Sześć wskazówek dotyczących rozwiązywania problemów z krokowym silnikiem serwomechanicznym

Krokowe serwomotory, jako kluczowe komponenty w automatyce przemysłowej, bezpośrednio wpływają na wydajność sprzętu poprzez swoją stabilność i precyzję. Jednak w praktycznych zastosowaniach motory mogą manifestować nieprawidłowości ze względu na konfigurację parametrów, obciążenie mechaniczne lub czynniki środowiskowe. Niniejszy artykuł przedstawia systematyczne rozwiązania dla sześciu typowych problemów, połączone z rzeczywistymi przypadkami inżynieryjnymi, aby pomóc technikom szybko identyfikować i rozwiązywać problemy.

1. Nieprawidłowe drgania i hałas motoru

Drgania i hałas są najbardziej powszechnymi objawami awarii w systemach krokowych serwomotorów. Na jednej linii produkcyjnej pakowania wystąpił ostry gwizd podczas pracy motoru. Badania wykazały, że częstotliwość rezonansowa pokrywała się z częstotliwością naturalną struktury mechanicznej. Rozwiązania obejmują: pierwsze, dostosowanie parametrów sztywności (np. PA15, PB06) za pomocą napędu serwowego i włączenie funkcji filtru adaptacyjnego do tłumienia drgań na określonych częstotliwościach; drugie, sprawdzenie dokładności wyrównania sprzęgło—odchylenie równoległości musi być kontrolowane w granicach 0,02 mm; jeśli używana jest transmisja pasmowa, należy zweryfikować równomierną napiętość. Znacząco, przy pracy na niskich prędkościach (np. poniżej 300 obr./min), włączenie trybu Hybrid Decay może tłumić drgania średniej częstotliwości. W przypadku hałasu wysokiej częstotliwości, należy zainstalować filtry z rdzeniem ferromagnetycznym na wejściu zasilania motoru. Jeden producent sprzętu medycznego zmniejszył hałas o 12 dB stosując tę metodę.

2. Drift dokładności pozycjonowania

Maszyna CNC wykazała skumulowany błąd 0,1 mm/godz. podczas ciągłego obróbki, co zostało przypisane do zakłóceń sygnału enkodera. Kroki rozwiązywania obejmują: (1) użycie sondy różnicowej do sprawdzenia integralności sygnałów kabli enkodera (A+/A-, B+/B-); wymiana na kablice z osłoną skrętową, jeśli zniekształcenie fali przekracza 15%; (2) weryfikacja, czy stosunek elektroniczny przekładni serwosterownika (licznik PA12 / mianownik PA13) odpowiada stosunkowi mechanicznemu przekładni—na jednej linii produkcyjnej automatycznej była błędna ustawiona wartość mianownika 32767, powodując błąd 0,03° na obrot; (3) dla systemów z enkoderem absolutnym, wykonanie okresowej kalibracji zerowej, najlepiej za pomocą interferometru laserowego dwuczęstotliwościowego. W praktyce, instalacja wzmacniaczy izolujących sygnałów zwiększa odporność na zakłócenia—jeden producent sprzętu półprzewodnikowego osiągnął powtarzalność ±1 μm po implementacji.

3. Wyzwalanie ochrony przed przegrzaniem motoru

Gdy temperatura powierzchni motoru stale przekracza 80°C, ochrona termiczna zmusza do wyłączenia. Robot do formowania przez wtrysk często zgłaszał błędy przegrzania Err21.0. Analiza wykazała: (1) zbyt wysokie ustawienia pętli prądowej (PA11)—z rzeczywistym prądem obciążenia wynoszącym tylko 60% wartości nominalnej, redukcja limitu prądu o 20% rozwiązała problem; (2) niewystarczające chłodzenie motoru—dodanie wentylacji siłowej obniżyło temperaturę o 15–20°C; (3) dla częstych operacji start-stop, wybierz motory z lepszym dopasowaniem bezwładności. W jednym przypadku, zwiększenie rozdzielczości impulsów z 1600 ppr do 6400 ppr zmniejszyło straty żelazne o 37%. Uwaga: dla każdego 10°C wzrostu temperatury otoczenia, moment nominalny motoru musi być obniżony o 8%.

4. Nagłe utrata kroku

Przy wysokich prędkościach (np. powyżej 1500 obr./min), krokowe motory są narażone na utratę kroku z powodu niewystarczającego momentu. Maszyna do montażu chipów wykazała opóźnienie pozycji podczas przyspieszania. Rozwiązania obejmują: (1) optymalizację profilu przyspieszania/depryspieszania S-curve—ustawienie parametru nagłego przyspieszania (jerk parameter) na 30–50% wartości przyspieszenia; (2) monitorowanie fluktuacji napięcia zasilania—minimalne napięcie robocze dla systemu 24V nie powinno spadać poniżej 21,6V; (3) dla obciążeń o wysokiej bezwładności, włącz korekcję feedforward (parametr PF03) w sterowniku serwowym. Producent maszyn tekstylnych zmniejszył wskaźnik utraty kroku na wysokich prędkościach z 0,3% do poniżej 0,01% dodając korekcję bezwładności flywheel. Ważne: gdy stosunek bezwładności obciążenia do motoru (JL/JM) przekracza 30:1, wymagana jest wymiana motoru.

5. Rozwiązywanie problemów z przerwami w komunikacji

Systemy sterowane busami (np. EtherCAT, CANopen) są narażone na przekroczenie limitu czasu komunikacji. Linia produkcyjna baterii litowo-jonowych doświadczała co dwa godziny rozłączeń sieci serwowych, co ostatecznie zostało przypisane do: (1) braku rezystorów końcowych powodujących odbicie sygnału—dodanie rezystorów 120Ω na końcowych węzłach zmniejszyło wskaźnik błędu bitowego o 90%; (2) podobowiązanie topologii sieci—zastąpienie topologii liniowej topologią gwiazdową poprawiło niezawodność; jeden przypadek pokazał, że powielacze światłowodowe zmniejszyły opóźnienie komunikacji z 200 μs do 50 μs; (3) przestarzałe oprogramowanie sterownika serwowego—znany defekt sumy kontrolnej CRC został naprawiony w najnowszej wersji. Ważne: dla sieci PROFINET, upewnij się, że nazwa urządzenia każdego węzła jest poprawnie powiązana z jego adresem IP.

6. Obsługa awarii hamulca

Dla serwomotorów z hamulcem elektromagnetycznym, magazynowy wózek podnośny raz doświadczył po wyłączeniu zasilania przesunięcia. Poprawne działania obejmowały: (1) weryfikację czasu reakcji hamulca—hamulce 24V muszą działać w ciągu <50 ms; (2) regularne pomiary zużycia tarcz hamulca—zamień, gdy pozostała grubość <1,5 mm; (3) dodanie logiki pre-hamulcowej w programie PLC, aby wyzwolić sygnał hamulca 50 ms wcześniej. System AGV w porcie dodał zapasowe zasilanie superkondensatorów, aby zagwarantować niezawodne działanie hamulca podczas awarii. Dla zastosowań o osi pionowej zaleca się dodatkowe zabezpieczenia mechaniczne jako ochronę drugiego stopnia.

Zaawansowane rekomendacje optymalizacyjne

Poza powyższymi rozwiązaniami, należy wprowadzić system profilaktycznej konserwacji: 

• Miesięczne zapisywanie nierównowagi prądu trójfazowego (alarm, jeśli odchylenie >10%); 

• Kwartalne testy oporu izolacji cewek megohmmetrem (≥100 MΩ); 

• Wykorzystanie wbudowanego w sterownik serwowy narzędzia do przechwytywania fal błędu do analizy anomalii. Jedna linia spawalnicza samochodowa stwierdziła, że gdy całkowite zniekształcenie harmoniczne prądu (THD) przekracza 8%, prawdopodobieństwo awarii motoru wzrasta pięciokrotnie—proaktywne zastąpienie kondensatorów filtrujących poprawiło MTBF o 40%.

Poprzez systematyczną analizę usterek i wdrożenie rozwiązań, ogólna wydajność systemów krokowych serwomotorów może wzrosnąć o ponad 25%. Inżynierom zaleca się utrzymywanie kompletnych archiwów kopii zapasowych parametrów, aby szybko przywracać optymalne konfiguracje podczas przeprowadzki sprzętu lub wymiany komponentów. Z postępem technologii predykcyjnej konserwacji, przyszła integracja czujników wibracji i analizy fal prądu umożliwi bardziej precyzyjne przewidywanie awarii.