Enkodery absolutne (czujniki położenia) typu kit mogą sprawić, że silniki krokowe staną się tańszą opcją dla serwomotorów w wielu aplikacjach sterowania ruchem maszyn przemysłowych.
Niedrogie silniki krokowe są atrakcyjną alternatywą dla wysokiej klasy serwomotorów w wielu aplikacjach sterowania ruchem w maszynach przemysłowych. Jest to możliwe dzięki nowej generacji enkoderów typu kit (modułowych czujników położenia), które można wykorzystać do sterowania standardowymi silnikami krokowymi, zapewniając dokładne i niezawodne automatyczne sterowanie położeniem. Oprócz realizowania pomiarów położenia bezwzględnego, te nowe czujniki oferują funkcjonalność samozasilania, bezobsługowości oraz sterowania napędem wieloobrotowym.
Silniki krokowe to proste bezszczotkowe silniki prądu stałego, wykorzystywane w szerokim zakresie aplikacji, takich jak małe narzędzia, urządzenia, drukarki i pojazdy. W przemyśle są one wykorzystywane do realizacji zadań pozycjonowania w maszynach lub szybkich procesów typu pick-and-place (montaż elementów SMD na płytkach drukowanych).
W porównaniu do serwomotorów, które są przeznaczone do precyzyjnego sterowania ruchem, silniki krokowe są prostszymi urządzeniami. Są też znacznie tańsze, ich cena wynosi średnio jedną dziesiątą ceny serwomotorów. W przypadku silników krokowych sterowanie odbywa się poprzez stopniowe obracanie polem elektromagnetycznym, generowanym przez cewki stojana silnika. Z każdym impulsem regulatora wirnik porusza się do przodu o wyraźnie określony krok lub kąt. Często stosuje się rozdzielczość do 200 kroków na obrót, chociaż dostępne są również silniki o liczbie 400 lub więcej kroków na obrót. Za pomocą sterowania mikrokrokowego można osiągnąć rozdzielczość mniejszą od 0,1 stopnia. Dokładność kroku zwykle mieści się w zakresie kilku procent.
Zamknięcie pętli sterowania za pomocą czujnika położenia
Podstawowe silniki krokowe działają jako część układu sterowania w pętli otwartej. Jeśli silnik nie wykona ruchu zgodnie z żądaniem (z powodu nieoczekiwanego oporu mechanicznego), wystąpi rozbieżność między tym, co według „myślenia” układu sterowania jest pozycją elementu mechanicznego a położeniem rzeczywistym, co skutkuje utratą dokładności regulacji. Wadę tę można wyeliminować, dodając enkoder (czujnik obrotu), który może potwierdzać zakończenie każdego ruchu krokowego.
Enkodery inkrementalne (przyrostowe) dostarczają proste sygnały impulsowe po każdym zakończonym kroku obrotu i nadają się idealnie do sterowania prędkością obrotową. Jednak enkodery absolutne mogą być lepszym wyborem do zadań sterowania położeniem.
W przypadku enkoderów inkrementalnych, jeśli układ sterowania musi określić bezwzględne położenie kątowe wału silnika, to musi dokładnie zliczać liczbę wykonanych kroków. Jeśli liczba ta zostanie utracona lub zniekształcona – na przykład na skutek przerwy w zasilaniu – informacja o położeniu zostanie utracona. W takim przypadku często konieczne jest zresetowanie układu sterowania poprzez przywrócenie maszyny do znanej pozycji początkowej i ponowne rozpoczęcie odliczania kroków.
W przeciwieństwie do inkrementalnych, enkodery absolutne mierzą bezpośrednio kąty obrotu i mogą wysyłać pełne dane o położeniu, w tym liczbę pełnych obrotów. Informacje te mogą być odzyskane przez sterownik w dowolnym momencie, dzięki czemu produkcja może zostać wznowiona natychmiast po przywróceniu zasilania, przy minimalnej stracie czasu i materiałów.
Silniki krokowe z wbudowanymi czujnikami położenia są użyteczną opcją alternatywną do realizacji zadań pozycjonowania w urządzeniach produkcyjnych, maszynach pakujących, robotach i innych aplikacjach, w których wymagany jest niezawodny i ekonomiczny mechanizm napędowy.
Jim Stevens jest specjalistą ds. produktu w firmie Posital Inc.. Redakcja tekstu: Mark T. Hoske, menedżer treści w Control Engineering, CFE Media, mhoske@cfemedia.com.
