Serwomechanizm a silnik krokowy Festo – czym się różnią?

Silnik krokowy – charakterystyka i zastosowania

Zasada działania silnika krokowego

Silnik krokowy to rodzaj silnika elektrycznego, którego budowa pozwala na realizację obrotu wału napędowego o zadany kąt. Stojan silnika krokowego (jego nieruchoma część) składa się z zestawu cewek, które zasilane w sekwencji powodują obrót wirnika. Dzięki tej konstrukcji, możliwe jest precyzyjne sterowanie pozycją wału silnika bez konieczności stosowania układów sprzężenia zwrotnego (feedback), co jest charakterystyczne dla bardziej zaawansowanych systemów serwonapędowych.

Silniki krokowe mogą pracować w otwartym systemie sterowania, wtedy pozycja wału jest określona wyłącznie na podstawie zadawanej liczby kroków. Brak sprzężenia zwrotnego ogranicza zastosowanie takiego systemu tam, gdzie konieczne jest dokładne monitorowanie pozycji lub prędkości, dlatego na rynku dostępne są również rozwiązania gdzie silniki krokowe wyposażone są dodatkowo w enkodery. W ten sposób tworzy się zamknięty układ sterownia ze sprzężeniem zwrotnym zwany serwomechanizmem lub serwomotorem.

Zalety silników krokowych pracujących w otwartym systemie sterowania:

1. Prostota sterowania - silniki krokowe są łatwe do kontrolowania za pomocą impulsów sterujących, co czyni je idealnymi w aplikacjach, gdzie precyzyjna kontrola pozycji jest kluczowa, ale nie wymaga wysokiej dynamiki.

2. Brak sprzężenia zwrotnego - w typowych zastosowaniach nie ma potrzeby stosowania enkoderów, co zmniejsza koszty i złożoność układu.

3. Stabilność przy niskich prędkościach - silniki krokowe są bardzo stabilne przy pracy z małymi prędkościami, co czyni je idealnymi do aplikacji, gdzie wymagana jest precyzyjne pozycjonowanie.

4. Niższy koszt inwestycji w porównaniu z serwonapędem.

Wady silników krokowych pracujących w otwartym systemie sterowania:

1. Brak sprzężenia zwrotnego - choć prostota systemu otwartego ma swoje zalety, brak układu sprzężenia zwrotnego oznacza, że silniki krokowe mogą gubić kroki, co prowadzi do błędów pozycjonowania w aplikacjach wymagających dużych obciążeń lub przyspieszeń.

2. Mniejsza wydajność przy dużych prędkościach - silniki krokowe tracą moment obrotowy przy wyższych prędkościach, co ogranicza ich zastosowanie w dynamicznych systemach.

3. Brak precyzyjnego sterowania momentem - silnik krokowy pracuje na podstawie określonych kroków, a jego moment obrotowy jest ograniczony przez konstrukcję, co czyni go mniej elastycznym w wymagających aplikacjach.

Zastosowania silników krokowych

Silniki krokowe są szeroko stosowane w aplikacjach, gdzie precyzyjne pozycjonowanie jest kluczowe, ale wymagana dynamika jest stosunkowo niska. Typowe zastosowania to:

• drukarki 3D - silniki krokowe są często stosowane do kontrolowania ruchów osi drukarki

• maszyny CNC - do pozycjonowania narzędzi w maszynach frezujących i tokarskich

• robotyka i automatyka przemysłowa - w systemach pozycjonowania i automatyzacji produkcji o niskiej dynamice

Serwonapęd – charakterystyka i zastosowania

Zasada działania serwonapędu

Serwonapęd, nazywany również serwomechanizmem lub po prostu serwo, to zaawansowany system napędowy, który wykorzystuje sprzężenie zwrotne do precyzyjnego sterowania pozycją, prędkością i momentem obrotowym. W serwonapędach wykorzystuje się enkodery lub inne czujniki, które monitorują rzeczywistą pozycję wału silnika i porównują ją z zadaną wartością. Różnica między tymi wartościami jest kompensowana przez układ sterowania, co zapewnia bardzo wysoką precyzję i dynamikę.

Serwonapędy Festo oferują wyjątkową precyzję i wydajność, dzięki czemu są często wybierane do najbardziej wymagających aplikacji przemysłowych, gdzie nie tylko dokładne pozycjonowanie, ale także kontrola prędkości i momentu obrotowego są kluczowe.

Zalety serwonapędów

1. Wysoka precyzja i dynamika - serwonapędy zapewniają znacznie wyższą dokładność i dynamikę niż silniki krokowe, co sprawia, że są idealne do złożonych i szybkich systemów automatyzacji.

2. Sprzężenie zwrotne - dzięki zastosowaniu enkoderów, serwonapędy mogą nieustannie monitorować pozycję, prędkość i moment obrotowy, co eliminuje ryzyko błędów pozycjonowania, jak ma to miejsce w przypadku silników krokowych.

3. Wydajność przy dużych prędkościach - serwonapędy wyposażone w silniki synchroniczne zachowują pełny moment obrotowy nawet przy wysokich prędkościach, co czyni je odpowiednimi do dynamicznych aplikacji.

4. Precyzyjne sterowanie momentem - serwonapędy umożliwiają dokładne sterowanie momentem obrotowym, co jest istotne w aplikacjach wymagających precyzyjnego napinania, cięcia czy montażu.

Wady serwonapędów

1. Wyższe koszty - serwonapędy są zazwyczaj droższe niż silniki krokowe, zarówno pod względem kosztu samego napędu, jak i układów sterowania.

2. Złożoność układu - wymagają zaawansowanych systemów sterowania i konfiguracji, co może zwiększyć złożoność implementacji.

3. Większe wymagania dotyczące konserwacji - ze względu na zaawansowaną technologię, serwonapędy mogą wymagać bardziej regularnej konserwacji oraz bardziej precyzyjnego monitorowania w trakcie eksploatacji.

Zastosowania serwonapędów

Serwonapędy znajdują zastosowanie w zaawansowanych systemach automatyki przemysłowej, gdzie kluczowa jest wysoka precyzja, szybkość i dynamiczna kontrola. Typowe aplikacje to:

• robotyka - precyzyjne sterowanie ramionami robotów przemysłowych

• systemy CNC o wysokiej precyzji - frezarki i tokarki CNC, które wymagają dokładnego sterowania narzędziami

  

• linie montażowe i pakujące - serwonapędy zapewniają dynamiczną kontrolę podczas operacji montażu, cięcia i pakowania

  

• automatyzacja procesów produkcyjnych - w systemach wymagających precyzyjnego i szybkiego pozycjonowania elementów

  

Festo – oferta serwonapędów i silników krokowych

Firma Festo jest jednym z liderów na rynku automatyki przemysłowej, oferując szeroką gamę rozwiązań napędowych, w tym zarówno serwonapędy, jak i silniki krokowe. Festo dostarcza nie tylko same napędy, ale również zaawansowane systemy sterowania, które integrują się z różnorodnymi aplikacjami przemysłowymi.

Serwonapędy Festo

Serwonapędy Festo Serwonapędy Festo oparte o silniki synchroniczne z serii EMMB, EMME, EMMT, charakteryzują się wysoką precyzją, dynamicznym sterowaniem oraz możliwością pracy w trudnych warunkach przemysłowych. Wykorzystują zaawansowane enkodery i systemy sterowania, co pozwala na ich zastosowanie w najbardziej wymagających aplikacjach, takich jak precyzyjne linie montażowe, robotyka czy zaawansowane maszyny CNC.

Festo CMMP-AS to przykład serwosterownika oferowanego przez firmę, który współpracuje z serwomotorami i umożliwia zaawansowane sterowanie zarówno pozycją, prędkością, jak i momentem obrotowym.

Silniki krokowe Festo

W ofercie Festo znajdują się również silniki krokowe wyposażone w enkodery, które są dedykowane do prostszych aplikacji, gdzie wymagana jest precyzja, ale nie ma potrzeby dynamicznego sterowania ruchem. Silniki krokowe z serii EMMS-ST współpracujące ze sterownikami CMMT-ST oferują solidną jakość i niezawodność, idealne do aplikacji, takich jak napędy przesuwne, manipulatory czy mniejsze systemy transportu w przemyśle.

Autor:
Mateusz Kędzierski
Manager rozwoju produktu

Autor:
Mateusz Kędzierski
Manager rozwoju produktu