symptomy poruch v systémech s krokovacími servomotory. Na jedné balicí lince se během provozu motoru objevil ostrý pískavý zvuk. Testy odhalily, že rezonanční frekvence splývala s vlastní frekvencí mechanické struktury. Řešení zahrnuje: (1) upravení parametrů tuhosti (např. PA15, PB06) prostřednictvím servopohonu a povolení funkcí adaptivního filtru pro potlačení kmitání na specifických frekvencích; (2) kontrolu přesnosti zarovnání spojky—odchylka rovnoběžnosti musí být omezena na 0,02 mm; pokud je použito pásové přenosové zařízení, ověřte rovnoměrné napětí. Zvláště při nízkých otáčkách (např. pod 300 ot/min) lze potlačit středofrekvenční kmitání zapnutím Hybrid Decay režimu. Pro vysokofrekvenční hluk nainstalujte ferritové filtry na vstup elektrické energie do motoru. Jedna výrobce lékařských zařízení tímto způsobem snížila hladinu hluku o 12 dB.

2. Drift přesnosti polohování

CNC stroj projevoval kumulativní chybu 0,1 mm/h během nepřetržitého obrábění, která byla způsobena interferencí signálu enkóderu. Kroky k řešení zahrnují: (1) použití diferenciální sondy k kontrole integrity signálů kabelů enkóderu (A+/A-, B+/B-); pokud je deformace vlnové formy nad 15%, nahraďte je kabely s ekranovanými dvojsmými páry; (2) ověření, že elektronický převod servopohonu (čitatel PA12 / jmenovatel PA13) odpovídá mechanickému redukčnímu poměru—na jedné automatické výrobní lince byl nastaven nesprávný jmenovatel 32767, což způsobilo chybu 0,03° za jeden otáčku; (3) pro systémy s absolutním enkódrem provedete pravidelnou kalibraci domovské pozice, nejlépe pomocí dvojfrekvenčního laserového interferometru pro kompenzaci. V praxi instalace izolačních zesilovačů signálu zlepšuje odolnost proti rušivým vlivům—jeden výrobce polovodičového zařízení dosáhl opakovatelnosti ±1 μm po jejich implementaci.

3. Spuštění ochrany před přehřátím motoru

Pokud teplota povrchu motoru trvale překračuje 80°C, termální ochrana způsobí vypnutí. Injekční robot často hlásil chybu Err21.0 přehřívání. Analýza ukázala: (1) příliš vysoké nastavení proudové smyčky (PA11)—při skutečném zatěžovacím proudu pouze 60% nominální hodnoty, snížení limitu proudu o 20% vyřešilo problém; (2) nedostatečné chlazení motoru—přidáním přinutitelného vzduchového chlazení se teplota snížila o 15–20°C; (3) pro časté start-stop operace zvolte motory s lepším shodováním inertie. V jednom případě zvýšení rozlišení impulsního signálu z 1600 ppr na 6400 ppr snížilo železné ztráty o 37%. Poznámka: pro každých 10°C nárůst okolní teploty musí být nominální točivý moment motoru snížen o 8%.

4. Náhlá ztráta kroku

Při vysokých otáčkách (např. nad 1500 ot/min) jsou krokovací motory náchylné k ztrátě kroku kvůli nedostatku točivého momentu. U montážního zařízení pro čipy bylo pozorováno zpoždění polohy během akcelerace. Řešení zahrnuje: (1) optimalizaci profilů S-křivky pro akceleraci/deakceleraci—nastavte parametr jerk (zrychlení) na 30–50% hodnoty zrychlení; (2) monitorování fluktuací napětí zdroje elektřiny—pro systém 24V by minimální pracovní napětí nemělo klesnout pod 21,6V; (3) pro vysokoinercní zatěžování aktivujte funkci prediktivní kompenzace (parametr PF03) v servopohonu. Výrobce textilních strojů snížil míru ztráty kroku při vysokých rychlostech ze 0,3% na méně než 0,01% přidáním kompenzace inertie létadla. Důležitá poznámka: pokud je poměr inertie zatěžování k inertii motoru (JL/JM) vyšší než 30:1, je nutná změna motoru.

5. Řešení přerušení komunikace

Systémy řízené sběrnici (např. EtherCAT, CANopen) jsou náchylné k timeoutům komunikace. Na lince pro výrobu lithiových baterií docházelo k odpojení servosítě každé dvě hodiny, což bylo nakonec způsobeno: (1) chybějícími zakončovacími odpory, což způsobovalo odraz signálů—přidáním 120Ω odporníků na koncové uzly se snížila míra bitových chyb o 90%; (2) neoptimální topologií sítě—nahrazením sériového spojení hvězdicovou topologií se zlepšila spolehlivost; v jednom případě snížily optické opakovací prvky latenci komunikace z 200 μs na 50 μs; (3) zastaralým firmwarem servopohonu—známý problém s CRC kontrolním součtem byl vyřešen v nejnovější verzi. Důležité: pro sítě PROFINET ujistěte se, že každý uzel má správně přiřazené jméno zařízení k IP adrese.

6. Řešení nefunkčnosti brzdy

Pro servomotory s elektromagnetickou brzdou se jednou vyskytla posuvnost po vypnutí napájení u skladového paletového jeřábu. Opravná opatření zahrnovala: (1) ověření doby odezvy brzdy—24V brzdy musí reagovat do <50 ms; (2) pravidelné měření opotřebení brzdné destičky—nahraďte, pokud zbývající tloušťka <1,5 mm; (3) přidání logiky předbrzdního zasazení v programu PLC, která aktivuje signál brzdy 50 ms předem. Systém AGV v přístavu přidal superkapacitorku jako záložní zdroj napájení, aby zajistil spolehlivé zapnutí brzdy během výpadků. Pro aplikace s vertikální osou doporučujeme dodatečné mechanické zastavy jako sekundární ochranu.

Pokročilé doporučení k optimalizaci

Kromě výše uvedených řešení zavedte systém preventivní údržby:

• Měsíčně zaznamenejte nerovnoměrnost třífázového proudu (varování, pokud odchylka >10%); 

• Čtvrtletně provádějte testy izolačního odporu cívek pomocí megohmmetru (≥100 MΩ); 

• Využijte vestavěnou funkci zachycení vlnové formy chyb v servopohonu pro analýzu anomálií. Na jedné lince pro sváření v automobilovém průmyslu bylo zjištěno, že při celkové harmonické distorzí proudu (THD) vyšší než 8% se pravděpodobnost selhání motoru zvýšila pětinásobně—proaktivní výměna filtračních kondenzátorů zlepšila MTBF o 40%.

Systémovou analýzou a implementací řešení lze zlepšit celkovou efektivitu systémů s krokovacími servomotory o více než 25%. Inženýři jsou doporučeni udržovat kompletní archivy záloh parametrů, aby mohli rychle obnovit optimální konfigurace při přemístění zařízení nebo výměně komponent. S postupem technologií prediktivní údržby budou integrovány senzory kmitání a analýza vlnové formy proudu, což umožní přesnější predikci vad.