Běžné poruchy servopohonů a servomotorů: příčiny, diagnostika a preventivní strategie

O autorovi

Napsal John Yang, manažer prodeje společnosti Apter Power

John Yang, manažer prodeje společnosti Evolo Automation, se věnuje průmyslovému řízení a zavazuje se poskytovat klientům komplexní podporu po celou dobu spolupráce. Důkladně si uvědomuje klíčovou roli stabilních systémů průmyslového řízení v provozních procesech, a proto se zaměřuje na poslech skutečných potřeb klientů – ať už jde o modernizaci stávajícího řídicího zařízení, řešení problémů s kompatibilitou systémů nebo přizpůsobení automatizačních řešení specifickým průmyslovým scénářům.

V moderních automatizovaných továrnách — od obráběcích center CNC a polovodičového zařízení po balicí linky a robotické systémy — tvoří servo pohon a servomotor jednotku řízení pohybu v jádře. Na rozdíl od běžných indukčních motory , servosystémy fungují v uzavřené zpětnovazební architektuře, která neustále porovnává řídící signály se zpětnovazebními signály. Tato konstrukce zajišťuje vysokou přesnost polohování, rychlou odezvu a opakovatelnost, ale zároveň znamená, že malé poruchy se mohou rychle vyvinout v úplné výpadky stroje.

Nedávné údaje o údržbě z několika výrobních závodů v Asii ukazují, že více než 45 % neočekávaných výpadků výroby u přesných strojů souvisí se systémy řízení pohybu a v rámci této kategorie mají poruchy servopohonů a servomotorů nejvyšší podíl. Porozumění typickým vzorům poruch je proto nezbytné pro techniky údržby i manažery automatizace.

Předspouštěcí kontrola: Nejvíce ignorovaná, ale nejúčinnější preventivní opatření

Před zapnutím napájení servomotor , je nutné provést několik kontrol. Mnoho poruch v provozu ve skutečnosti vzniká ještě před tím, než se motor spustí.

Inženýři by měli ověřit:

Odpor izolace (u nízko napěťových motorů by měl přesahovat 0,5 MΩ)

Správné napětí napájecího zdroje a pořadí fází zapojení

Správné uzemnění

Stav pojistek a ochranných zařízení

Zarovnání a celistvost mechanického převodu

Čisté a bezpečné prostředí pro instalaci (bez hořlavých materiálů v blízkosti)

Data shromážděná z údržbových záznamů ukazují výrazný vzorec:

přibližně 30 % alarmů servopohonů nastávají během prvních 72 hodin po instalaci a většina z nich je způsobena chybami při zapojování, špatným uzemněním nebo nesprávnými úrovněmi napětí. Jinými slovy se nejedná o poruchy komponentů – jedná se o chyby při uvedení do provozu.

Přehřívání ložisek: Nejčastější mechanická porucha

Přehřívání ložisek je jedním z nejranějších varovných signálů v servomotory .

Vnitřní mechanické příčiny

Příliš těsné uložení mezi kroužky ložiska

Nesouosost hřídele a koncového krytu

Nesprávný výběr typu ložiska

Znečištěné nebo nedostatečné mazání

Procházení proudové složky hřídelem přes ložisko

Externí provozní příčiny

Špatné zarovnání při montáži mezi hřídelí motoru a zátěžovou hřídelí

Přetáhnuté řemeny nebo kladky

Vypršela nebo ztvrdla mazací hmota

Data monitorování teploty ukazují, že pokud teplota ložiska překročí normální provozní rozsah o 15–20 °C, může se životnost ložiska snížit téměř o 50 %. U vysokorychlostních CNC vřeten to často vede k poplachům vibrací a nakonec k vypnutí pohonu servomotoru kvůli přetížení.

Nesymetrie třífázového proudu

Zdravý servomotor by měl odebírat vyvážený proud ve všech třech fázích. Pokud dojde k nesymetrii, pohon obvykle vyvolá poplach přetížení nebo překročení proudu.

Typické příčiny zahrnují:

Nesymetrické napětí napájecí sítě

Špatné pájení nebo uvolněné vnitřní spoje

Zkratové obvody vinutí (mezi závity nebo mezi fází a uzemněním)

Nesprávné zapojení

I jen 2–3% nerovnováha napětí může způsobit přes 15% nerovnováhu proudu, čímž výrazně zvyšuje teplotu v jedné fázi vinutí a urychluje poškození izolace.

Jak Servomotor skutečně řídí rychlost

Servosystém je klasický uzavřený zpětnovazební regulační systém.

Motor pohání soustavu ozubených kol nebo mechanickou zátěž. Polohový senzor – obvykle enkodér – převádí otáčení hřídele na elektrický zpětnovazební signál. Pohonná jednotka nepřetržitě porovnává:

Příkazový pulzní signál (cílová poloha/rychlost)

vs.

Zpětnovazební signál (skutečná poloha/rychlost)

Pokud existuje odchylka, řídicí jednotka generuje korekční pulzy, které způsobují otáčení dopředu nebo dozadu, dokud se chyba nepřiblíží nule. Právě proto dosahují servomotory přesného polohování a stálé regulace rychlosti – a právě proto okamžitě vyvolají poplach systému při poruchách senzoru.

Poruchy enkodéru a zpětnovazebních obvodů

Jedním z nejčastějších elektronických problémů je nestabilní zpětná vazba.

Typické příznaky:

Rozvlnění osy

Náhlé kolísání rychlosti

Alarmy ztráty polohy

Nestabilní signál tachometru

Hlavní příčiny zahrnují:

Prasklý kódovací disk

Uvolněné svorky

Elektrické rušení

Nedostatečné stínění

Analýza provozních případů ukazuje, že problémy s enkodérem tvoří téměř 25 % případů odstraňování poruch servosystémů v CNC strojích.

Encoder rovněž je kritická fázová synchronizace. Pokud se elektrický úhel enkodéru neshoduje s polohou magnetických pólů rotoru, může dojít k vibracím motoru, jeho přehřátí nebo dokonce k selhání spuštění. Synchronizace se obvykle provádí pomocí vstřikování malého stejnosměrného proudu a pozorování signálu na osciloskopu, nebo je automaticky uložena v paměti EEPROM absolutních enkodérů.

Jiskření mezi kartáčem a komutátorem (pro servomotory s kartáči)

Ačkoli mnoho moderních servomotorů je bezkartáčových, servomotory s kartáči stále najdeme v zařízeních starší generace. Pozorování podmínek jiskření pomáhá při diagnostice poruch:

Malé, občasné jiskry: normální

Žádné jiskry: normální

Více malých jisek: nutné vyčistit komutátor

Velké jiskry: nutná výměna kartáčů nebo oprava komutátoru broušením

Výrazně nerovnoměrný povrch komutátoru musí být upraven s vysokou přesností; mírné poškození lze opravit postupným broušením jemným brusným papírem.

Nestabilita pohybu: kmitání, plížení a vibrace

Kmitání (oscilace během pohybu)

Vyskytuje se, když:

Zpětnovazební signál je nestabilní

Vůle v mechanickém převodu

Příliš vysoký zisk servosystému

Plížení (trhavý pohyb při nízké rychlosti)

Obvykle způsobeno:

Špatné mazání

Těžké zatížení

Nedostatečně utažené spojení mezi motorem a kuličkovou šroubovici

Vibrace při vysoké rychlosti

Často vede k poplachům při přetížení proudem.

Ve většině případů není skutečným problémem mechanická porucha, nýbrž nesprávné nastavení parametrů smyčky rychlosti.

Studie prováděné při uvedení obráběcích strojů do provozu ukazují, že nesprávné nastavení parametrů servopohonů způsobuje přibližně 20 % stížností na výkon, a to i přesto, že je hardware zcela v pořádku.

Pokles točivého momentu a přehřívání

Při zrychlování servomotoru na vysokou rychlost se dostupný točivý moment snižuje. Náhlý pokles točivého momentu však signalizuje poruchu:

Porucha chlazení

Nadměrná mechanická zátěž

Přehřáté vinutí

Termografické prohlídky na výrobních linkách odhalují, že motory provozované nepřetržitě nad jmenovitou zátěží mohou za měsíce namísto let začít trpět degradací izolace. Správný výpočet zátěže před instalací je proto nezbytný.

Poplachy chyby polohy

Servopohony neustále sledují odchylku polohy. Pokud osa překročí povolený rozsah chyby, dojde k výstraze z odchylky polohy.

Běžné příčiny:

Nesprávně nastavené parametry zesílení

Znečištěný senzor polohy

Nahromaděná mechanická převodová chyba

Příliš úzká tolerance

U vysoce přesných obráběcích center se tato výstraha často objevuje při rychlém zrychlování nebo zpomalování.

Servomotor Není v provozu

Pokud se servomotor odmítne spustit, je problém často na straně řízení, nikoli na straně mechaniky.

Technici by měli zkontrolovat:

Pulzní a směrový signál od řídícího systému CNC;

Povolovací signál (obvykle +24 V);

Podmínka uvolnění brzdy;

Chyby pohonné jednotky;

Porucha spojky mezi motorem a kuličkovým šroubem;

Statistiky týmů servisních techniků z pole ukazují, že problémy se signály řízení se v případech „žádné rotace“ vyskytují častěji než skutečné poškození motoru.

Servosystémy jsou přesné zařízení, která integrují elektroniku, mechaniku a řídicí algoritmy. Jejich poruchy se jen zřídka vyskytují náhodně. Spíše se řídí rozpoznatelnými vzory: chyby při instalaci, problémy se zpětnou vazbou, mechanické nesouososti a nesprávné nastavení parametrů.

Hlavní poučení pro moderní továrny je zřejmé:

preventivní prohlídky a správné uvedení do provozu snižují počet poruch mnohem účinněji než výměna hardwaru.

Vzhledem k tomu, že výroba směřuje k vysokorychlostní a vysoce přesné výrobě, údržba již není reaktivní opravou, ale spoléhá na inženýrské řešení založené na datech. Porozumění běžným mechanismům poruch servopohonů je proto nejen technickým požadavkem, ale i základní součástí chytré výroby.

Tento článek je zdrojován z: https://bbs.gongkong.com/d/202412/926730/926730_1.shtml

Autorská práva patří původnímu autorovi. V případě jakéhokoli porušení práv se na nás prosím obraťte – materiál okamžitě odstraníme.