Pramoninės automatikos ir judesio valdymo srityse servo sistemų pasirinkimas turi lemiamos įtakos įrangos veikimui, tikslumui ir stabilumui. Tarp jų absoliutus ir santykinis servos yra du bendri valdymo režimai, kurių kiekvienas tinka skirtingiems taikymo scenarijams. Inžinieriams ir sistemų projektuotojams labai svarbu suprasti jų atrankos kriterijus.
I. Pagrindinės absoliutinio ir santykinio servo sąvokos
Absoliučios servo sistemos nuolat fiksuoja ir išlaiko absoliučią variklio veleno arba apkrovos padėtį realiu laiku. Netgi dingus maitinimui ir vėlesniam paleidimui iš naujo sistema akimirksniu atpažįsta dabartinę padėtį, nereikalaujant grįžti-prie-nulio operacijos. Ši galimybė priklauso nuo absoliučių kodavimo įrenginių, kurie įrašo padėties duomenis naudodami unikalius kodavimo metodus (pvz., pilkąjį kodą). Absoliutus servo valdymo blokas yra tinkamiausias pasirinkimas tais atvejais, kai reikia didelio-tikslumo padėties nustatymo, kai padėties praradimas yra nepriimtinas, pvz., CNC staklės ir robotai.
Santykinis servo (taip pat žinomas kaip prieauginis servo) naudoja prieauginius kodavimo įrenginius, kad laipsniškai sektų padėties pokyčius. Padėties informacija prarandama praradus maitinimą, todėl įjungus maitinimą reikia atlikti pradinę operaciją (pvz., naudojant ribinius jungiklius arba Z-fazės impulsus atskaitos taškui nustatyti). Šis mažesnės-kainos metodas tinka tiems, kuriems taikomi ne tokie griežti pradinės padėties reikalavimai arba kur priimtinas periodinis pakeitimas, pvz., standartinės konvejerio juostos ir pakavimo mašinos.
II. Pagrindiniai atrankos kriterijų aspektai
1. Padėties išlaikymo reikalavimai dingus sistemos galiai
Jei įranga turi vėl pradėti veikti iš karto po to, kai nutrūksta galia, neprarandant padėties (pvz., puslaidininkinės litografijos mašinos, medicinos prietaisai), absoliutus servo valdymas yra vienintelė perspektyvi galimybė. Pavyzdžiui, paieškos rezultatai rodo, kad aukščiausios klasės-gamybos absoliutus kodavimo įrenginiai neleidžia pakartotinai kalibruoti dėl netikėtų elektros energijos tiekimo nutraukimų, o tai žymiai padidina efektyvumą.
Ir atvirkščiai, jei įranga gali toleruoti grįžimą į nulį kiekvieno paleidimo metu (pvz., standartinės spausdinimo mašinos), pakopinės servo sistemos suteikia daugiau išlaidų.
2. Tikslumo ir pakartojamumo reikalavimai
Absoliutus koduotuvai paprastai siūlo didesnę skiriamąją gebą ir kelių posūkių padėties įrašymo galimybes (pvz., 17-bitų vieno posūkio{6}}tikslumas, 16-bitų kelių -posūkių diapazonas), todėl jie tinka mikronų{10}lygio padėties nustatymo scenarijams. Nors prieauginio kodavimo įrenginiai gali pasiekti panašų vieno posūkio{12}}tikslumą, kelių posūkių programos priklauso nuo išorinių skaičiavimo grandinių. Ilgalaikis veikimas gali pakenkti tikslumui dėl kaupiamųjų impulsų klaidų.
3. Kaina ir sistemos sudėtingumas
Absoliučios servo sistemos reikalauja didesnių aparatinės įrangos sąnaudų (kodavimo įrenginių kainos gali būti 2-3 kartus didesnės nei prieauginių tipų) ir reikalingos tvarkyklės, palaikančios absoliučius ryšio protokolus (pvz., SSI, BISS arba EtherCAT). Prieauginiams servams reikia tik paprastų impulsų sąsajų (pvz., A/B/Z signalų), todėl bendros išlaidos mažesnės. Projektams, kurių biudžetas ribotas arba ne tokie griežti našumo reikalavimai, pakopiniai sprendimai yra ekonomiškesni.
4. Aplinkos prisitaikymas ir patikimumas
Absoliutaus kodavimo įrenginiai demonstruoja puikų atsparumą trukdžiams aplinkoje, kurioje yra didelė vibracija, dulkės ar elektromagnetiniai trukdžiai. Pavyzdžiui, automobilių suvirinimo linija, kurios signalas palaipsniui prarandamas dėl elektromagnetinio triukšmo, perjungus prie absoliučios servo sistemos gedimų dažnis sumažėjo 70 %. Be to, absoliučios sistemos pašalina atsarginės baterijos poreikį (mechaniniai kelių posūkių kodavimo įrenginiai registruoja apsisukimus pavarų komplektais), todėl sumažėja priežiūros poreikis.
5. Lengvas paleidimas ir priežiūra
Santykiniams servosistemoms reikia pakartotinių nulinės -grąžinimo operacijų, kai pradedama eksploatuoti, o absoliutūs servosai leidžia tiesiogiai nuskaityti padėtį ir sutrumpinti įrangos montavimo laiką. Tačiau, jei kodavimo įrenginys sugenda, pakeitus absoliučią sistemą, gali tekti iš naujo kalibruoti mechaninį nulinį tašką, todėl procesas tampa sudėtingesnis.
III. Tipinių taikymo scenarijų palyginimas
1. Tinkami absoliučių servo sistemų scenarijai
● Labai{0}}tiksli apdirbimo įranga:pvz., penkių-ašių CNC staklės su sudėtingais įrankių keliais, kurių apdorojimą reikia atnaujinti praradus galią.
● Bendradarbiaujantys robotai:Dėl dažnų paleidimo/išjungimo ciklų ir žmogaus sąveikos būtina užtikrinti absoliučią padėtį.
● Aviacijos ir erdvės bandymų stendai:Nepertraukiamas veikimas be pertrūkių; absoliutus koduotuvų eksploatavimo laikas viršija 100 000 valandų.
2. Programos santykinėms servosistemoms
● Logistikos rūšiavimo linijos:Konvejerio juostoms reikia tik santykinio judesio valdymo, pirmenybę teikiant ekonomiškumui.
● Standartinės liejimo mašinos:Pasikartojančios ciklinės operacijos, kai nulinės{0}}grąžos paleidimas neturi įtakos gamybos ciklams.
● Mokomoji laboratorijos įranga:Studentų supratimas apie principus nusveria veiklos reikalavimus, todėl laipsniškos sistemos tampa intuityvesnės.
IV. Hibridiniai sprendimai ir ateities tendencijos
Kai kurios aukščiausios klasės{0}}sistemos taiko „prieauginio ir absoliutaus“ dvigubo-kodavimo konstrukciją, subalansuojančią dinaminį atsaką ir maitinimo-saugą. Pavyzdžiui, fotovoltinės silicio plokštelės pjaustytuvas variklio gale naudoja prieauginį kodavimą (realiajam-laikui valdyti) ir absoliutų kodavimo įrenginį apkrovos gale (siekiant absoliutaus tikslumo). Be to, plintant pramoniniam eternetui, absoliučių protokolų perdavimo sparta padidėjo nuo 1MHz iki 100MHz (pvz., EtherCAT FSoE), o tai dar labiau sumažino realaus laiko našumo skirtumą naudojant prieauginius koduotuvus.
V. Rekomenduojama atrankos sprendimo schema
1. Apibrėžkite reikalavimus:Ar padėties išlaikymas dingus galiai yra privalomas? Ar tikslumas viršija ±0,1 mm?
2. Įvertinkite aplinką:Ar yra stiprių vibracijų, alyvos užteršimo ar elektromagnetinių trukdžių?
3. Apskaičiuokite išlaidas:Ar biudžetas leidžia absoliučią sistemą? Kokios yra ilgalaikės priežiūros{0}} išlaidos?
4. Patikrinkite suderinamumą:Ar diskas palaiko pasirinktą kodavimo protokolą? Ar pakanka mechaninio montavimo vietos?
Apibendrinant galima pasakyti, kad pasirinkimas tarp absoliučios ir laipsniško servo sistemų iš esmės apima našumo, sąnaudų ir patikimumo subalansavimą. Kadangi pramonė 4.0 reikalauja didesnio intelekto, absoliuti servo rinkos dalis kasmet auga (prognozuojama, kad iki 2025 m. ji pasieks 45%). Tačiau daugumai standartizuotų įrenginių papildomi sprendimai išlieka ekonomiški{5}}. Inžinieriai turi atitikti konkrečius proceso reikalavimus, kad išvengtų kraštutinių „per-inžinerijos“ arba „nepakankamo našumo“ ir taip pasiektų optimalią sistemos konfigūraciją.