고객들은 유지보수 및 장비 크기 축소, 처리량 및 기계 설정 속도 향상을 요구합니다. 이러한 요구 사항을 충족하기 위해 장비 제조업체들은 기계식 부품 대신 서보 제어 방식의 모션 제어를 선택하고 있습니다.

모션 제어는 기계의 기능과 한계를 정의합니다. 따라서 처리량과 유연성을 극대화하고 유지 보수를 줄이려면 기계 내부의 모션 제어 방식을 업그레이드해야 하는 경우가 많습니다. 기존 제어 설계 및 장치에서 서보 제어로 전환하는 주된 이유는 다음과 같은 이점 중 하나 이상을 얻기 위함입니다.

• 처리량 증가. 서보모터는 높은 가속도와 속도를 생성합니다.
• 정확도 향상. 서보 모터는 빠르게 움직이는 부품을 처리하는 데 필요한 높은 정확도를 제공할 수 있습니다.
• 유연성 향상. 서보 모터는 기존의 기계식 부품을 전자식으로 대체합니다. 예를 들어, 전자식 캠 프로파일은 거의 즉시 변경할 수 있습니다. 프로그래밍 가능한 동작 프로파일은 다양한 제품 크기와 형상에 맞춰 조정할 수 있습니다. 전자식 기어비는 기계 속도 변화에 따라 변경될 수 있습니다. 또한 전자식 기어를 사용하면 긴 축, 기어, 벨트가 필요 없어지므로 모터를 용도에 편리한 위치에 설치할 수 있습니다.

또한, 하나의 전기식 "라인 샤프트"는 거의 무제한의 축에 연결할 수 있습니다. 여러 구성으로 이루어진 기계의 경우, 이는 추가적인 동작 축에 추가적인 기계적 연결 장치가 필요하지 않다는 것을 의미합니다.

서보 모터는 사용 가능한 정보가 증가하기 때문에 유연성을 높여줍니다. 예를 들어, 많은 서보 컨트롤러는 문제 해결에 도움이 되는 오류 및 오류 조건의 이력을 저장합니다. 대부분의 서보 시스템은 성능 분석을 위해 오실로스코프 스타일의 다이어그램을 표시할 수도 있습니다. • 유지 보수 비용 절감. 서보 모터는 기계 부품 수를 줄이는 데 도움이 됩니다. 전자식 기어는 벨트를 대체하고, 전자식 캠은 마모의 영향을 받지 않으며, 전자식 리미트 스위치는 주기적인 재조정이나 교체가 필요하지 않습니다.

서보 제어에는 어느 정도의 학습과 경험이 필요합니다. 서보 제어가 처음이라면 첫 시스템을 선택하고 적용하는 데 상당한 시간이 소요될 것으로 예상해야 합니다. (서보 용어에 대한 참고: '컨트롤러'라는 단어는 여러 가지 의미로 사용됩니다. 시스템 또는운동컨트롤러는 일반적으로 동작을 제어하는 ​​프로그램을 실행합니다.모터컨트롤러가 하나를 제어합니다모터혼동을 줄이기 위해 모터 컨트롤러를 드라이브라고 부르겠습니다.

애플리케이션 크기 조정 및 선택

서보 구성 요소의 선택 및 크기 조정은 모터, 드라이브, 컨트롤러, 산업용 PC 또는 PLC 등 구성 요소가 많기 때문에 복잡해 보일 수 있습니다. 기계 공학 배경을 가진 사람에게는 이러한 작업이 부담스러울 수 있습니다. 다행히 부품 공급업체와 제어 시스템 통합업체는 이러한 구성 요소를 패키지로 제공하고 애플리케이션 지원도 제공합니다. 직접 구성하든 패키지를 구매하든 기본적인 과정은 다음과 같습니다.

먼저 모터를 선택하세요.모터 선택은 모터 모양을 고르는 것부터 시작하세요. 가장 일반적인 모터는 종횡비가 큰 모터(길이가 길고 지름이 작은 모터)입니다. 이러한 모터는 정사각형 또는 원형일 수 있으며, 가격 대비 성능이 뛰어납니다. 디스크 모터(길이가 짧고 지름이 큰 모터)는 좁은 공간에 설치할 수 있으며, 낮은 관성 회전자 덕분에 높은 가속도를 제공합니다. 두 종류의 모터 모두 밀폐형과 비밀폐형이 있습니다.

프레임리스 또는 일체형 모터는 회전자와 고정자를 분리하여 기계에 통합할 수 있습니다. 이러한 모터는 소형 설계를 가능하게 하고, 정확도를 높이고 진동을 줄여 직접 구동 작동을 향상시킵니다.

기존의 회전 모터와 관련 구동 장치를 대체하는 선형 모터는 직선 운동을 직접 생성합니다. 이를 통해 처리량과 정확도를 동시에 여러 배 향상시킬 수 있습니다.

모터 크기 결정모터 크기는 주로 최대 토크와 연속 토크를 기준으로 결정됩니다. 모터 크기 선정은 까다로울 수 있으며, 개발 후반에 이르러서야 오류가 발견될 수도 있습니다. 그 시점에 모터 크기를 늘리는 것은 어렵기 때문에 계산에 여유를 두는 것이 현명합니다. 모터 크기 선정 경험이 부족하다면 모터 회사의 애플리케이션 엔지니어에게 도움을 받는 것이 좋습니다.

피드백을 선택하세요가장 일반적인 피드백 장치는 엔코더와 리졸버입니다. 엔코더는 펄스 열을 생성하는 광학 장치입니다. 펄스 수는 각도 이동에 비례합니다. 특히 고해상도에서 높은 정확도를 제공합니다. 리졸버는 모터의 한 회전 내에서 절대 위치를 감지하는 전기 기계 장치로, 내구성이 뛰어난 것으로 알려져 있습니다. 용도에 가장 적합한 장치를 선택하십시오.

피드백 센서 유형을 선택한 후에는 해상도를 선택해야 합니다. 일반적으로 1,000라인 엔코더 또는 이에 상응하는 12비트 리졸버면 충분한 해상도를 제공합니다. 두 센서 모두 회전당 약 4,000개의 위치 정보를 생성하며, 이는 약 0.1도 해상도에 해당합니다. 하지만 애플리케이션에 더 높은 해상도가 필요한 경우, 그에 맞는 센서를 선택해야 합니다. 한 가지 주의할 점은 해상도와 정확도를 구분해야 한다는 것입니다. 많은 서보 모터는 리졸버 피드백에 대해 해상도 선택 기능을 제공하지만, 정확도(일반적으로 10~40 arc-min)에는 영향을 미치지 않을 수 있습니다.

드라이브를 선택하세요전원 공급 장치를 모듈형(분리형)으로 할지, 드라이브에 통합형으로 할지 고려해 보세요. 동일 제품군의 드라이브가 세 개 이상 가까이 있을 경우 모듈형 전원 공급 장치가 효과적입니다. 단축 드라이브의 경우 통합형 전원 공급 장치가 일반적으로 더 적합합니다. 복축 드라이브의 경우 두 솔루션 모두 큰 차이가 없습니다.

하드 드라이브를 케이스에 넣을 계획이라면 드라이브 크기가 상당히 다양하여 장비 전체 크기에 영향을 미칠 수 있다는 점을 염두에 두어야 합니다. 케이스 크기에 따라 다양한 냉각 옵션을 고려해야 할 수도 있습니다.

사인파 정류법 vs. 6단계 정류법

브러시리스 서보 모터의 경우, 구동 장치에서 모터로 전달되는 전력 파형은 크게 6단계 파형과 정현파 파형 두 가지 방식이 있습니다. 정현파 방식은 구동 장치에서 생성되는 전류 파형이 정현파에 근접하도록 설계되어 있어, 보다 부드러운 토크 전달과 발열 감소 효과를 제공합니다. 6단계 방식은 간단한 전자 회로를 사용하여 6개의 세그먼트로 구성된 구형파를 생성합니다. 6단계 방식은 비용이 저렴하지만, 저속에서 작동이 불안정할 수 있습니다.

튜닝 유연성피드백 루프에서 게인을 선택하는 튜닝 과정은 고성능을 유지하고 안정적인 작동을 보장하는 데 필수적입니다. 과거에는 튜닝이 과학보다는 예술에 가까웠지만, 최신 서보 드라이브는 기계 설계자를 위한 다양한 도구를 제공합니다. 드라이브가 기계 시스템에 신호를 보내 루프 게인을 자동으로 생성하는 자동 튜닝(또는 자체 튜닝) 기능은 이제 거의 표준이 되었습니다. 대부분의 드라이브는 디지털 게인 설정을 지원하므로 납땜 인두나 가변 저항(작은 드라이버)이 필요하지 않습니다. 더 복잡한 튜닝 방법은 가끔씩 필요할 수 있지만, 이러한 기능을 갖추는 것은 설계에 더 많은 선택지를 제공합니다.

아날로그 드라이브는 가격이 저렴할 수 있지만, 가변 저항을 조정하거나 수동 부품을 교체하여 루프를 조정해야 할 수도 있습니다. 어떤 방식을 선택하든 튜닝은 학습 과정의 일부이며, 어느 정도 학습과 실험이 필요합니다.

소통을 촉진하세요많은 드라이브는 속도 및 토크 명령을 전달하기 위해 아날로그 신호를 사용합니다. 그러나 디지털 통신은 통신 배선을 줄이고 시스템의 유연성을 높이기 때문에 점점 더 널리 사용되고 있습니다. 많은 드라이브는 DeviceNet, Profibus, 그리고 모션 제어 전용 네트워크인 Sercos와 같은 네트워크와 호환됩니다.

전압공장 현장에서 110V AC 전원을 구하기 어려울 수 있다는 점에 유의하십시오. 유럽에서는 460V AC가 일반적이며, 해외에서 사용할 기계에는 230V AC 드라이브를 사용하려면 변압기가 필요할 수 있습니다. 하지만 460V AC 드라이브는 가격이 비쌀 수 있습니다. 이러한 문제를 해결하기 위한 대안으로 전력 반도체를 사용하여 전압 레벨을 변환하는 범용 전원 공급 장치가 있습니다. 모듈형 전원 공급 장치를 사용하는 시스템의 경우, 하나의 범용 전원 공급 장치로 230V AC에서 480V AC까지 다양한 전압을 사용하여 여러 개의 230V AC 축에 전원을 공급할 수 있습니다.

마지막으로 고려해야 할 점은, 기계에 소수의 드라이브 제품군만 사용하면 예비 부품 목록을 간소화할 수 있다는 것입니다.

컨트롤러를 선택하세요

컨트롤러를 선택할 때는 단축형 또는 다축형을 선택하십시오. 단축형 컨트롤러는 모션 컨트롤러, 드라이브, 그리고 종종 전원 공급 장치가 하나의 패키지에 통합되어 있습니다. 1축 또는 2축 시스템에서 이러한 컨트롤러는 비용, 크기, 배선 및 시스템 복잡성을 줄일 수 있습니다.

다축 컨트롤러는 일반적으로 복잡한 시스템에 더 적합합니다. 첫째, 특히 축 개수가 증가할수록 비용을 절감할 수 있습니다. 둘째, 하나의 프로그램으로 모든 동작을 제어할 수 있으므로 시스템 복잡성을 줄일 수 있습니다. 또한 이러한 모션 컨트롤러는 일반적으로 모든 축을 다른 모든 축과 연결할 수 있고 프로그램 실행 중에 연결을 수정할 수 있으므로 동기화 측면에서 더 큰 유연성을 제공합니다.

컨트롤러를 선택한 후에는 "박스형" 또는 "보드형" 구성 중에서 선택해야 합니다. 박스형 컨트롤러는 독립형으로 작동 가능한 밀폐형 컨트롤러입니다. 보드형 컨트롤러는 산업용 컴퓨터에 연결하여 사용합니다. 이미 장비에 산업용 컴퓨터가 설치되어 있는 경우, 호환되는 보드를 사용하면 비용을 절감하고 제어 시스템과 장비의 통합을 강화할 수 있습니다. 산업용 컴퓨터를 사용할 계획이 없다면, 박스형 컨트롤러를 추가하는 것이 일반적으로 더 간편합니다.

기능 세트를 평가합니다

마지막으로 컨트롤러의 기능을 평가하십시오. 지금까지 논의한 기능, 즉 기어, 캠, 고속 정렬 및 프로그래밍 가능한 리미트 스위치를 고려하십시오. 대부분의 컨트롤러는 이러한 기능을 어떤 형태로든 제공하지만, 구체적인 기능은 사용 목적에 필요한 사항과 비교해야 합니다. 작동 중에 기어비를 변경해야 합니까? 캠 프로파일을 실시간으로 수정해야 합니까? 필요한 정렬 정확도는 어느 정도입니까? 작동 중에 속도 또는 목표 위치를 변경해야 합니까? 컨트롤러가 해당 용도에 필요한 충분한 축을 지원합니까? 향후 기계 버전에 호환됩니까?

비용 처리

서보 부품의 가격은 일반적으로 기존 기계 부품보다 높습니다. 그러나 몇 가지 중요한 요소가 이러한 높은 비용을 상쇄합니다. 예를 들어, 복잡한 기계 장치를 제거하면 총비용과 기계 크기를 줄여 시스템의 가치를 높일 수 있습니다. 서보 컨트롤러는 종종 PLC를 대체하는데, 이 경우 서보 시스템으로 전환하는 데 드는 비용을 상쇄할 수 있습니다. 또한 유연성이 향상되면 기계 모델 수나 생산 공정 수를 줄여 제조 비용을 절감할 수 있습니다.

일반적인 고려 사항

동작 기능 외에도 고려해야 할 다른 질문들이 있습니다. 해당 언어가 여러분의 프로세스를 지원할 수 있을까요? 너무 복잡해서 학습에 과도한 시간을 투자해야 할까요? 제품이 멀티태스킹을 지원하나요? 멀티태스킹은 서로 다른 프로세스에 대해 서로 다른 프로그램을 작성할 수 있도록 하는 기술로, 복잡한 기계의 프로그래밍을 간소화합니다.

이러한 질문들은 특히 전자 모션 제어 분야에 익숙하지 않은 경우 답변하기 어려울 수 있습니다. 하지만 대부분의 컨트롤러 제공 업체는 제품 지원을 잘 제공합니다. 제품 선정 과정에서 많은 질문을 하세요. 이는 제품 자체를 평가하는 데 도움이 될 뿐만 아니라 지원 서비스까지 평가하는 데 도움이 됩니다. 마지막으로, 회사의 미래 개발 활동을 고려하십시오. 현재는 물론 향후 몇 년 동안 제품과 지원을 제공할 수 있는 업체를 선택하세요.