כיצד פועל הסרו באוטומציה תעשייתית
מנגנון סרוו הוא אלמנט הקשור באופן בלתי נפרד למונח האוטומציה התעשייתית, בכל מקום שבו יש צורך בדיוק וחזרתיות. היישום הנפוץ ביותר של מנגנוני סרוו באוטומציה תעשייתית הוא בקרת מיקום רכיבי מכונה (למשל ראש), כוונון מהירות הסיבוב של הרוטורים, שליטה במתח וכוח לחץ, או שמירה על מומנט קבוע. אבל נתחיל מהבסיס ונגדיר את הנושאים הקשורים לסרוו.
מהו מנגנון סרוו?
סרוו, שלפעמים נקרא גם כונן סרוו, סרוו או מנוע סרוו, הוא סוג של מכשיר המבצע תנועה סיבובית כדי להניע רכיבי מכונה.
תכונות מנגנוני סרוו
מנגנוני סרוו יכולים להיות במידות ופרמטרים שונים המותאמים לצרכי היישום הנתון.
באופן כללי, בייצור אלקטרוניקה, כונן סרוו הוא מודול בקרת בסיסי לאוטומציה של מכשירים או מכונות תעשייתיות במערכת סגורה. הרכיבים האלקטרוניים במנגנון הסרוו מאפשרים המרת אותות בקרה אנלוגיים או דיגיטליים לתנועה מדויקת של רכיבי הקצה. מנגנון הסרוו מאפשר כוונון מדויק של פרמטרי תאוצה, מהירות וכוח של רכיבי הקצה ההחלקה על בסיס משוב. פעולת מנגנון הסרוו המבוססת על עקרון המשוב מתבצעת על ידי מקודד עם פוטנציומטר.
למנגנוני סרוו מספר תכונות חשובות:
יכולת להזיז רכיבים גדולים וכבדים
יכולת לעבוד עם תאוצות חיוביות ושליליות גבוהות מאוד
עבודה במהירויות גבוהות
יכולת בקרה מדויקת ומשוב מיקום
רגישות נמוכה לתנאי סביבה
מבנה הסרוו
מנגנוני סרוו מורכבים מ־5 רכיבים עיקריים:
מנוע
כונן עם מגבר
מקודד
תמסורת
מארז מכני
מנוע הסרוו / מנוע סרוו – המנוע בסרוו
המנוע במנגנון הסרוו הוא אחד מהרכיבים הבסיסיים שלו, שמאפשר שליטה על מיקום מדויק של רכיב סיבובי בצורת ציר המנוע, תאוצתו ומהירות סיבובו. מנגנון הסרוו מונע על ידי מנוע חשמלי ישר (DC) או חילופין (AC), שניתן להשתמש בו לבקרת תנועה מדויקת. סרוו משמש לעיתים קרובות ביישומים שבהם יש צורך בדיוק ו/או כוח רב.
מנוע הסרוו נשלט באמצעות בקר, המסייע בשמירה על מיקום מדויק של הרכיב הסיבובי באמצעות ביצוע תנועות מדויקות ומדויקות של רכיבי הקצה. המנוע מייצר כוח המועבר לרכיבים הסיבוביים דרך התמסורת.
כונן עם מגבר – כיצד לשלוט בסרוו?
נדרש בקר לשליטה בסרוו, המסייע לשמור על מיקום מדויק של הרכיב הסיבובי וגם מאחסן את כל פרמטרי מגברי הסרוו. גישה זו מאפשרת לסרוו לבצע תנועות מדויקות של רכיב הקצה. הסרוו נשלט באופן אלקטרוני, לא מכני, מה שהופך את מערכת הבקרה למדויקת ומדויקת מאוד.
למה משמש המקודד בסרוו?
המקודד הוא אלמנט הממוקם בדרך כלל פיזית במנוע הסרוו. הוא משמש בעיקר לבקרת מיקום המנוע, מדידת מהירות וכיוון הסיבוב. פעולתו מאפשרת שמירה על בקרת מנוע מדויקת.
ישנם שני סוגי מקודדים: יחסיים ומוחלטים. מקודדים יחסיים מודדים את ההסטה ממיקום אפס, שנקבע בדרך כלל לאחר הפעלת המתח או באמצעות תוכנה. מקודדים מוחלטים, לעומת זאת, אינם זקוקים למתח כדי לקבוע את מיקומם. מיקום האפס שלהם נקבע מראש בשלב הייצור ותמיד נמצא באותו המקום בדיוק.
מנגנון סרוו עם מקודד הוא מנגנון שמאפשר בקרת תנועה מכנית מדויקת. מנגנון זה משמש בתחומים רבים, כגון אוטומציה תעשייתית, תעופה ואלקטרוניקה. הסרוו מורכב ממנוע, תמסורת ומקודד.
מנוע הסרוו מניע את התמסורת, שבשלב הבא שולט בעבודה של רכיב העבודה. המקודד משמש למדידת מהירות וכיוון סיבוב המנוע, וכן לניטור מיקום רכיב העבודה. בסרוו, מקודד הוא סוג של חיישן בקרת תנועה האחראי לספק משוב למערכת הבקרה. הוא פועל על ידי המרת תנועה סיבובית או ליניארית של חלקי המכונה לאות חשמלי. אות זה נקרא, למשל, באמצעות מונה או PLC של המכונה במערכת הבקרה, ומגדיר במדויק את מיקום רכיבי המכונה השונים, הזווית, מספר סיבובי ציר המנוע, מהירות הסיבוב, כיוונו ומיקומו. בזכות גישה כזו ניתן לשמור על בקרת מנוע מדויקת בסרוו.
העברת סרוו
התמסורת היא המנגנון שמעביר את האנרגיה המיוצרת על ידי המנוע לרכיב העבודה הסופי. במהלך העברת האנרגיה לרכיב העבודה, ניתן לשנות בו זמנית את המומנט ומהירות הסיבוב שלו. הרעיון הוא להעביר את האנרגיה מהסליל המגנטי לציר. ניתן גם לשנות את כיוון הסיבוב על ידי סיבוב ימינה או שמאלה.
נקודה חשובה שיש לציין היא השינוי מתנועה סיבובית לליניארית ולהפך. גלגלי שיניים במנועי סרוו מקבלים לעיתים גם את תפקיד העברת האנרגיה למרחק, וזה נעשה, למשל, באמצעות חגורת V או שרשרת. במקרה של מנגנוני סרוו, התמסורות המכאניות הנפוצות ביותר הן כאלה שמתאפיינות ביעילות גבוהה ובדיוק רב.
יש מגוון רחב של תמסורות מכאניות בתעשייה, שלרוב משמשות במנועי סרוו.
התמסורות המכאניות הפופולריות ביותר הן:
גלגל שיניים
גלגל שיניים חיכוך
תמסורת כבלים
תמסורת חגורה
תמסורת חגורת V
תמסורת שרשרת
גלגל שיניים עם מסבים
גלגל שיניים מדורג
גלגל שיניים פלנטרי
יש גם סוגים אחרים של תמסורות בשוק, המסווגים לפי התופעות הפיזיקליות שבהן הם משתמשים, כגון:
תמסורות הידראוליות
תמסורות פנומטיות
תמסורות חשמליות
מארז מכאני של סרוו
המארז המכאני של מנועי הסרוו אחראי על שתי פונקציות עיקריות:
הגנה על המנוע מפגיעה במקרה של גורמים מכאניים או סביבתיים חיצוניים
מאפשר התקנת המנוע במכשיר או במכונה
מארזי מנועי סרוו עשויים לרוב ממתכות, בעיקר סגסוגות אלומיניום.
כיצד פועל מנגנון סרוו?
מנוע הסרוו אחראי לסיבוב צירי המכונה. במילים אחרות, הוא ממיר את האנרגיה החשמלית המועברת אליו לאנרגיה מכאנית של תנועה סיבובית. האנרגיה המכאנית של המנוע מועברת לא ישירות, אלא באמצעות תמסורות שמכווינות את מהירות הסיבוב של הצירים לרמה הרצויה. הן גם מווסתות את המומנט. פעולת המנוע נשלטת על ידי בקר, שמקבל מידע ממכשיר אחר (למשל בקר PLC). הבקר, על בסיס המידע הזה, מייצר אותות חשמליים מתאימים לשליטה במנוע.
רכיב חשוב נוסף הוא המקודד. הוא ממוקם בלולאת המשוב ומספק לבקר מידע על המיקום הנוכחי של המנוע. זה מאפשר שליטה מדויקת בתנועה הסיבובית.
סוגים שונים של מנועי סרוו יכולים להכיל מגוון רחב של אפשרויות ותצורות. עם זאת, בפשטות מסוימת, ניתן להניח שהם מכילים את כל הרכיבים שהוזכרו לעיל.
הפרמטרים העיקריים של מנועים סרוו הם:
זמן עבודה בעת עומס יתר
מומנט ומהירות סיבוב
רזולוציה
תגובת תדר
ממשקים
ממדים
אפשרויות רשת
יחס מומנט לאינרציה
סוגים שונים של מנועי סרוו יכולים להכיל טווח רחב של אפשרויות ותצורות. עם זאת, בפשטות מסוימת, ניתן להניח שהם מכילים את כל הרכיבים שהוזכרו לעיל.
לולאת משוב בסרוו
לולאת המשוב מספקת מידע על המיקום הנוכחי של רכיב העבודה. מידע זה מאפשר לבקר לשלוט בדיוק במנוע כדי להגיע למיקום הסרוו הרצוי. המשוב בסרוו משחק תפקיד מרכזי בדיוק פעולת הסרוו. פלט המשוב הוא סוג של נתונים (למשל: מיקום, מהירות, תאוצה, הזזה). אנו מבחינים בין משוב חיובי ומשוב שלילי.
כיצד פועל המשוב בסרוו?
הבקר משתמש בלולאת משוב ובמקודד לקריאת המיקום הנוכחי של המנוע. לאחר מכן הוא בודק את ערך המטרה הרצוי למיקום שהמנוע אמור להיות בו. הכונן מחשב את ההבדל בין הערכים. אם ההבדל שווה לאפס, המשמעות היא שהמנוע הגיע למיקום הנדרש. אם ההבדל שונה מאפס, הבקר מחשב את התיקון (offset) ומניע את המנוע לבצע את התנועה עד להשגת אפס בהבדל בין ההגדרה לבין המיקום הנקרא בפועל.
המשוב בסרוו מושג על ידי בקרת ישירה של השדה האלקטרומגנטי של המנוע. תהליך זה נקרא לעיתים "בקרת פאזה". בבקרת פאזה מתבצעת שליטה על השדה האלקטרומגנטי להשגת מהירות ומומנט רצויים. בקרת פאזה משמשת לעיתים קרובות, למשל, בכונני סרוו מדורגים, שבהם נדרשת דיוק גבוה מאוד.
בקרת מחשב של מנועי סרוו מתבצעת לעיתים קרובות באמצעות כרטיס בקרה. כוונון פאזה נכון דורש שהכרטיס יוכל לקרוא מידע מהמקודד ולהתאים את השדה האלקטרומגנטי להגדרה הרצויה. עבור יישומים מסוימים, ייתכן גם צורך לקבוע אם הציר סובב שמאלה או ימינה.
יישומים של מנגנוני סרוו
מנגנוני סרוו משמשים בתעשיות רבות והם רכיבים קריטיים לפעולה נכונה ויעילה של המכונות. הסרוו משמש במיוחד במכונות תעשייתיות שונות, אוטומציה, רובוטיקה ודגמים. המשימה העיקרית של הסרוו במכונות היא לקבוע את מיקום ציר המנוע, הסנכרון שלו, וכן לבטל שגיאות בקרה, לדוגמה: שגיאת הזזה.
מנגנוני סרוו יכולים לשמש גם כאשר יש צורך לשלוט במדויק על רכיב סיבובי. לעיתים קרובות הם משמשים בתעשייה להבטחת ייצור מדויק ומדויק. הם יכולים גם לשמש לשליטה על פריטים שיש להזיז בסדר מסוים. כתוצאה מכך, סרוו משמשים לעיתים קרובות בקווי ייצור להנעת קו הייצור או רכיבי מכונה אחרים.
מנגנוני סרוו יכולים להיות במידות ופרמטרים שונים המותאמים לצרכי היישום הנתון. הם עשויים לכלול גם אביזרים נוספים (למשל: מעליות סקי, כבלי ענפים, מיני מחשבים). תכונה ספציפית של מנגנוני סרוו היא האופי האינטגרטיבי של המפעיל עם דינמיקה שאינה מפריעה לוויסות, אך מביאה לחוסר-ליניאריות במאפייניהם. בשל כך, סרוו דורשים שימוש בווסתי פרופורציה עם רווח גבוה או מגברים תלת-קוטביים.
מנגנוני סרוו משמשים ביישומים כגון:
מנופים ומתגים
שסתומים ודמפרים
תריסים וחלונות תריס
מנגנוני מנוף
כלי עבודה ידניים
אוטומציה תעשייתית
רובוטיקה תעשייתית
מטוסים
מכשירי חקלאות
מכונות CNC
רכבים
דגמים
כיצד לבחור סרוו ליישום שלך?
תפקוד נכון של מכונות ייצור מתקדמות רבות תלוי בבחירה נכונה של הסרוו למכונה, וכן בתפקוד אופטימלי של כל אחד מהרכיבים המורכבים שלה.
בבחירת סרוו מתאים לאוטומציה תעשייתית יש לקחת בחשבון מספר גורמים:
סוג הסרוו (אנלוגי, דיגיטלי)
גודל (למשל: מיקרו, סטנדרטי) – בהתאם לדגם, הם שונים במידות ובמשקל
כוח הסרוו – קובע את ערך המומנט המיוצר על מנוף הסרוו
מהירות הפעולה – קובעת את המהירות שבה הסרוו מסובב את קו ההובלה הריק
סוג התמסורת (למשל: מתכת, פחמן) – אחד מהאלמנטים היוצרים את כוח הסרוו
ייחודיות היישום – בחירה אישית של סרוו למכשיר מסוים
תכנון חוטי חשמל במנגנוני סרוו
הבחירה הנכונה של חוטי חשמל למכונה מונעת סרוו היא תהליך מורכב יותר ממה שאפשר לחשוב. חיבור הכבלים לסרוו הוא אלמנט מרכזי לפעולה נכונה של המכונה ולמערכת חיבור יעילה במכונות מסוגים שונים, אך לעיתים הוא מוערך פחות.
בהקשר של חוטי חשמל במנועי סרוו, חשוב להבין כי סביבת העבודה של מכשירים אלו היא לרוב אזורים עם רמת "זיהום אלקטרומגנטי" גבוהה מאוד. ישנם מכשירים רבים סביב הסרוו היוצרים רעש בצורת גלים אלקטרומגנטיים. לכן, החוטים במנועי סרוו חייבים להיות מתוכננים כך שההפרעות לא ישפיעו על פעולת הסרוו, לדוגמה על קריאת ערכי המקודד.
החוטים במנגנוני סרוו חייבים לעמוד בכמה דרישות מרכזיות:
להגן בצורה יעילה (לסנן) גלים אלקטרומגנטיים באמצעות כבלים עם שיעור מילוי מתאים של החומר המגן על פני השטח הצדדיים
להיות בעלי עמידות מכאנית גבוהה
לבצע מספר מסוים של מחזורי כפיפה במקרה של הצבת הכבל בשרשרת כבלים
להראות עמידות לכימיקלים שעלולים להיות בסביבת העבודה של מכונה מונעת סרוו
לסיכום, חשוב שהחוטים העובדים עם מנועי סרוו יפותחו וייוצרו תוך שימוש בידע מקצועי וזהירות נדרשת. אחרת, הסרוו עלול פשוט לא לפעול.
בדקו גם את השירותים שלנו הקשורים לסרוו
Note: The use of graphics from the article "How the servo mechanism works in industrial automation?" is allowed as long as the source (link to the page) is mentioned.
Suggested articles related to the topic of servos
- Own production vs. outsourcing – when to commission contract production
- Production outsourcing – The optimal solution for scaling company
- How the electric harness is produced?
- Prototyping of machine wiring
- Bespoke cable harness: designing an electric harnesses for the customer needs
- How to choose an electrical harness correctly?
Popular articles on our blog:
