Шість порад з усунення несправностей сервоприводів крокового двигуна

Крокові сервомотори, як важливі компоненти промислової автоматизації, безпосередньо впливають на продуктивність обладнання завдяки своїй стабільності та точності. Проте, у практичних застосуваннях, мотори можуть демонструвати аномалії через параметри конфігурації, механічну навантаженість або фактори середовища. Ця стаття надає системні рішення для шести типових проблем, поєднаних з реальними інженерними випадками, щоб допомогти технікам швидко виявити та вирішити проблеми.

1. Аномальна вібрація та шум мотора

Вібрація та шум є найпоширенішими симптомами відмови в крокових сервосистемах. На лінії пакування колись спостерігали гострого свисту під час роботи мотора. Тестування показало, що резонансна частота співпадала з природною частотою механічної конструкції. Рішення включають: перше, налаштування параметрів жорсткості (наприклад, PA15, PB06) через серводрайвер та активування функцій адаптивного фільтра для пригнічення вібрацій на конкретних частотах; друге, перевірка точності вирівнювання з'єднуючого елемента — паралельне відхилення має бути контроловане в межах 0,02 мм; якщо використовується передача ременем, перевірте рівномірність напруження. Зазначимо, що при роботі на низьких швидкостях (наприклад, нижче 300 об/хв), ввімкнення режиму Hybrid Decay може приглушити вібрацію середньої частоти. Для високочастотного шуму, встановіть ферритові фільтри на вході живлення мотора. Один виробник медичного обладнання знизив шум на 12 дБ, використовуючи цей метод.

2. Дрейф точності позиціонування

На верстаті з ЧПУ було зафіксовано кумулятивну помилку 0,1 мм/год під час безперервної обробки, яка була пов'язана зі взаємодією сигналів енкодера. Кроки вирішення включають: (1) використання диференційного зонду для перевірки цілісності сигналів кабелів енкодера (A+/A-, B+/B-); замініть на згорнуті парні кабелі, якщо деформація форми хвильового сигналу перевищує 15%; (2) перевірку того, чи відповідає електронне передатне число серводрайвера (чисельник PA12 / знаменник PA13) механічному передатному числу — на одній автоматизованій лінії відбулася помилкова установка знаменника 32767, що спричинило помилку 0,03° на оберт; (3) для систем з абсолютним енкодером, проводьте регулярну калибрування домівки, краще використовуючи двочастотний лазерний інтерферометр для компенсації. У практиці, встановлення ампліфікаторів ізоляції сигналів підвищує стійкість до шуму — один виробник полупровідникового обладнання досяг повторюваності ±1 мкм після реалізації.

3. Тригер термічної захисту мотора

Коли поверхнева температура мотора постійно перевищує 80°C, термічна захиста змушує його зупинитися. Робот-залівник часто повідомляв про помилку Err21.0 через перегрів. Аналіз показав: (1) надмірні налаштування поточного контуру (PA11) — з фактичною навантаженою потужністю лише 60% від номінальної, зменшення межі поточного на 20% вирішило проблему; (2) недостатнє охолодження мотора — додавання примусового повітряного охолодження знизило температуру на 15–20°C; (3) для частих операцій запуску-зупинки, виберіть мотори з кращим збігом інерції. У одному випадку, збільшення роздільної здатності імпульсів з 1600 ppr до 6400 ppr знизило залізні втрати на 37%. Зауваження: для кожного 10°C підвищення температури оточуючого середовища, номінальний момент мотора повинен бути скоригований на 8%.

4. Нагальна втрата кроків

На високих швидкостях (наприклад, вище 1500 об/хв), крокові мотори склонні втрачати кроки через недостатню потужність. Монтажна машина для чипів показала затримку позиції під час прискорення. Рішення включають: (1) оптимізацію S-кривих прискорення/сповільнення — встановіть значення стрибка (параметр jerk) на 30–50% від значення прискорення; (2) моніторинг флуктуацій напруги живлення — мінімальна робоча напруга для системи 24V не повинна опускатися нижче 21,6V; (3) для навантажень з високою інерцією, ввімкніть функцію передзворотньої компенсації (параметр PF03) у серводрайвері. Виробник текстильного обладнання знизив частку втрат кроків на високих швидкостях з 0,3% до нижче 0,01%, додавши компенсацію інерції маховика. Критичне зауваження: коли відношення інерції навантаження до мотора (JL/JM) перевищує 30:1, необхідно переобрати мотор.

5. Вирішення проблем зі збоєм зв'язку

Системи з керуванням через шину (наприклад, EtherCAT, CANopen) вразливі до тайм-аутів зв'язку. На лінії виробництва літієвих батарей сервомережа відключалася кожні два години, що врешті-решт було пов'язано з: (1) відсутністю заключних резисторів, що спричиняє відбиття сигналу — додавання 120Ω резисторів на крайні вузли знизило частку бітових помилок на 90%; (2) підходом до мережевої топології — заміна ланцюгової топології на зіркову покращила надійність; один випадок показав, що оптичні повторювачі знизили затримку зв'язку з 200 мкс до 50 мкс; (3) застарілим програмним забезпеченням серводрайвера — відомий дефект контрольної суми CRC був виправлений у новій версії. Важливо: для мереж PROFINET, забезпечте правильне зв'язування імені кожного вузла з його IP-адресою.

6. Обробка відмови гальм

Для сервомоторів з електромагнітними гальмами, кран-стелаж складу колись досвідчив зсуву після відключення живлення. Коректива включає: (1) перевірку часу реакції гальм — 24V гальми повинні ввійти в дію протягом <50 мс; (2) регулярне вимірювання витертя гальм — замініть, коли залишна товщина <1,5 мм; (3) додавання логіки попереднього гальмування у програмі PLC, щоб запустити сигнал гальмування на 50 мс раніше. Система AGV порту додала запасну живлення за допомогою суперконденсатора, щоб забезпечити надійне введення гальм під час відключень. Для вертикальних осей рекомендується додаткова механічна зупинка як вторинний захист.

Рекомендації для підвищення оптимізації

Окрім вищевказаних рішень, встановіть систему профілактичного обслуговування: 

• Щомісячно записуйте невідповідність трьохфазного струму (попередження, якщо відхилення >10%); 

• Щоквартально проводьте тестування ізоляційного опору обмоток мегомметром (≥100 MΩ); 

• Використовуйте вбудовану функцію захоплення хвильових форм помилок у серводрайвері для аналізу аномалій. Одна лінія зварювання автомобілів виявила, що коли загальна гармонічна деструкція струму (THD) перевищувала 8%, ймовірність відмови мотора зростала у п'ять разів — превентивна заміна фільтруючих конденсаторів покращила MTBF на 40%.

Шляхом системного аналізу відмов та реалізації рішень, загальна ефективність крокових сервосистем може підвищитися більше ніж на 25%. Інженерам радиться підтримувати повні архіви запасних копій параметрів, щоб швидко відновлювати оптимальні конфігурації під час переміщення обладнання або заміни компонентів. З розвитком технологій прогнозного обслуговування, майбутня інтеграція датчиків вібрації та аналізу хвильових форм струму дозволить більш точно передбачати відмови.