מנועי צעד בלולאה סגורה עשויים להיות הבחירה הטובה ביותר עבור משימות שבוצעו בדרך כלל על ידי סרוו, מכיוון שמנועי צעד מסורתיים לא יכלו להתמודד איתם.

אחת ההחלטות הקריטיות יותר שמהנדסים יכולים לקבל בעת תכנון כל סוג של תהליך בקרת תנועה היא בחירת המנוע. בחירת המנוע הנכון, הן מבחינת סוג והן מבחינת גודל, היא חיונית ליעילות התפעולית של המכונה הסופית. יתר על כן, הבטחה שהמנוע לא יפרוץ את התקציב היא תמיד דאגה עליונה.

אחת השאלות הראשונות שיש לענות עליהן בקבלת ההחלטה היא: איזה סוג מנוע יהיה הטוב ביותר? האם היישום דורש מנוע סרוו בעל ביצועים גבוהים? האם מנוע צעד זול יהיה טוב יותר? או שאולי יש אפשרות שלישית, בינונית, שכדאי לשקול?

התשובות מתחילות בצרכים של היישום הספציפי. ישנם גורמים רבים שיש להתייחס אליהם לפני קביעת סוג המנוע שיהיה אידיאלי עבור כל יישום נתון.

הדרישות

כמה סיבובים בדקה המנוע צריך לבצע? כמה מומנט נדרש? מהי מהירות השיא הנדרשת?

לא ניתן לענות על שאלות קריטיות אלו פשוט על ידי בחירת מנוע עם כוח סוס נתון.

תפוקת ההספק של מנוע היא השילוב של מומנט ומהירות, אשר ניתן לחשב על ידי כפל של מהירות, מומנט וקבוע.

עם זאת, בשל אופיו של חישוב זה, ישנם שילובים רבים ושונים של מומנט ומהירות שיניבו תפוקת הספק ספציפית. לפיכך, מנועים שונים בעלי דירוגי הספק דומים יכולים לפעול בצורה שונה עקב שילוב המהירות והמומנט שהם מציעים.

מהנדסים חייבים לדעת באיזו מהירות עומס בגודל מסוים צריך לנוע לפני שיבחרו בביטחון מנוע שיעבוד בצורה הטובה ביותר. העבודה המבוצעת חייבת גם להיכלל בעקומת המומנט/מהירות של המנוע. עקומה זו מראה כיצד מומנט המנוע משתנה במהלך הפעולה. באמצעות הנחות "המקרה הגרוע ביותר" (במילים אחרות, קביעת כמות המומנט והמהירות המקסימלית/מינימלית שהעבודה תדרוש), מהנדסים יכולים להיות בטוחים שלמנוע שנבחר יש עקומת מומנט/מהירות מספקת.

אינרציית העומס היא גורם נוסף שיש להתייחס אליו לפני שצוללים לתהליך קבלת ההחלטות של בחירת מנוע. יש לחשב את יחס האינרציה, שהוא ההשוואה בין אינרציית העומס לאינרציית המנוע. כלל אצבע אחד אומר שאם אינרציית העומס עולה על פי 10 מזו של הרוטור, אז כוונון המנוע עשוי להיות קשה יותר והביצועים עלולים להיפגע. אבל כלל זה משתנה לא רק מטכנולוגיה לטכנולוגיה, אלא גם מספק לספק ואפילו ממוצר למוצר. גם מידת הקריטיות של יישום תשפיע על החלטה זו. מוצרים מסוימים מטפלים ביחסים של עד 30 ל-1, בעוד שהנעות ישירות פועלות ביחס של עד 200 ל-1. אנשים רבים לא אוהבים לקבוע גודל מנוע שעולה על יחס של 10 ל-1.

לבסוף, האם ישנן מגבלות פיזיות המגבילות מנוע מסוים על פני אחר? מנועים מגיעים בצורות ובגדלים שונים. במקרים מסוימים, מנועים גדולים ומגושמים, וישנן פעולות מסוימות שלא יכולות להכיל מנוע בגודל מסוים. לפני שניתן לקבל החלטה מושכלת לגבי סוג המנוע הטוב ביותר, יש להכיר ולהבין את המפרטים הפיזיים הללו.

ברגע שהמהנדסים עונים על כל השאלות הללו - מהירות, מומנט, כוחות סוס, אינרציה של עומס ומגבלות פיזיות - הם יכולים לאתר את גודל המנוע היעיל ביותר. עם זאת, תהליך קבלת ההחלטות לא נעצר שם. המהנדסים חייבים גם להבין איזה סוג מנוע מתאים ביותר ליישום. במשך שנים, בחירת הסוג הסתכמה באחת משתי אפשרויות עבור רוב היישומים: מנוע סרוו או מנוע צעד פתוח.

סרוו וסטפרים

עקרונות הפעולה של מנועי סרוו ומנועי צעד פתוחים דומים. עם זאת, ישנם הבדלים מרכזיים ביניהם שמהנדסים חייבים להבין לפני שהם מחליטים איזה מנוע אידיאלי עבור יישום נתון.

במערכות סרוו מסורתיות, בקר שולח פקודות להנעת המנוע באמצעות דופק וכיוון או פקודה אנלוגית הקשורה למיקום, מהירות או מומנט. חלק מהבקרות עשויות להשתמש בשיטה מבוססת אפיק, שבבקרות החדשות ביותר היא בדרך כלל שיטת תקשורת מבוססת Ethernet. לאחר מכן ההנעה שולחת זרם מתאים לכל פאזה של המנוע. משוב המנוע חוזר להנעת המנוע, ובמידת הצורך, לבקר. ההנעה מסתמכת על מידע זה כדי לבצע קומוטציה נכונה של המנוע ולשלוח מידע טוב על המיקום הדינמי של ציר המנוע. לכן, מנועי סרוו נחשבים למנועים בלולאה סגורה ומכילים מקודדים מובנים, ונתוני מיקום מוזנים לעתים קרובות לבקר. משוב זה נותן לבקר שליטה רבה יותר על המנוע. הבקר יכול לבצע התאמות לפעולות, בדרגות שונות, אם משהו אינו פועל כראוי. סוג זה של מידע חיוני הוא יתרון שמנועי צעד בלולאה פתוחה אינם יכולים להציע.

מנועי צעד פועלים גם על פי פקודות הנשלחות להינע המנוע כדי להכתיב את המרחק והמהירות. בדרך כלל, אות זה הוא פקודת צעד וכיוון. עם זאת, מנועי צעד בלולאה פתוחה אינם יכולים לספק משוב למפעילים, כך שהבקרות שלהם אינן יכולות להעריך כראוי את המצב ולבצע התאמות כדי לשפר את פעולת המנוע.

לדוגמה, אם מומנט המנוע אינו מספיק כדי להתמודד עם העומס, המנוע עלול להיעצר או להחמיץ צעדים מסוימים. כאשר זה קורה, מיקום היעד לא יגיע. בהתחשב במאפייני הלולאה הפתוחה של מנוע הצעד, מיקום לא מדויק זה לא יועבר כראוי בחזרה לבקר כדי שיוכל לבצע התאמות.

נראה שלמנוע סרוו יש יתרונות ברורים מבחינת יעילות וביצועים, אז למה שמישהו יבחר במנוע צעד? ישנן כמה סיבות. הנפוצה ביותר היא מחיר; תקציבי תפעול הם שיקולים חשובים בקבלת כל החלטה עיצובית. ככל שהתקציבים מצטמצמים, יש לקבל החלטות כדי לקצץ בעלויות מיותרות. זה לא רק מתייחס לעלות המנוע עצמו, אלא שגם תחזוקה שוטפת וחירום נוטה להיות פחות יקרה עבור מנועי צעד בהשוואה למנועי סרוו. לכן, אם היתרונות של מנוע סרוו אינם מצדיקים את עלויותיו, מנוע צעד סטנדרטי עשוי להספיק.

מבחינה תפעולית גרידא, מנועי צעד קלים יותר לשימוש באופן משמעותי ממנועי סרבו סטנדרטיים. הפעלת מנוע צעד פשוטה הרבה יותר להבנה וקלה יותר להגדרה. רוב העובדים יסכימו שאם אין סיבה לסבך יתר על המידה את הפעולות, יש לשמור על פשטות.

היתרונות שמציעים שני סוגי המנועים השונים שונים מאוד. מנועי סרוו אידיאליים אם אתם זקוקים למנוע עם מהירויות מעל 3,000 סל"ד ומומנט גבוה. עם זאת, עבור יישום הדורש מהירויות של כמה מאות סל"ד או פחות, מנוע סרוו אינו תמיד הבחירה הטובה ביותר. מנועי סרוו עשויים להיות מוגזמים עבור יישומים במהירות נמוכה.

יישומים במהירות נמוכה הם המקום שבו מנועי צעד בולטים כפתרון הטוב ביותר האפשרי. מנועי צעד לא רק ניתנים לחזרה בכל הנוגע לעצירה, אלא גם מתוכננים לפעול במהירות נמוכה תוך מתן מומנט גבוה. מטבעו של תכנון זה, ניתן לשלוט במנועי צעד ולהפעיל אותם עד לגבול המהירות שלהם. גבול המהירות של מנועי צעד אופייניים הוא בדרך כלל מתחת ל-1,000 סל"ד, בעוד שמנועי סרוו יכולים להיות בעלי מהירויות מדורגות של עד 3,000 סל"ד ומעלה - לפעמים אפילו מעל 7,000 סל"ד.

אם מנוע צעד בגודל הנכון, הוא יכול להיות הבחירה המושלמת. עם זאת, כאשר מנוע צעד פועל בתצורת לולאה פתוחה ומשהו משתבש, ייתכן שהמפעילים לא יקבלו את כל הנתונים הדרושים להם כדי לתקן את הבעיה.

פתרון בעיית הלולאה הפתוחה

במהלך העשורים האחרונים, הוצעו מספר גישות שונות לפתרון הבעיות המסורתיות של מנועי צעד בלולאה פתוחה. כיוון המנוע לחיישן בעת ​​ההפעלה, או אפילו מספר פעמים במהלך יישום, היה שיטה אחת. למרות היותה פשוטה, היא מאטה את הפעולות ואינה לוכדת בעיות שמתעוררות במהלך תהליכי הפעלה רגילים.

הוספת משוב כדי לזהות אם המנוע נתקע או לא במקומו היא גישה נוספת. מהנדסים בחברות בקרת תנועה יצרו תכונות של "זיהוי עצירה" ו"תחזוקת מיקום". היו אפילו כמה גישות שהלכו רחוק יותר ומתייחסות למנועי צעד כמו סרוו, או לפחות מחקות אותם בעזרת אלגוריתמים מתוחכמים.

בספקטרום הרחב של מנועים - בין מנועי סרוו למנועי צעד בלולאה פתוחה - נמצאת טכנולוגיה חדשה יחסית המכונה מנוע צעד בלולאה סגורה. זוהי הדרך הטובה והחסכונית ביותר לפתור את בעיית היישומים הדורשים דיוק מיקום ומהירויות נמוכות. על ידי שימוש במכשירי משוב ברזולוציה גבוהה לסגירת הלולאה, מהנדסים יכולים ליהנות מ"הטוב שבשני העולמות".

מנועי צעד בלולאה סגורה מציעים את כל היתרונות של מנועי צעד: קלות שימוש, פשטות ויכולת לפעול באופן עקבי במהירויות נמוכות עם עצירה מדויקת. בנוסף, הם עדיין מציעים את יכולות המשוב שיש למנועי סרוו. למרבה המזל, זה לא חייב לבוא עם החיסרון הגדול ביותר של סרוו: תג מחיר גבוה יותר.

המפתח תמיד היה באופן שבו מנועי צעד פועלים בלולאה פתוחה. בדרך כלל יש להם שני סלילים, לפעמים חמישה, עם פעולת איזון מגנטית ביניהם. תנועה מפרה את האיזון הזה, וגורמת לציר המנוע לפגר חשמלית, אך המפעיל אינו יכול לדעת עד כמה הוא מפגר. נקודת העצירה ניתנת לחזרה עבור מנועי צעד בלולאה פתוחה, אך לא עבור כל העומסים. הצבת מקודד על מנוע הצעד והפיכתו ללולאה סגורה מספקת שליטה דינמית מסוימת. זה מאפשר למפעילים לעצור בנקודה מדויקת תחת עומסים משתנים.

יתרונות אלה של שימוש במנועי צעד בלולאה סגורה עבור יישומים מסוימים הגבירו באופן דרמטי את הפופולריות של מנועים אלה בקהילת בקרת התנועה. באופן ספציפי, בשתיים מהתעשיות הבולטות יותר, יצרני מוליכים למחצה ומכשור רפואי, יש עלייה ברורה בשימוש במנועי צעד בלולאה סגורה. מהנדסים בתעשיות אלה חייבים לדעת בדיוק היכן המנועים מיקמו עומסים או מפעילים, בין אם הם מפעילים רצועה או בורג כדורי. משוב הלולאה הסגורה במנועי צעד אלה מאפשר להם לדעת בדיוק היכן הוא נמצא. מנועי צעד אלה יכולים גם לספק ביצועים טובים יותר מאשר מנועי סרוו במהירויות נמוכות יותר.

באופן כללי, כל יישום הדורש ביצועים מובטחים בעלות נמוכה יותר ממנוע סרוו, ויכולת לפעול במהירויות נמוכות יחסית, הוא מועמד טוב למנועי צעד בלולאה סגורה.

קחו בחשבון, מפעילים אכן צריכים לוודא שהכונן או הבקרות תומכים במנועי צעד בלולאה סגורה. מבחינה היסטורית, ניתן היה להשיג מנוע צעד עם מקודד בגב המנוע, אך ההינע היה מנוע צעד סטנדרטי ולא תמך במקודדים. היה צורך להחזיר את המקודד לבקר ולהפעיל אימות מיקום בסוף כל תנועה נתונה. זה לא נדרש עם מנועי צעד בלולאה סגורה חדשים. מנועי צעד בלולאה סגורה יכולים לטפל בבקרת מיקום ומהירות באופן דינמי ואוטומטי מבלי לערב בקרים.