Przetworniki położenia i silniki krokowe

Przetworniki przemieszczenia – nowości

Do grupy przetworników przemieszczenia zaliczają się elementy liniowe oraz przetworniki obrotowe, czyli głównie enkodery. Występują one w wersjach inkrementalnych, które służą do pomiarów przemieszczeń / prędkości kątowej oraz kierunku ruchu, a także absolutnych, umożliwiających określanie bieżącej pozycji osi. Dalszy podział przebiega względem wersji jedno- i wieloobrotowych oraz budowy enkoderów. Najwięcej ze stosowanych dzisiaj przetworników to wersje optyczne, w przypadku których pomiar bazuje na zliczaniu kresek lub odczycie kodów z obracającej się wewnątrz tarczy. Inną, popularyzującą się w ostatnich latach grupę tworzą enkodery magnetyczne. Warto też dodać, że na rynku dostępna jest bardzo szeroka gama przetworników, również jeżeli chodzi o wersje nietypowe i wykonania specjalne. Większość dostawców proponuje wraz z nimi również inne elementy, które umożliwiają tworzenie systemów pomiarowych.

Jakie są, zdaniem respondentów redakcyjnej ankiety, zmiany i trendy technologiczne w odniesieniu do przetworników położenia? Takimi są przede wszystkim (kolejność zgodna z liczbą wskazań):

Dalsze zwiększanie możliwości komunikacyjnych – przetworniki dostępne są z interfejsami umożliwiającymi ich podłączanie do sieci komunikacyjnych i zdalną parametryzację; respondenci w szczególności wskazywali tu standard IO-Link;
Rozwój w zakresie bezpieczeństwa funkcjonalnego, w tym w połączeniu z możliwościami komunikacyjnymi (np. sieci Profisafe);
Możliwości łatwego programowania – zapewniają uniwersalność, skalowalność i łatwość dopasowania do aplikacji;
Dalsza miniaturyzacja, zwiększanie rozdzielczości i precyzji działania;
Dalszy rozwój technologii enkoderów absolutnych.

Arkadiusz Sulenta

Elmark Automatyka

Gdzie stosowane są silniki krokowe? Jakie ich aplikacje są u nas popularne?

Silniki krokowe, ze względu na dokładne pozycjonowanie i prostotę sterowania, są głównie w kręgu zainteresowania producentów maszyn. Takimi są przede wszystkim maszyny pakujące, etykietujące, wycinarki laserowe czy plotery frezujące – w tych przykładach szczególnie docenia się wysoką dynamikę i łatwość synchronizacji ruchu.

Rozwój protokołów przemysłowych i możliwość pracy w zamkniętej pętli pozwolił na stosowanie silników krokowych w znacznie większych systemach napędowych, gdzie zaczynają konkurować z serwonapędami. Zainteresowani są szczególnie integratorzy systemów automatyki – linie produkcyjne / montażowe, branża tekstylna, producenci elektroniki.

Napędy krokowe reprezentują szeroką gamę urządzeń, gdzie najprostsze modele znajdują zastosowanie u klientów końcowych, którzy wykorzystują je do obrabiarek materiałów miękkich i drukarek 3D, w których nie potrzebujemy wyśrubowanych parametrów.

Jakie są trendy technologiczne w omawianym zakresie?

Silniki krokowe w coraz mniejszym stopniu ustępują serwonapędom. Zmiany nastąpiły szczególnie w sterownikach silników krokowych, gdzie zaimplementowano nowoczesne protokoły przemysłowe, jak np. EtherCAT, CAN, Ethernet, dzięki czemu napędy krokowe bez problemu mogą stać się częścią większego systemu sterowania. Rozwój algorytmów sterowania pozwolił na zminimalizowanie strat momentu przy sterowaniu mikrokrokowym i pracę w zamkniętej pętli. Eliminuje to powszechny problem z gubieniem kroku, wpływa na poprawę wydajność całego układu (dostosowanie prądu pracy do obciążenia) i umożliwiło sterowanie momentem silnika. Dodatkowo pojawiły się modele pozwalające na regulację prędkości w trybie pracy ciągłej – wykorzystywane w przenośnikach taśmowych.

Stosowanie zamkniętej pętli sterowania wymusiło też zmiany w konstrukcji silników krokowych. Na rynku są obecne silniki hybrydowe łączące najlepsze cechy silnika krokowego i serwonapędu. Coraz częściej spotyka się silniki krokowe z wbudowanymi enkoderami lub zintegrowane rozwiązania, czyli połączenie silnika i sterownika krokowego w jednym urządzeniu. Również do wymagających aplikacji znajdziemy silniki z IP65 i sterowniki z STO/SIL3.

Silniki krokowe – cechy i technologie

Jeżeli chodzi o drugą z tytułowych grup produktów, a więc silniki krokowe, są to komponenty wykorzystywane w urządzeniach i różnorodnych systemach już od wielu lat. Ich typowymi zastosowaniami są: wykonywanie obrotów z określoną prędkością oraz o dany kąt, realizacja posuwów oraz różnych zadań związanych z precyzyjnymi ruchami. Tego typu silniki wymagają stosowania odpowiedniego układu sterowania i są to elementy bezszczotkowe, które mogą pracować w otwartej pętli sprzężenia zwrotnego. Ich ograniczeniami są niewielkie zakresy osiąganych prędkości obrotowych oraz stosunkowo niskie moce / momenty obrotowe (w porównaniu do serwonapędów), a także kwestie związane z grzaniem się i możliwymi wibracjami podczas pracy.

Podobnie jak w przypadku dostawców przetworników położenia, tak też oferentów silników krokowych zapytaliśmy o najważniejsze ich zdaniem zmiany technologiczne w branży. Pojawiały się tu odpowiedzi takie jak: miniaturyzacja, zwiększanie stopnia integracji silników (np. wersje ze śrubą kulową, z wbudowanym enkoderem, ze sterownikiem), zwiększanie gęstości mocy i generalnie dalsze polepszanie parametrów silników. Zdaniem respondentów następuje też rozwój sterowników silników, w tym w zakresie możliwości komunikacyjnych – wymieniane tu były m.in. wersje z sieciami EtherCAT/Ethernet.