หกเคล็ดลับในการแก้ไขปัญหาสำหรับมอเตอร์เซอร์โวสเต็ปเพอร์

มอเตอร์เซอร์โวสเต็ปเปอร์ซึ่งเป็นส่วนประกอบสำคัญในระบบอัตโนมัติทางอุตสาหกรรม มีผลโดยตรงต่อประสิทธิภาพของอุปกรณ์ผ่านความเสถียรและความแม่นยำ อย่างไรก็ตาม ในการใช้งานจริง มอเตอร์อาจแสดงอาการผิดปกติเนื่องจากการกำหนดค่าพารามิเตอร์ โหลดทางกล หรือปัจจัยแวดล้อม บทความนี้ให้แนวทางแก้ไขปัญหาสำหรับหกประเด็นที่พบบ่อย พร้อมด้วยกรณีศึกษาทางวิศวกรรม เพื่อช่วยให้เทคนิคสามารถระบุและแก้ไขปัญหาได้อย่างรวดเร็ว

1. การสั่นสะเทือนและการเกิดเสียงผิดปกติของมอเตอร์

การสั่นสะเทือนและการเกิดเสียงเป็นอาการที่พบบ่อยที่สุดในระบบมอเตอร์เซอร์โวสเต็ปเปอร์ เครื่องบรรจุภัณฑ์สายการผลิตหนึ่งเคยประสบปัญหาเสียงหวีดแหลมระหว่างการทำงานของมอเตอร์ การทดสอบพบว่าความถี่ของการสั่นสะเทือนตรงกับความถี่ธรรมชาติของโครงสร้างทางกล วิธีการแก้ไขรวมถึง: แรก ปรับพารามิเตอร์ความแข็ง (เช่น PA15, PB06) ผ่านไดรฟ์เซอร์โวและเปิดใช้งานฟังก์ชันกรองแบบปรับตัวเพื่อดูดซับการสั่นสะเทือนที่ความถี่เฉพาะ สอง ตรวจสอบความแม่นยำในการตั้งคู่ขนาน—ความคลาดเคลื่อนต้องควบคุมไว้ภายใน 0.02 มม.; หากใช้การส่งผ่านด้วยสายพาน ตรวจสอบแรงดึงให้สม่ำเสมอ ควรทราบว่าเมื่อทำงานที่ความเร็วต่ำ (เช่น ต่ำกว่า 300 รอบต่อนาที) การเปิดใช้งานโหมด Hybrid Decay สามารถลดการสั่นสะเทือนที่ความถี่กลางได้ สำหรับเสียงที่ความถี่สูง ติดตั้งฟิลเตอร์เฟอร์ไรต์ที่ขั้วไฟฟ้าขาเข้าของมอเตอร์ หนึ่งผู้ผลิตอุปกรณ์ทางการแพทย์ลดเสียงลง 12 dB โดยใช้วิธีนี้

2. การเปลี่ยนแปลงความแม่นยำในการตั้งตำแหน่ง

เครื่อง CNC แสดงความผิดพลาดสะสม 0.1 มม./ชั่วโมงระหว่างการกลึงต่อเนื่อง ซึ่งติดตามไปยังสัญญาณรบกวนจากเอ็นโคเดอร์ ขั้นตอนการแก้ไขรวมถึง: (1) ใช้โพรบแบบดิฟเฟอเรนเชียลเพื่อตรวจสอบความสมบูรณ์ของสัญญาณสายเคเบิลเอ็นโคเดอร์ (A+/A-, B+/B-) แทนที่ด้วยสายเคเบิลคู่บิดที่มีชิลด์หากการบิดเบี้ยวของคลื่นเกิน 15%; (2) ตรวจสอบว่าอัตราส่วนเกียร์อิเล็กทรอนิกส์ของไดรฟ์เซอร์โว (เศษ PA12 / ส่วน PA13) ตรงกับอัตราส่วนการลดของกลไก—หนึ่งสายการผลิตอัตโนมัติมีการตั้งค่าส่วนที่ผิดพลาดเป็น 32767 ทำให้เกิดความผิดพลาด 0.03° ต่อรอบ; (3) สำหรับระบบเอ็นโคเดอร์แบบสัมบูรณ์ ทำการสอบเทียบโฮมเป็นระยะ ๆ โดยใช้เลเซอร์อินเตอร์เฟอรอมิเตอร์แบบสองความถี่สำหรับการชดเชย ในทางปฏิบัติ การติดตั้งขยายสัญญาณแบบแยกสัญญาณเพิ่มความสามารถในการป้องกันสัญญาณรบกวน—หนึ่งผู้ผลิตอุปกรณ์กึ่งตัวนำบรรลุความซ้ำซ้อน ±1 μm หลังจากดำเนินการ

3. การกระตุ้นการป้องกันความร้อนสูงเกินของมอเตอร์

เมื่ออุณหภูมิพื้นผิวของมอเตอร์คงที่เกิน 80°C ระบบป้องกันความร้อนจะบังคับให้หยุดทำงาน หุ่นยนต์ฉีดพลาสติกรายงานข้อผิดพลาด Err21.0 ที่เกิดจากการร้อนเกินบ่อยๆ การวิเคราะห์พบว่า: (1) การตั้งค่าวงจรป้อนกลับกระแสสูงเกิน (PA11)—ด้วยโหลดกระแสจริงที่เพียง 60% ของค่าที่กำหนด ลดค่าจำกัดกระแสลง 20% สามารถแก้ปัญหาได้; (2) การระบายความร้อนของมอเตอร์ไม่เพียงพอ—การเพิ่มการระบายความร้อนด้วยอากาศบังคับสามารถลดอุณหภูมิลง 15–20°C; (3) สำหรับการทำงานที่มีการเริ่มและหยุดบ่อยๆ ควรเลือกมอเตอร์ที่มีการจับคู่ความเฉื่อยที่ดีขึ้น ในกรณีหนึ่ง การเพิ่มความละเอียดของพัลส์จาก 1600 ppr เป็น 6400 ppr ลดการสูญเสียเหล็กลง 37% หมายเหตุ: สำหรับทุกๆ 10°C ที่อุณหภูมิแวดล้อมเพิ่มขึ้น แรงบิดที่กำหนดของมอเตอร์ต้องลดลง 8%

4. การสูญเสียสเต็ปอย่างกะทันหัน

ที่ความเร็วสูง (เช่น มากกว่า 1500 รอบต่อนาที) มอเตอร์สเต็ปเปอร์มักจะสูญเสียสเต็ปเนื่องจากแรงบิดไม่เพียงพอ เครื่องติดตั้งชิปแสดงความล่าช้าในการเร่งความเร็ว วิธีการแก้ไขรวมถึง: (1) การปรับโปรไฟล์การเร่งความเร็ว/ชะลอความเร็วแบบ S-curve—ตั้งค่า jerk (พารามิเตอร์ jerk) ที่ 30–50% ของค่าการเร่งความเร็ว; (2) การตรวจสอบความผันผวนของแรงดันไฟฟ้า—แรงดันไฟฟ้าขั้นต่ำในการทำงานของระบบ 24V ไม่ควรต่ำกว่า 21.6V; (3) สำหรับโหลดที่มีความเฉื่อยสูง ให้เปิดใช้งานการชดเชยแบบ feedforward (พารามิเตอร์ PF03) ในไดรฟ์เซอร์โว ผู้ผลิตเครื่องจักรทอผ้าลดอัตราการสูญเสียสเต็ปที่ความเร็วสูงจาก 0.3% ลงมาต่ำกว่า 0.01% โดยการเพิ่มการชดเชยความเฉื่อยด้วย flywheel หมายเหตุสำคัญ: เมื่ออัตราส่วนความเฉื่อยของโหลดต่อมอเตอร์ (JL/JM) เกิน 30:1 จำเป็นต้องเลือกมอเตอร์ใหม่

5. การแก้ไขปัญหาการสื่อสารขาดหาย

ระบบควบคุมผ่านบัส (เช่น EtherCAT, CANopen) มีแนวโน้มที่จะเกิดการสื่อสารขาดหาย สายการผลิตแบตเตอรี่ลิเธียมพบปัญหาการขาดการสื่อสารของเครือข่ายเซอร์โวทุกสองชั่วโมง ซึ่งติดตามไปยัง: (1) ตัวต้านทานปลายหาย—การเพิ่มตัวต้านทาน 120Ω ที่โหนดปลายลดอัตราการผิดพลาดของบิตลง 90%; (2) โครงสร้างเครือข่ายไม่เหมาะสม—การเปลี่ยนจากโครงสร้าง daisy-chain เป็น star topology เพิ่มความน่าเชื่อถือ; กรณีหนึ่งพบว่าตัวซ้ำแสงใยแก้วลดความหน่วงในการสื่อสารจาก 200 μs เป็น 50 μs; (3) ซอฟต์แวร์ของไดรฟ์เซอร์โวล้าสมัย—ข้อบกพร่อง CRC checksum ได้รับการแก้ไขในเวอร์ชันล่าสุด สำคัญ: สำหรับเครือข่าย PROFINET ต้องแน่ใจว่าชื่อเครื่องของแต่ละโหนดถูกผูกกับที่อยู่ IP อย่างถูกต้อง

6. การจัดการปัญหาการชำรุดของเบรก

สำหรับมอเตอร์เซอร์โวที่มีเบรกแม่เหล็กไฟฟ้า รถยกในคลังสินค้าเคยประสบปัญหาการลื่นหลังจากตัดไฟ วิธีการแก้ไขรวมถึง: (1) การตรวจสอบเวลาตอบสนองของเบรก—เบรก 24V ต้องทำงานภายใน <50 ms; (2) การวัดการสึกหรอของแผ่นเบรกเป็นประจำ—เปลี่ยนเมื่อความหนาที่เหลือ <1.5 mm; (3) การเพิ่มตรรกะการเบรกล่วงหน้าในโปรแกรม PLC เพื่อส่งสัญญาณเบรกล่วงหน้า 50 ms ระบบ AGV ที่ท่าเรือเพิ่มพลังงานสำรองจาก supercapacitor เพื่อให้แน่ใจว่าเบรกทำงานได้เชื่อถือได้ในกรณีที่ไฟฟ้าขาด สำหรับแอปพลิเคชันแกนตั้ง แนะนำให้เพิ่ม mechanical stops เพื่อเป็นการป้องกันที่สอง

คำแนะนำการปรับปรุงขั้นสูง

นอกจากวิธีการแก้ไขข้างต้น ควรจัดตั้งระบบการบำรุงรักษาเชิงป้องกัน: 

• บันทึกการไม่สมดุลของกระแสสามเฟสรายเดือน (แจ้งเตือนหากความคลาดเคลื่อน >10%); 

• ทดสอบความต้านทานฉนวนของขดลวดรายไตรมาสด้วยมิเตอร์โอห์ม (≥100 MΩ); 

• ใช้ฟังก์ชันการจับภาพรูปคลื่นความผิดปกติที่อยู่ในไดรฟ์เซอร์โวสำหรับการวิเคราะห์ความผิดปกติ หนึ่งสายการผลิตการเชื่อมรถยนต์พบว่าเมื่อความผิดเพี้ยนรวมของฮาร์โมนิกของกระแส (THD) เกิน 8% โอกาสที่มอเตอร์จะเสียหายเพิ่มขึ้นห้าเท่า—การเปลี่ยนตัวกรองคาปาซิเตอร์ล่วงหน้าเพิ่ม MTBF ขึ้น 40%

ผ่านการวิเคราะห์ความผิดปกติอย่างเป็นระบบและการนำไปใช้วิธีการแก้ไข ประสิทธิภาพโดยรวมของระบบมอเตอร์เซอร์โวสเต็ปเปอร์สามารถเพิ่มขึ้นมากกว่า 25% วิศวกรควรรักษาเอกสารสำรองพารามิเตอร์ที่สมบูรณ์เพื่อคืนค่าการตั้งค่าที่เหมาะสมอย่างรวดเร็วระหว่างการย้ายหรือเปลี่ยนส่วนประกอบ ด้วยการพัฒนาเทคโนโลยีการบำรุงรักษาเชิงทำนายในอนาคต การรวมเซ็นเซอร์การสั่นสะเทือนและการวิเคราะห์รูปคลื่นกระแสจะช่วยให้สามารถทำนายความผิดปกติได้แม่นยำมากขึ้น