如何對伺服電機(jī)實(shí)施理想控制

　　福里茨(Fritsch GmbH)公司是一家全球領(lǐng)先的烘培機(jī)器和系統(tǒng)制造商，他們選擇了應(yīng)用直流24V伺服電機(jī)來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的設(shè)置和調(diào)整功能。該公司選用了WAGO的直流驅(qū)動控制器，它在生產(chǎn)過程中所遵循的與眾不同的工序標(biāo)準(zhǔn)使其具備極高的精確度，從而使福里茨具備了智能化且功能強(qiáng)勁的系統(tǒng)控制。

　　福里茨的面包烘培機(jī)器具有高質(zhì)量、故障安全性的顯著優(yōu)點(diǎn)，且均是面向客戶需求進(jìn)行制造的。這些機(jī)器須經(jīng)受最少6天每天24小時不間斷運(yùn)行的考驗(yàn)。系統(tǒng)組件如伺服電機(jī)等也應(yīng)滿足同樣高的要求，伺服電機(jī)用于對兩個輥輪間距(輥間隙)進(jìn)行精確的定位和調(diào)整，這樣就能夠始終以合適的強(qiáng)度來生產(chǎn)面包坯。福里茨公司為了達(dá)到這個輥間隙的精確定位和調(diào)整曾經(jīng)嘗試過使用各種各樣的電機(jī)，例如交流電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)等等。但最終還是將直流伺服電機(jī)作為最優(yōu)的選擇。

　　直流伺服電機(jī)的控制

　　“使用直流驅(qū)動電機(jī)來進(jìn)行機(jī)器的輥間定位十分經(jīng)得起考驗(yàn)。它不僅性能強(qiáng)，成本低并且經(jīng)久耐用”，福里茨的電氣部門經(jīng)理Gerhard Danzig說道。若更換烘培方式，則需要對機(jī)器的輥間隙重新進(jìn)行定位調(diào)整。但是若想使輥間定位達(dá)到理想的精確度卻并非易事。使用直流電機(jī)進(jìn)行定位很簡單、強(qiáng)勁但精確度不夠高。以前，直流電機(jī)的工作方式都是以低于1m/s的速度向左或向右轉(zhuǎn)動固定的轉(zhuǎn)數(shù)。就定位方式來講，軸定位是最簡單的一種，而若想達(dá)到3/100mm的高精度輥間定位則絕非易事。對定位過程的時間沒有嚴(yán)苛要求，因?yàn)楹媾喈a(chǎn)品的更換往往需要數(shù)分鐘，在這個范圍內(nèi)，電機(jī)有充足的時間來完成定位工作。用戶選擇了WAGO的直流驅(qū)動控制器作為解決方案。“現(xiàn)在我們設(shè)定一個理論值，然后直流電機(jī)開始自動轉(zhuǎn)動到正確的位置，電機(jī)達(dá)到的這一實(shí)際位置與當(dāng)初所設(shè)定的理論值達(dá)到準(zhǔn)確的吻合。這種電機(jī)設(shè)計嚴(yán)謹(jǐn)，避免了過調(diào)的產(chǎn)生，因此電機(jī)的功能十分具有可靠性”，福里茨電氣部經(jīng)理如是說。

　　智能定位控制

　　750-636系列直流驅(qū)動控制器是一款單通道智能定位控制器，帶有增量型位置反饋功能，適用于額定電流為5A的 24V直流電機(jī)，該控制器不依賴于現(xiàn)場總線類型，可作為總線模塊集成到WAGO-I/O-SYSTEM中，三個24V直流輸入通道用于采集終端開關(guān)和預(yù)設(shè)信號信息。它還帶有一個增量型編碼傳感器接口，計算來自于位置變送器的信號并確定實(shí)際值。定位功能會根據(jù)需求按方向優(yōu)化預(yù)先斷開定位，并充分考慮齒輪嚙合間隙的調(diào)整補(bǔ)償。直流電動機(jī)的兩個轉(zhuǎn)動方向是通過一個帶有短路保護(hù)和溫度監(jiān)控的H橋電路來控制的。不論是切換方向，軟啟動/停止，還是降低電流，都可以通過脈寬調(diào)制(PWM)方式實(shí)現(xiàn)。脈寬調(diào)制控制可以控制一個運(yùn)行周期內(nèi)的轉(zhuǎn)數(shù)或轉(zhuǎn)矩，而電流和溫度監(jiān)控功能可以避免過載的發(fā)生。調(diào)試和診斷則可通過WAGO-I/O-CHECK軟件工具的界面實(shí)現(xiàn)。

　　該控制器可通過一個特殊的過程原理使伺服電機(jī)克服自身限制從而達(dá)到驚人的精確度。由此，伺服電機(jī)運(yùn)行到預(yù)設(shè)的目標(biāo)范圍并按時斷電停止運(yùn)行。它能夠通過測量電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過的路程來識別目標(biāo)，公差范圍經(jīng)預(yù)先設(shè)定，在達(dá)到目標(biāo)的過程中受到持續(xù)監(jiān)控，若有偏差會自動對其進(jìn)行調(diào)整，這就使電機(jī)的控制過程更有可塑性。這種控制就相當(dāng)于：當(dāng)校準(zhǔn)調(diào)整范圍內(nèi)出現(xiàn)摩擦或污染的情況時及時為校準(zhǔn)軸實(shí)施潤滑保養(yǎng)措施。采取預(yù)先或稍后將電機(jī)電源切斷的方式便于在下一步的調(diào)整和校準(zhǔn)過程中更加容易地實(shí)現(xiàn)目標(biāo)。

　　應(yīng)用的過程原理運(yùn)行起來雖然僅有數(shù)秒鐘，但其簡單的構(gòu)造卻可節(jié)省開支。帶有自動制動功能的齒輪起到了制動閘的作用。保持轉(zhuǎn)矩的取消起到了節(jié)省能源的目的，這時電源只需很小的功率，并且該功率會無需轉(zhuǎn)換直接傳輸給電機(jī)。

　　在福里茨的大型工業(yè)系統(tǒng)(Impressa項(xiàng)目)中一共使用了12臺伺服電機(jī)。“直流驅(qū)動控制器外形緊湊，采用模塊式結(jié)構(gòu)，其寬度僅為12mm，替代了許多以前的重要硬件如接觸器、計數(shù)器卡和數(shù)字量輸入通道”，Gerhard Danzig還談到了該控制器在空間結(jié)構(gòu)方面的優(yōu)勢。“現(xiàn)在我們總共僅需要原先20%的安裝空間就夠了。”