고객들은 유지 보수 및 장비 크기 감소, 그리고 빠른 처리량과 장비 셋업을 요구합니다. 이러한 요구 사항을 충족하기 위해 장비 제조업체들은 기계 부품 대신 서보 제어 모션을 선택하고 있습니다.

모션 제어는 기계의 성능과 한계를 정의합니다. 따라서 처리량과 유연성을 극대화하고 유지 보수를 줄이려면 기계 내 모션 제어 방식을 업그레이드해야 하는 경우가 많습니다. 기존 제어 설계 및 장치에서 서보 제어로 전환하는 대부분의 이유는 다음과 같은 이점을 하나 이상 얻기 위해서입니다.

• 처리량 증가. 서보모터는 높은 가속도와 속도를 생성합니다.
• 정확도 향상. 서보는 빠르게 움직이는 부품을 처리하는 데 필요한 높은 정확도를 제공할 수 있습니다.
• 유연성 향상. 서보는 기존 기계 부품의 전자 버전을 제공합니다. 예를 들어, 전자 캠 프로파일은 거의 즉시 변경할 수 있습니다. 프로그래밍 가능한 모션 프로파일은 다양한 제품 크기와 구성에 맞게 조정할 수 있습니다. 전자 "기어" 비율은 다양한 기계 속도에 맞게 변경할 수 있습니다. 또한 전자 기어링을 사용하면 긴 샤프트, 기어, 벨트가 필요 없으므로 용도에 편리한 어느 곳에나 모터를 배치할 수 있습니다.

또한, 하나의 전기 "라인 샤프트"는 거의 무제한의 축에 연결될 수 있습니다. 여러 구성의 기계의 경우, 이는 추가 모션 축에 대해 추가적인 기계적 연결이 필요하지 않음을 의미합니다.

서보는 사용 가능한 정보의 증가로 인해 유연성을 높여줍니다. 예를 들어, 많은 서보 컨트롤러는 문제 해결에 도움이 되는 오류 및 오류 상태 이력을 저장합니다. 대부분의 서보 시스템은 성능 분석을 위해 오실로스코프 스타일의 다이어그램을 표시할 수도 있습니다. • 유지보수 감소. 서보는 기계의 기계 부품 수를 줄이는 데 도움이 됩니다. 전자 기어는 벨트를 대체하고, 전자 캠은 마모에 영향을 받지 않습니다. 전자 리미트 스위치는 간헐적인 재조정이나 교체가 필요하지 않습니다.

서보는 어느 정도 공부와 경험이 필요합니다. 서보 제어를 처음 접한다면 첫 시스템을 선택하고 적용하는 데 시간을 투자해야 합니다. (서보 용어에 대한 참고 사항: 컨트롤러라는 단어는 여러 용도로 사용됩니다. 시스템 또는운동컨트롤러는 일반적으로 동작을 제어하는 ​​프로그램을 실행합니다.모터컨트롤러가 하나를 제어합니다모터혼란을 줄이기 위해 모터 컨트롤러를 드라이브라고 부르겠습니다.

애플리케이션 크기 및 선택

서보 부품을 선택하고 크기를 조정하는 것은 모터, 드라이브, 컨트롤러 등 부품의 수와 산업용 PC 또는 PLC의 가능성 때문에 복잡해 보일 수 있습니다. 기계 관련 경력이 있다면 이 과정이 어려울 수 있습니다. 다행히 부품 공급업체와 제어 시스템 통합업체와 같은 회사들이 이러한 부품들을 패키지로 제공하고 애플리케이션 지원도 제공합니다. 직접 하든 패키지를 구매하든, 기본적인 절차는 다음과 같습니다.

먼저 모터를 선택하세요모터 선택은 모터 형태를 선택하는 것부터 시작합니다. 종횡비가 큰 모터(길이는 길고 지름은 작은)가 가장 일반적입니다. 이러한 모터는 사각형 또는 원형으로 제작되며, 뛰어난 가성비와 성능을 제공합니다. 디스크 모터(길이는 짧고 지름은 큰)는 좁은 공간에 적합하며, 관성이 낮은 로터 덕분에 높은 가속도를 제공합니다. 두 모터 모두 밀폐형과 비밀폐형으로 제공됩니다.

프레임리스 또는 일체형 모터는 회전자와 고정자를 분리하여 기계에 통합합니다. 이러한 모터는 컴팩트한 설계를 가능하게 하며, 정확도를 높이고 진동을 줄여 직접 구동 작동을 향상시킵니다.

선형 모터는 표준 회전 모터와 관련 구동 장치를 대체하여 직선 운동을 직접 생성합니다. 처리량과 정확도를 동시에 몇 배나 높일 수 있습니다.

모터 크기 조정모터 크기는 주로 최대 토크와 연속 토크를 기준으로 합니다. 모터 크기 조정은 까다로울 수 있으며, 개발 후반부에서야 오류를 발견할 수 있습니다. 이 시점에서는 모터 크기를 늘리기가 어려울 수 있으므로 계산에 여유를 두는 것이 좋습니다. 이 과정을 처음 접하는 경우 모터 회사의 애플리케이션 엔지니어에게 문의하는 것이 좋습니다.

피드백을 선택하세요가장 일반적인 피드백 장치는 인코더와 리졸버입니다. 인코더는 펄스 열을 생성하는 광학 장치입니다. 펄스 수는 각 이동 거리에 비례합니다. 특히 높은 분해능에서 높은 정확도를 제공합니다. 리졸버는 모터 1회전 내에서 절대 위치를 감지하는 전기 기계 장치로, 뛰어난 견고성으로 잘 알려져 있습니다. 용도에 가장 적합한 장치를 선택하십시오.

피드백 센서 유형을 선택한 후에는 분해능을 선택해야 합니다. 일반적으로 1,000라인 인코더 또는 12비트 리졸버가 충분한 분해능을 제공합니다. 두 센서 모두 회전당 약 4,000개의 서로 다른 위치를 생성하며, 이는 약 0.1도 분해능에 해당합니다. 하지만 더 높은 분해능이 필요한 경우, 센서를 적절히 선택해야 합니다. 한 가지 주의할 점은 분해능과 정확도를 구분해야 한다는 것입니다. 많은 서보 모터가 리졸버 피드백에 대해 선택 가능한 분해능을 제공하지만, 정확도(일반적으로 10~40분각)에는 영향을 미치지 않을 수 있습니다.

드라이브를 선택하세요전원 공급 장치를 모듈식(별도)으로 할지, 아니면 드라이브에 통합할 것인지 고려하십시오. 같은 제품군의 드라이브가 세 개 이상 가까이 있는 경우 모듈식 전원 공급 장치가 적합합니다. 축이 하나인 경우에는 일반적으로 통합 전원 공급 장치가 더 적합합니다. 축이 두 개인 경우에는 두 솔루션이 거의 동일합니다.

드라이브를 외장형으로 설치할 계획이라면 드라이브 크기가 상당히 다양하며 장비의 전체 ​​크기에 영향을 미칠 수 있다는 점을 명심하십시오. 외장형 드라이브 크기에 따라 다양한 냉각 옵션도 고려해야 할 수 있습니다.

사인 정류 vs. 6단계

브러시리스 서보 모터의 경우, 드라이브에서 모터로 전달되는 전력 파형은 6단 구동 방식과 사인파 방식, 두 가지로 나타나는 경향이 있습니다. 사인파 방식에서는 드라이브에서 생성되는 전류 파형이 사인파에 가까운 전류를 생성합니다. 이는 토크를 부드럽게 하고 발열을 줄입니다. 6단 구동 방식은 간단한 전자 장치를 사용하여 6세그먼트 구형파를 생성합니다. 6단 구동 방식은 비용은 낮지만 저속에서는 작동이 원활하지 않습니다.

튜닝 유연성튜닝은 피드백 루프에서 이득을 선택하는 과정으로, 고성능과 안정적인 작동 유지에 필수적입니다. 과거에는 튜닝이 과학이라기보다는 예술에 가까웠습니다. 이제 최신 서보 드라이브는 기계 설계자를 위한 다양한 도구를 제공합니다. 드라이브가 기계 시스템을 구동하여 일련의 루프 이득을 생성하는 과정인 자동 튜닝(또는 셀프 튜닝)은 거의 표준으로 자리 잡았습니다. 대부분의 드라이브는 디지털 이득으로 설정되므로 납땜 인두나 냄비 트리머(작은 드라이버)가 필요하지 않습니다. 더 복잡한 방법은 가끔 필요할 수도 있지만, 이러한 방법을 사용할 수 있다면 더 많은 옵션을 제공할 수 있습니다.

아날로그 드라이브는 비용이 저렴할 수 있지만, 전위차계를 조정하거나 수동 부품을 교체하여 루프를 조정해야 할 수도 있습니다. 어떤 방법을 선택하든 튜닝은 학습 과정의 일부이며, 상당한 연구와 실험이 필요합니다.

커뮤니케이션을 주도하다많은 드라이브는 속도 및 토크 명령을 전달하기 위해 아날로그 신호를 사용합니다. 그러나 디지털 통신은 통신 배선을 줄이고 시스템의 유연성을 높여주므로 점점 더 인기를 얻고 있습니다. 많은 드라이브가 DeviceNet, Profibus, 그리고 모션 제어를 위한 새로운 네트워크인 Sercos와 같은 네트워크와 호환됩니다.

전압공장 현장에서는 110Vac 전원을 구하기 어려울 수 있습니다. 유럽에서는 460Vac가 널리 사용되므로, 230Vac 드라이브를 해외에서 사용하려면 기계에 변압기가 필요할 수 있습니다. 460Vac 드라이브는 비용이 많이 들 수 있습니다. 이에 대한 대안으로, 전력 반도체를 사용하여 전압 레벨을 변환하는 범용 전원 공급 장치가 있습니다. 모듈형 전원 공급 장치를 사용하는 시스템의 경우, 하나의 범용 전원 공급 장치로 230Vac에서 480Vac까지의 모든 전압을 사용하여 여러 개의 230Vac 축에 전원을 공급할 수 있습니다.

마지막으로 고려해야 할 점은 기계에서 소수의 드라이브 제품군만 사용하면 예비 부품 목록이 간소화된다는 것입니다.

컨트롤러를 선택하세요

컨트롤러를 선택할 때는 단일 축 또는 다축을 선택하십시오. 단일 축 컨트롤러는 모션 컨트롤러, 드라이브, 그리고 종종 전원 공급 장치를 하나의 패키지로 통합합니다. 1축 또는 2축 시스템에서 이러한 컨트롤러는 비용, 크기, 배선 및 시스템 복잡성을 줄일 수 있습니다.

다축 컨트롤러는 일반적으로 더 복잡한 시스템에 더 적합합니다. 첫째, 특히 축 수가 증가함에 따라 비용이 절감됩니다. 둘째, 하나의 프로그램으로 모든 모션을 제어할 수 있으므로 시스템 복잡성이 줄어듭니다. 또한 이러한 모션 컨트롤러는 일반적으로 모든 축을 다른 축과 연결할 수 있고, 프로그램 실행 중에 해당 연결을 수정할 수 있으므로 동기화에 더 큰 유연성을 제공합니다.

컨트롤러를 선택한 후에는 "박스형" 또는 "보드형" 구성 중 하나를 선택해야 합니다. 박스형 구성은 단독 작동이 가능한 밀폐형 컨트롤러입니다. 보드형 컨트롤러는 산업용 컴퓨터에 연결됩니다. 장비에 이미 산업용 컴퓨터가 있는 경우, 호환 보드를 사용하면 비용을 절감하고 제어 장치와 장비의 통합을 강화할 수 있습니다. 산업용 컴퓨터를 사용할 계획이 없다면 일반적으로 박스형 컨트롤러를 추가하는 것이 더 쉽습니다.

기능 세트를 평가하세요

마지막으로 컨트롤러 기능을 평가합니다. 지금까지 논의된 기능들을 고려해 보세요. 기어링, 캠, 고속 레지스트레이션, 그리고 프로그래밍 가능 리미트 스위치 등이 있습니다. 대부분의 컨트롤러는 이러한 기능을 어떤 형태로든 제공하지만, 구체적인 내용은 애플리케이션의 요구 사항과 비교해야 합니다. 작동 중 기어비를 변경해야 합니까? 캠 프로파일을 실시간으로 수정해야 합니까? 어떤 레지스트레이션 정확도가 필요합니까? 작동 중 속도 또는 목표 위치 변경이 필요합니까? 컨트롤러가 이 애플리케이션에 충분한 축을 지원합니까? 향후 기계 버전에도 호환될 수 있습니까?

비용 처리

서보 부품의 비용은 대체되는 기계 부품의 비용보다 높은 경우가 많습니다. 그러나 이러한 높은 비용을 완화하는 몇 가지 중요한 요소가 있습니다. 예를 들어, 복잡한 기계 장치를 제거하면 총비용과 기계 크기를 줄일 수 있어 시스템의 가치를 높일 수 있습니다. 서보 컨트롤러는 종종 PLC를 대체하는데, 이 경우 서보로 전환하는 데 드는 전체 비용을 상쇄할 수 있습니다. 유연성이 향상되면 기계 모델 수나 기계 라인 생산에 필요한 공정 수를 줄여 제조 비용을 절감할 수 있습니다.

일반적인 고려 사항

모션 기능 외에도 고려해야 할 사항들이 있습니다. 해당 언어가 프로세스를 지원할 수 있을까요? 너무 복잡해서 배우는 데 많은 시간을 투자해야 할까요? 제품이 멀티태스킹을 지원할까요? 멀티태스킹은 여러 프로세스에 대해 서로 다른 프로그램을 작성할 수 있게 해 주는 기술로, 복잡한 기계의 프로그래밍을 간소화합니다.

이 모든 질문에 답하기 어려울 수 있습니다. 특히 전자 모션 제어를 처음 접하는 경우 더욱 그렇습니다. 컨트롤러를 제공하는 대부분의 회사는 컨트롤러를 잘 지원합니다. 선택 과정에서 많은 질문을 하세요. 제품 평가뿐만 아니라 지원도 평가하는 데 도움이 됩니다. 마지막으로, 회사의 개발 활동의 미래를 고려하세요. 현재와 향후 몇 년 동안 제품과 지원을 제공할 수 있는 공급업체를 선택하세요.