Sechs Tipps zur Fehlerbehebung bei Problemen mit Schrittmotoren und Servomotoren

Schrittmotoren mit Servoregelung, als wichtige Komponenten in der industriellen Automatisierung, beeinflussen die Leistung von Geräten durch ihre Stabilität und Präzision direkt. In der Praxis können Motoren jedoch aufgrund von Parameterkonfiguration, mechanischer Belastung oder Umweltfaktoren Anomalien zeigen. Dieser Artikel bietet systematische Lösungen für sechs typische Probleme, kombiniert mit realen Ingenieurfallbeispielen, um Technikern zu helfen, Probleme schnell zu identifizieren und zu lösen.

1. Abnorme Motorvibration und -geräusche

Vibration und Geräusche sind die häufigsten Fehlersymptome in Schrittservosystemen. Eine Verpackungsproduktionslinie erlebte einmal scharfes Pfeifen während des Betriebs des Motors. Tests zeigten, dass die Resonanzfrequenz mit der natürlichen Frequenz der mechanischen Struktur übereinstimmte. Lösungen hierfür umfassen: Erstens, die Steifigkeitsparameter (z.B. PA15, PB06) über den Servoantrieb anpassen und adaptive Filterfunktionen aktivieren, um Vibrationen bei bestimmten Frequenzen zu unterdrücken; zweitens, die Ausrichtungsgenauigkeit der Kupplung prüfen – Parallelitätsabweichungen müssen innerhalb von 0,02 mm gehalten werden; wenn Riemenübertragungen verwendet werden, gleichmäßige Spannung überprüfen. Zu beachten ist, dass bei niedrigen Geschwindigkeiten (z.B. unter 300 U/min) das Hybrid-Decay-Modus aktiviert werden kann, um Mittelfrequenzvibrationen zu unterdrücken. Für hohe Frequenzgeräusche sollten Ferritkernfilter am Stromeingang des Motors installiert werden. Ein Hersteller medizinischer Geräte reduzierte so das Geräusch um 12 dB.

2. Drift der Positioniergenauigkeit

Eine CNC-Maschine zeigte eine kumulative Fehlerhäufung von 0,1 mm/Stunde während kontinuierlicher Bearbeitung, die auf Störungen im Encoder-Signal zurückgeführt wurde. Lösungsschritte beinhalten: (1) Verwendung eines Differenzialprobes zum Überprüfen der Signalintegrität der Encoderkabel (A+/A-, B+/B-); bei Wellenformverzerrungen über 15% durch geschirmte Twisted-Pair-Kabel ersetzen; (2) Überprüfung, ob das elektronische Übersetzungsverhältnis des Servoantriebs (Zähler PA12 / Nenner PA13) mit dem mechanischen Reduktionsverhältnis übereinstimmt – eine automatische Produktionslinie hatte einen fehlerhaften Nennwert von 32767, was zu einem Fehler von 0,03° pro Umdrehung führte; (3) für absolute Encodersysteme periodische Homing-Kalibrierung durchführen, am besten mit einem Dual-Frequenz-Laserinterferometer zur Kompensation. In der Praxis verbessert die Installation von Signalspannungsverstärkern die Störfestigkeit – ein Halbleiterausrüstungshersteller erreichte nach der Implementierung eine Wiederholgenauigkeit von ±1 μm.

3. Auslösung des Motorüberhitzungsschutzes

Wenn die Oberflächentemperatur des Motors ständig über 80°C liegt, erzwingt der thermische Schutz einen Stillstand. Ein Spritzgießroboter meldete häufig Fehler 21,0 wegen Überhitzung. Die Analyse ergab: (1) zu hohe Einstellungen des Stromkreises (PA11) – mit einer tatsächlichen Laststromstärke von nur 60% des Nennwerts konnte das Problem durch eine Reduzierung des Stromlimits um 20% gelöst werden; (2) unzureichende Kühlung des Motors – durch Hinzufügen von gezwungener Luftkühlung konnte die Temperatur um 15–20°C gesenkt werden; (3) für häufige Start-Stop-Operationen Motoren mit besserer Trägheitsanpassung auswählen. In einem Fall wurde durch eine Erhöhung der Impulsaufschlüsselung von 1600 ppr auf 6400 ppr die Eisenverluste um 37% reduziert. Beachten Sie: Bei jedem Temperaturanstieg um 10°C muss das Nennmoment des Motors um 8% reduziert werden.

4. Plötzlicher Schrittverlust

Bei hohen Geschwindigkeiten (z.B. über 1500 U/min) neigen Schrittmotoren aufgrund mangelnder Drehmomente zu Schrittverlusten. Ein Chipmontagegerät zeigte während der Beschleunigung eine Positionsverschiebung. Lösungen hierfür umfassen: (1) Optimierung der S-Kurve für Beschleunigung und Verzögerung – Ruck (Ruckparameter) auf 30–50% des Beschleunigungswerts einstellen; (2) Überwachung der Schwankungen der Netzspannung – die minimale Betriebsspannung für ein 24V-System sollte nicht unter 21,6V sinken; (3) für Hochträge aktivieren Sie die Vorsteuerungskompensation (Parameter PF03) im Servoantrieb. Ein Textilmaschinenhersteller reduzierte den Schrittverlust bei hohen Geschwindigkeiten von 0,3% auf unter 0,01%, indem Fliehkraft-Trägheitskompensation hinzugefügt wurde. Wichtig: Wenn das Verhältnis zwischen Last- und Motorträgheit (JL/JM) 30:1 überschreitet, ist eine Neuauswahl des Motors erforderlich.

5. Behebung von Kommunikationsunterbrechungen

Busgesteuerte Systeme (z.B. EtherCAT, CANopen) sind anfällig für Kommunikationsausfälle. Eine Lithium-Batterie-Produktionslinie erlebte alle zwei Stunden Servonetzausfälle, letztendlich auf folgende Ursachen zurückgeführt: (1) fehlende Endwiderstände verursachten Signalreflexionen – durch Hinzufügen von 120Ω-Widerständen an den Endknoten sank die Bitfehlerrate um 90%; (2) suboptimale Netzwerktopologie – durch Ersetzen der Kettenstruktur durch Sternstruktur verbesserte sich die Zuverlässigkeit; in einem Fall verringerten Glasfaser-Repeater die Kommunikationsverzögerung von 200 μs auf 50 μs; (3) veraltete Servoantriebsfirmware – ein bekannter CRC-Prüfsummenfehler wurde in der neuesten Version behoben. Wichtig: Bei PROFINET-Netzwerken muss sicher gestellt werden, dass jeder Knoten korrekt an seine IP-Adresse gebunden ist.

6. Behandlung von Bremsfehlern

Für Servomotoren mit elektromagnetischen Bremsen erlebte einmal ein Lagerstapler nach dem Abschalten eine Verschiebung. Korrekturmaßnahmen umfassten: (1) Überprüfung der Bremsreaktionszeit – 24V-Bremsen müssen innerhalb von <50 ms ansprechen; (2) regelmäßiges Messen des Bremsbelagsverschleißes – Austausch, wenn der Restdurchmesser <1,5 mm beträgt; (3) Hinzufügen von Vorbremmlogik im PLC-Programm, um das Bremsignal 50 ms vorzeitig auszulösen. Ein Port-AGV-System fügte Supercapacitor-Sicherungsstrom hinzu, um eine zuverlässige Bremseinschaltung während Stromausfällen sicherzustellen. Für vertikale Anwendungen wird zusätzliche mechanische Stoppvorrichtung als sekundärer Schutz empfohlen.

Empfehlungen für fortgeschrittene Optimierung

Neben den oben genannten Lösungen sollte ein präventives Wartungssystem eingerichtet werden:

• Monatliche Aufzeichnung der Dreiphasen-Stromungleichgewichte (Alarm bei Abweichungen >10%);

• Vierteljährliches Isolationswiderstands-Messung der Wicklungen mit einem Megohmmeter (≥100 MΩ);

• Nutzen Sie die eingebaute Fehlerwellenaufzeichnung des Servoantriebs zur Anomalienanalyse. Eine Automobil-Schweißlinie stellte fest, dass, wenn die Gesamtharmonische Verzerrung (THD) des Stroms 8% überschreitet, die Wahrscheinlichkeit eines Motorausfalls fünfmal so hoch ist – die proaktive Ersetzung von Filterkondensatoren verbesserte die MTBF um 40%.

Durch systematische Fehleranalyse und Lösungsimplementierung kann die Gesamtleistung von Schrittservosystemen um über 25% verbessert werden. Ingenieure werden dazu angehalten, vollständige Parameter-Sicherungskopien zu führen, um optimale Konfigurationen während der Geräteumsiedlung oder -ersatz rasch wiederherzustellen. Mit dem Fortschritt der prädiktiven Wartungstechnologien wird die zukünftige Integration von Vibrationsensoren und Stromwellenanalyse eine genauere Fehlervorhersage ermöglichen.