服务更好的伺服

通过绝对地位监控，数字通信和更高的扭矩，今天的伺服电机提供运动控制设计师的选项比以往任何时候都提供更多选项。

通过：Kristin Lewotsky，贡献编辑

你知道servos - 那些疯狂的小电机。它们提供严格的运动，但他们无法处理真正的负荷，对吗？

错误的。今天的伺服电源越来越多地出现在广泛的应用中，在某些情况下甚至均衡了更多传统电机。

伺服电机由一个电机——典型的交流无刷或直流无刷的永磁体——连接到驱动器和反馈回路。正是反馈回路赋予伺服电机特有的精确运动。伺服电机通常提供非常高的功率密度，或在小体积的高扭矩——在某些情况下，数千牛顿米的量级。

尽管有这些扭矩数字，但伺服电源已成为过去的标记，只能处理低功耗应用。John Mazurkiewicz说，产品经理Baldor Electric Co.（史密斯堡，阿肯色州）。“人们看着一个伺服电机并说'哦，这是你有一个可爱的产品。”他们没有意识到那里有很多力量，“他说。“我们在印刷机上有一个申请，其中它们是移动重量2000磅的打印轮。”他引用另一种应用，其中4-直径的电动机用于定位锯木厂的原木。Servos能够超过您预期的更多，并且他们一直越来越好。

微小但强大
在进行的换档种类的一个示例中，伺服电机开始更换所选应用中的液压，Pat Berkner表示，产品销售经理Parker Hannifin Corp.（加利福尼亚州Rohnert Park）。“公司非常关注液压油的环境方面，因此我们所看到的是使用带滚珠丝杠[执行器]的电动伺服电机的电动伺服电机的液压系统的大规模转换为机电。”Berkner说，这种系统可以打开和关闭即使是一个非常沉重的门，或者将RAM移入机器中。“现在没有更多的液压油，它更加清洁。”伺服电机不构成通用的灵丹妙药，当然 - 一些应用程序只需要蛮力 - 但对于各种应用，伺服电机出现意外有效的解决方案。

Ralph Baran表示，欧洲越来越认可的欧洲，在美国越来越认识到美国，用于直接驱动应用，Motors和机电​​一体化的产品经理Ralph Baran表示，使用伺服电机西门子Energy＆Automation Inc.(亚特兰大,乔治亚州)。直接驱动电机，通常低速和高扭矩，直接安装到机械机械，无需变速箱和离合器。这使得系统的效率提高了5%到10%，应用范围从纺织品、造纸到塑料。

“与在一天结束时运行相同扭矩的异步电动机/齿轮箱相比，我们可以控制机器以更准确的方式做些什么，”Baran说。这意味着提高产量和/或质量，直接受益。此外，该方法提供了空间节省，减少了维护需求，降低了噪音。后者在欧洲尤为重要，其中职业卫生法规授权噪声限制，甚至每小时增加员工工资超过四个，因为它们被迫在给定的转变中佩戴听力保护。

当然，总有一个权衡。在这种情况下，这是一个成本增加。也就是说，提高的运营效率和生产质量可以令人惊讶地提供投资回报。在一个塑料挤出线的一个案例研究中，巴兰出现了26,000美元（20,000欧元）的潜在成本节省，这在不到两年内将投资回报带来。

矛盾的是，伺服电机的趋势是朝向较小的电动机，部分通过在电动机的永磁体中使用的稀土材料使能。一种能够提供与过去的较大伺服电机相同的性能的较小电动机意味着较小的占地面积。这是一个加号，Berkner在一个工业环境中，在机器设计师不一定计划电机尺寸的工业环境中，仅仅将其留下来以后被弄清楚。较小的电动机也意味着较小的电缆。

“在你必须拥有3直直线的电缆，现在你可以使用更像0.25-直径的电缆，因为它是如此低功耗[消耗]设备。你之前之前有限的是连接器，但现在连接器越来越小。“正在进行官方标准的努力，但他指出，该行业似乎是一个独自倾向于一个人。

精密定位
命令一个电机或执行器移动一个设定的直线距离或通过一个设定的角旋转只有在系统知道它从哪里开始时才有用。在带有增量编码器的伺服系统中，这意味着每次启动时都要对机器进行归位。对于一个单一的操作轴，这是一个相当快的过程，但对于一个有16或25个轴的系统，这可能需要长达5或10分钟，我们都知道，在生产线上时间就是金钱。此外，线性运动系统需要限位开关或硬停止，以防止单元超出旅行范围，可能挂起机器，甚至造成损坏。更多的开关意味着更高的成本，更多的电子噪音，更多的东西要分解。

结果，伺服电机的另一个趋势是向绝对编码器的转变。绝对编码器记得其位置，无论是通过电池供电的电路还是伯克纳所表征的复杂精度齿轮，令人惊讶地没有反弹和其他机械问题。

然而，我们生活在现实世界中，这意味着总会有权衡。Berkner指出，在这种情况下，成本是一个问题，因为编码器和驱动程序都需要智能。一线希望?“绝对反馈设备的好处是，你可以在该设备中存储电机数据。如果你买了一个马达，你给你的驱动器供电，驱动器和马达对话。它说，‘这就是我的电机，这是我的电气特性。’驱动器很清楚地知道该怎么做，你在跑步。”

这将我们带到另一种趋势 - 以太网。该协议以及其他数字通信协议总线越来越多地用于系统通信和用于组件之间的通信。例如，西门子使用电机和驱动器之间的基于以太网的通信，这允许它们使用如上所述的所谓的电子伪销。“在编码器中，我们保存有关每个电机的完整技术信息，”Baran说。“将其插入驱动系统时，驱动器会自动读取此信息。它拥有关于驾驶此电机的不同参数的所有信息，这意味着它真的是即插即用的可能性。[以太网]让我们能够实现以前尚未实现的新功能。“

当然，就像任何东西一样，以太网与它带来挑战。因为它是基于数据包的协议，标准以太网不适合具有紧急停止要求的系统通信 - 一个关键命令可能会备份，不那么重要的流量。“它必须是决定性的，”Mazurkiewicz说。“它必须实时完成。如果有人进来并扰乱了一个轻薄的窗帘，他就可以走进机器，所以你现在要停止那辆机。使用标准以太网，不会发生。“然而，随着修改的以太网协议是确定性的，可以优先考虑停止命令，确保安全性。

不同课程的不同马，所以俗话说。伺服电机永远不会是通用解决方案 - 总是将始终有一个带有变速箱的感应电机或直流拉丝电机提供最佳答案。然而，随着伺服电机技术的正在进行的进展，伺服系统跨越进入更多的应用区域。