Sáu Mẹo Khắc Phục Sự Cố cho Động Cơ Bước Servo

Các động cơ servo bước, như các thành phần quan trọng trong tự động hóa công nghiệp, ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất thiết bị thông qua sự ổn định và độ chính xác của chúng. Tuy nhiên, trong ứng dụng thực tế, động cơ có thể gặp sự cố do cấu hình tham số, tải cơ học hoặc yếu tố môi trường. Bài viết này cung cấp các giải pháp hệ thống cho sáu vấn đề điển hình, kết hợp với các trường hợp kỹ thuật thực tế, để giúp kỹ thuật viên nhanh chóng xác định và giải quyết vấn đề.

1. Động Cơ rung và tiếng ồn bất thường

Rung và tiếng ồn là các triệu chứng hỏng hóc phổ biến nhất trong hệ thống servo bước. Một dây chuyền sản xuất bao bì từng gặp phải tiếng rít sắc nhọn khi động cơ hoạt động. Kiểm tra cho thấy tần số cộng hưởng trùng khớp với tần số tự nhiên của cấu trúc cơ khí. Các giải pháp bao gồm: đầu tiên, điều chỉnh các tham số cứng (ví dụ: PA15, PB06) thông qua bộ điều khiển servo và kích hoạt chức năng lọc thích ứng để kìm hãm rung ở các tần số cụ thể; thứ hai, kiểm tra độ chính xác của liên kết—sai lệch song song phải được kiểm soát trong phạm vi 0,02 mm; nếu sử dụng truyền động bằng đai, hãy kiểm tra độ căng đều. Lưu ý, khi vận hành ở tốc độ thấp (ví dụ: dưới 300 vòng/phút), việc kích hoạt chế độ Hybrid Decay có thể kìm hãm rung ở tần số trung bình. Đối với tiếng ồn tần số cao, hãy lắp đặt bộ lọc lõi ferrite tại đầu vào điện động cơ. Một nhà sản xuất thiết bị y tế đã giảm tiếng ồn 12 dB bằng cách sử dụng phương pháp này.

2. Sự trôi dạt về độ chính xác định vị

Một máy CNC đã gặp lỗi tích lũy 0,1 mm/giờ trong quá trình gia công liên tục, được truy tìm nguyên nhân do nhiễu tín hiệu từ bộ mã hóa. Các bước giải quyết bao gồm: (1) sử dụng đầu dò phân biệt để kiểm tra tính toàn vẹn tín hiệu của cáp bộ mã hóa (A+/A-, B+/B-); thay thế bằng cáp xoắn đôi có lớp bảo vệ nếu méo dạng sóng vượt quá 15%; (2) xác minh rằng tỷ lệ bánh răng điện tử của bộ điều khiển servo (tử số PA12 / mẫu số PA13) phù hợp với tỷ lệ giảm cơ khí—một dây chuyền sản xuất tự động có thiết lập mẫu số sai là 32767, gây ra lỗi 0,03° mỗi vòng quay; (3) đối với hệ thống bộ mã hóa tuyệt đối, thực hiện hiệu chuẩn gốc định kỳ, tốt nhất là sử dụng laze canh hai tần số để bù đắp. Trong thực tế, việc lắp đặt bộ khuếch đại cách ly tín hiệu tăng cường khả năng chống nhiễu—một nhà sản xuất thiết bị bán dẫn đã đạt được độ lặp lại ±1 μm sau khi triển khai.

3. Kích hoạt bảo vệ quá nhiệt động cơ

Khi nhiệt độ bề mặt động cơ liên tục vượt quá 80°C, bảo vệ nhiệt buộc phải tắt máy. Một robot ép nhựa thường báo lỗi Err21.0 quá nhiệt. Phân tích cho thấy: (1) cài đặt vòng lặp dòng điện quá mức (PA11)—với tải dòng điện thực tế chỉ 60% giá trị định mức, giảm giới hạn dòng điện 20% đã giải quyết vấn đề; (2) làm mát động cơ không đủ—thêm quạt làm mát ép buộc đã hạ nhiệt độ 15–20°C; (3) đối với các hoạt động khởi động và dừng thường xuyên, chọn động cơ có khả năng tương thích quán tính tốt hơn. Trong một trường hợp, tăng độ phân giải xung từ 1600 ppr lên 6400 ppr đã giảm tổn thất sắt 37%. Lưu ý: cho mỗi 10°C tăng nhiệt độ môi trường, mô-men xoắn định mức của động cơ phải giảm 8%.

4. Mất bước đột ngột

Ở tốc độ cao (ví dụ: trên 1500 vòng/phút), động cơ bước dễ mất bước do mô-men xoắn không đủ. Một máy gắn chip đã cho thấy độ trễ vị trí trong quá trình tăng tốc. Các giải pháp bao gồm: (1) tối ưu hóa hồ sơ tăng/giảm tốc S-curve—đặt jerk (tham số jerk) ở 30–50% giá trị tăng tốc; (2) theo dõi dao động điện áp nguồn—điện áp hoạt động tối thiểu cho hệ thống 24V không nên giảm xuống dưới 21,6V; (3) đối với tải quán tính cao, kích hoạt bồi thường feedforward (tham số PF03) trong bộ điều khiển servo. Một nhà sản xuất máy dệt đã giảm tỷ lệ mất bước ở tốc độ cao từ 0,3% xuống dưới 0,01% bằng cách thêm bồi thường quán tính flywheel. Lưu ý quan trọng: khi tỷ lệ quán tính tải/mô-men xoắn động cơ (JL/JM) vượt quá 30:1, việc chọn lại động cơ là bắt buộc.

5. Xử lý gián đoạn giao tiếp

Các hệ thống được điều khiển qua bus (ví dụ: EtherCAT, CANopen) dễ bị hết thời gian giao tiếp. Một dây chuyền sản xuất pin lithium đã gặp sự cố mạng servo mỗi hai giờ, cuối cùng được truy tìm nguyên nhân: (1) thiếu điện trở kết thúc gây phản xạ tín hiệu—thêm điện trở 120Ω tại các nút cuối giảm tỷ lệ lỗi bit 90%; (2) cấu trúc mạng không tối ưu—thay thế cấu trúc chuỗi đơn bằng cấu trúc sao cải thiện độ tin cậy; một trường hợp cho thấy bộ lặp quang đã giảm độ trễ giao tiếp từ 200 μs xuống 50 μs; (3) firmware của bộ điều khiển servo cũ—lỗi tổng kiểm CRC đã được sửa trong phiên bản mới nhất. Quan trọng: đối với mạng PROFINET, đảm bảo tên thiết bị của mỗi nút được liên kết chính xác với địa chỉ IP của nó.

6. Xử lý sự cố phanh

Đối với động cơ servo có phanh điện từ, một cần cẩu kho hàng đã từng gặp trượt sau khi mất điện. Các biện pháp khắc phục bao gồm: (1) xác minh thời gian phản hồi phanh—phanh 24V phải hoạt động trong <50 ms; (2) đo đạc định kỳ độ mòn miếng phanh—thay thế khi độ dày còn lại <1,5 mm; (3) thêm logic phanh trước trong chương trình PLC để kích hoạt tín hiệu phanh sớm 50 ms. Hệ thống AGV cảng đã thêm nguồn dự phòng siêu tụ điện để đảm bảo phanh hoạt động đáng tin cậy trong trường hợp mất điện. Đối với các ứng dụng trục dọc, đề nghị thêm các điểm dừng cơ khí làm bảo vệ thứ cấp.

Lời khuyên tối ưu hóa nâng cao

Ngoài các giải pháp trên, hãy thiết lập hệ thống bảo dưỡng phòng ngừa:

• Ghi chép hàng tháng sự mất cân đối dòng ba pha (cảnh báo nếu sai lệch >10%); 

• Kiểm tra điện trở cách điện của cuộn dây hàng quý bằng đồng hồ megohm (≥100 MΩ); 

• Sử dụng chức năng chụp sóng lỗi tích hợp trong bộ điều khiển servo để phân tích sự bất thường. Một dây chuyền hàn ô tô đã phát hiện rằng khi tổng谐波失真（THD）超过8%时，电机故障概率增加五倍——主动更换滤波电容使MTBF提高了40%。

通过系统的故障分析和解决方案实施，步进伺服系统的整体效率可以提高25%以上。建议工程师维护完整的参数备份档案，以便在设备搬迁或组件更换期间快速恢复最佳配置。随着预测性维护技术的进步，未来集成振动传感器和电流波形分析将实现更精确的故障预测。

Sử dụng chức năng chụp sóng lỗi tích hợp trong bộ điều khiển servo để phân tích sự bất thường. Một dây chuyền hàn ô tô đã phát hiện rằng khi tổng biến dạng hài (THD) vượt quá 8%, xác suất hỏng hóc động cơ tăng gấp năm lần—việc thay thế chủ động các tụ lọc đã cải thiện MTBF 40%.

Qua phân tích và thực hiện giải pháp cho các sự cố hệ thống, hiệu suất tổng thể của hệ thống servo bước có thể cải thiện hơn 25%. Kỹ sư được khuyến nghị duy trì lưu trữ đầy đủ các bản sao lưu tham số để nhanh chóng khôi phục cấu hình tối ưu trong quá trình di chuyển thiết bị hoặc thay thế linh kiện. Với sự tiến bộ của công nghệ bảo dưỡng dự đoán, việc tích hợp cảm biến rung và phân tích dạng sóng dòng điện trong tương lai sẽ cho phép dự đoán sự cố chính xác hơn.