LearnElectricals · أسئلة الإنترفيو · القسم 7 من 9
السيرفو بيتسأل عليه في وظايف الماكينات والتعبئة والـ CNC. الإنترفيو بيركّز على الحسابات (Electronic Gear وتردد النبضات) وعلى الأعطال (Position Error). أسماء الباراميترات والألارمات بتختلف حسب الماركة، فاذكر الماركة اللي اشتغلت عليها.
سيرفو درايف (Amplifier)، سيرفو موتور (غالبًا Permanent Magnet Synchronous)، إنكودر على الموتور بيرجّع الموقع والسرعة، وكنترولر (PLC أو Motion Controller) بيدّي الأوامر. التحكم Closed Loop: الدرايف بيقارن الأمر بالفيدباك ويصحّح طول الوقت.
وفيه حاجات مساعدة: كابل قدرة، كابل إنكودر، فرامل (لو المحور رأسي)، مقاومة Regen، وأحيانًا Limit Switches و Home Sensor.
الستيبر غالبًا Open Loop: بيتحرك خطوات حسب النبضات من غير ما يتأكد، رخيص وبسيط وعزمه عالي في السرعات القليلة وعند الوقوف، بس لو الحمل زاد بيفوّت خطوات (Lose Steps) ومحدش يعرف، وعزمه بيقل بسرعة مع زيادة السرعة. السيرفو Closed Loop: بيعرف موقعه دايمًا، سرعات أعلى بكتير، بيدّي عزم ذروة حوالي 3 مرات المقنّن لفترة قصيرة، بس أغلى ومحتاج تيونينج.
| Stepper | Servo | |
|---|---|---|
| التحكم | Open Loop غالبًا | Closed Loop |
| السرعات العالية | العزم بيقل جدًا | عزم ثابت تقريبًا لحد السرعة المقنّنة |
| الحمل الزيادة | بيفوّت خطوات | بيدّي ألارم |
| السعر والتيونينج | أرخص ومفيش تيونينج | أغلى ومحتاج تيونينج |
فيه Closed Loop Stepper (Hybrid) فيه إنكودر، حل وسط.
السيرفو موتور غالبًا Permanent Magnet Synchronous: الروتور مغناطيس دايم، فبيلف بسرعة المجال بالظبط من غير سليب. عزمه عالي بالنسبة لحجمه، القصور الذاتي للروتور قليل فبيتسارع بسرعة جدًا، وعليه إنكودر بدقة عالية.
الدرايف لازم يعرف مكان الروتور بالظبط عشان يوجّه التيار صح (Commutation)، وده دور الإنكودر.
عشان كده مينفعش تشغّل سيرفو موتور على الشبكة مباشرة ولا على انفرتر عادي (إلا اللي بيدعم PM Motors).
لوب الموقع (Position) برّه، بيقارن الموقع المطلوب بالفعلي ويطلّع أمر سرعة. جوّاه لوب السرعة (Velocity)، بيقارن السرعة المطلوبة بالفعلية ويطلّع أمر عزم. وجوّاه لوب التيار (Current/Torque)، بيتحكم في تيار الموتور. كل لوب جوّا أسرع من اللي برّه.
لوب التيار سرعته عالية جدًا (kHz)، والصانع غالبًا بيظبطه، وانت بتظبط Velocity و Position.
عشان كده في التيونينج بتبدأ من جوّا لبرّه: السرعة الأول وبعدين الموقع.
Position Mode: الأمر نبضات (Pulse Train) أو شبكة، والدرايف بيروح للموقع. Speed Mode: أمر سرعة (غالبًا أنالوج ±10 V أو شبكة). Torque Mode: أمر عزم (أنالوج أو شبكة).
أنواع النبضات في Position Mode:
لازم نوع النبضات يتظبط نفس الحاجة في الـ PLC وفي الدرايف، وإلا المحور هيمشي في اتجاه واحد بس أو ميتحركش.
الأنظمة الحديثة بتستخدم شبكات زي EtherCAT و Profinet IRT و SSCNET و MECHATROLINK بدل النبضات.
2 أس عدد البتات. 17-bit = 131,072 نبضة/لفة. 20-bit = 1,048,576. 22-bit = 4,194,304. 23-bit = 8,388,608. كل ما الرقم يزيد، الدقة والنعومة في السرعات القليلة أحسن.
الإنكودرات دي غالبًا Absolute (Serial)، والـ Multi-turn منها بيحتفظ بعدد اللفات ببطارية.
لو البطارية خلصت أو كابل الإنكودر اتفك والدرايف مفصول، بيطلع ألارم بطارية أو فقد الموقع المطلق، ولازم تعمل Homing أو تحدد الأصل تاني.
نسبة جوه الدرايف بتحوّل نبضات الأمر لـ Counts الإنكودر: Counts = Pulses × (N ÷ M). عشان 10,000 نبضة = 131,072 Count، يبقى N/M = 131072 ÷ 10000، تبسيطها 8192/625.
أسماؤها حسب الماركة: في Mitsubishi CMX/CDV، في Delta و Panasonic Numerator/Denominator، وفي Yaskawa B/A. في درايفات كتير فيه باراميتر أسهل «عدد النبضات للفة» مباشرة.
المهم إنك تختار عدد نبضات للفة يخلّي «النبضة الواحدة» = وحدة مسافة سهلة (مثلًا 1 µm أو 0.01 mm).
اللفة = 10 mm = 10,000 µm، يبقى 10,000 نبضة للفة. ولو فيه جيربوكس 1:2 (الموتور يلف لفتين والسكرو لفة)، يبقى نبضات لفة الموتور = 10,000 ÷ 2 = 5,000.
الخطوات العامة: احسب المسافة اللي الحمل بيمشيها في لفة واحدة للموتور، وقسّمها على وحدة النبضة اللي انت عايزها.
وبعدين اتأكد من حد التردد (السؤال الجاي).
لا. التردد المطلوب = 3000 ÷ 60 × 10,000 = 500,000 Hz = 500 kHz، أكبر من 100 kHz. لازم تقلل النبضات للفة (مثلًا 2000 نبضة للفة = 100 kHz بالظبط، والأفضل أقل شوية للهامش)، يعني كل نبضة هتبقى مسافة أكبر.
الحل التاني: شبكة بدل النبضات، أو PLC بخرج Line Driver أسرع (ممكن 1 MHz أو أكتر حسب الموديل والدرايف).
فكّر دايمًا في الموازنة: دقة أعلى للنبضة = تردد أعلى عند نفس السرعة.
ابدأ بالـ Auto-tuning: الدرايف بيقدّر القصور الذاتي للحمل (Load Inertia Ratio) ويظبط الكسب (Gains). بعدين ارفع مستوى الاستجابة (Rigidity أو Response Level) خطوة خطوة لحد ما الحركة تبقى سريعة ومفيش رعشة أو صوت، ورجّع خطوة لورا للأمان.
علامات الكسب العالي: صوت صفير أو رعشة (Vibration)، والمحور بيزن وهو واقف.
علامات الكسب الواطي: حركة بطيئة وبتتأخر عن الأمر، Overshoot أو Undershoot، Position Error كبير، وقت استقرار (Settling) طويل.
تيونينج متقدم: Feed Forward بيقلل خطأ المتابعة، و Notch Filter للرنين، وفلاتر للأمر عشان الحركة تنعم.
النسبة بين القصور الذاتي للحمل (منقول للموتور) والقصور الذاتي للروتور. كل ما النسبة تكبر، التيونينج بيبقى أصعب والمحور ممكن يتذبذب. الحدود المقبولة بتختلف حسب الصانع والتطبيق (غالبًا تحت 10 لـ 30 مرة، وللتطبيقات الدقيقة أقل).
الجيربوكس بيقلل القصور الذاتي المنقول للموتور بـ مربع نسبة التخفيض. جيربوكس 1:5 بيقلل الـ Inertia 25 مرة.
لو النسبة كبيرة: جيربوكس، أو موتور Inertia أعلى (Medium/High Inertia series)، أو ميكانيكا أخف وأقسى.
الميكانيكا (سيور، كوبلنجات مرنة، أعمدة طويلة) ليها تردد رنين طبيعي. لو الكسب عالي، السيرفو بيثير الرنين ده فيطلع صوت عالي أو رعشة عند تردد ثابت. العلاج بـ Notch Filter على التردد ده، وكتير من الدرايفات بتلاقيه أوتوماتيك (Adaptive Filter)، أو تقلل الكسب، أو تقوّي الميكانيكا.
فيه كمان Vibration Suppression لاهتزاز طرف الحمل عند الوقوف (زي ذراع طويل).
استخدم أداة الـ FFT أو Machine Analyzer في سوفت وير الدرايف عشان تشوف تردد الرنين.
الفرق بين الموقع المطلوب والموقع الفعلي (Droop Pulses) عدّى الحد المسموح، فالدرايف وقّف عشان يحمي الماكينة. أمثلة الأسماء: AL.52 في Mitsubishi، و A.d00 في Yaskawa. أسبابه: الحمل زرجن أو اصطدم، الفرامل مفكتش، حد العزم (Torque Limit) قليل، التسارع أعلى من قدرة الموتور، الكسب قليل، توصيل أطراف الموتور U و V و W غلط، أو مشكلة في الإنكودر.
خطوات الفحص:
لا. في السيرفو التوصيل لازم يبقى U على U و V على V و W على W بالظبط. لو بدّلت، الدرايف هيوجّه التيار غلط بالنسبة للإنكودر، فالموتور هيترعش أو يجري بسرعة من غير تحكم (Runaway) أو يدّي ألارم Overcurrent أو Overload أو Deviation.
عكس الاتجاه بيتعمل من باراميتر في الدرايف (Rotation Direction) أو من الكنترولر.
الفرامل دي لـ إمساك المحور وهو واقف (خصوصًا المحاور الرأسية) لما الدرايف يقفل أو الكهربا تقطع، مش لفرملة الحركة. غالبًا 24 V DC، بتفتح لما تاخد جهد. الدرايف بيدّي إشارة توقيت (Brake Output) بحيث الفرامل تفتح بعد ما الموتور ياخد عزم وتقفل قبل ما العزم يتشال.
غلطات معتادة: تشغيل الحركة والفرامل لسه مقفولة (Deviation أو Overload وسخونية)، جهد الفرامل واطي بسبب كابل طويل، أو استخدامها كفرامل وقوف في الطوارئ المتكرر فتتآكل.
اختبرها بشكل دوري (Brake Test) في المحاور الرأسية.
لما المحور يهدّي بسرعة أو حمل رأسي ينزل، الموتور بيرجّع طاقة للدرايف. لو الطاقة أكبر من اللي المقاومة الداخلية تستحمله، بيطلع ألارم Regenerative Overload أو Overvoltage. الحل: مقاومة Regen خارجية مناسبة ومتفعّلة في الباراميترات، أو تقليل التهدئة، أو تقليل السرعة القصوى.
لازم تدخل في الباراميترات نوع المقاومة الخارجية وقدرتها، وإلا الدرايف هيحسب على الداخلية.
ربط الـ DC Bus بين الدرايفات (في الأنظمة اللي بتسمح) بيوفّر الطاقة دي.
مع إنكودر Incremental (أو Absolute مش متظبط): Home Sensor + نبضة Z من الإنكودر (الأدق)، Home Sensor لوحده، Limit Switch، أو Hard Stop بالعزم (المحور يزق في حاجز لحد ما العزم يوصل حد). مع الـ Absolute Multi-turn: بتحدد الأصل مرة واحدة وبعدها مش محتاج Homing.
استخدام نبضة الـ Z مع الحساس بيدّي تكرار عالي، لأن الحساس لوحده موقعه بيتغيّر شوية مع السرعة والحرارة.
تأكد إن حساس الـ Home مش قريب جدًا من نبضة Z (تقريبًا في نفس اللحظة)، وإلا الـ Homing ممكن يتنطّط لفة كاملة.
اتأكد إن الـ Servo ON واصل والدرايف Ready، إن الـ Limit Switches (زي LSP و LSN في Mitsubishi) واصلين أو متلغيين من الباراميتر، إن الـ Emergency Stop مش فاتح، إن نوع الأمر ومصدره مظبوطين (Position/Speed، نبضات ولا أنالوج ولا شبكة)، وإن النبضات واصلة فعلًا (عدّاد نبضات الأمر في شاشة المراقبة).
لأنه بيشيل إشارات ديجيتال سريعة بجهد قليل، فأي تشويش من كابلات القدرة أو شيلد مش متوصّل كويس ممكن يبوّظ البيانات، فيطلع ألارم Encoder Communication Error أو Encoder Error، أو حركة فيها نطّات.
احتياطات: كابل الصانع الأصلي أو بنفس المواصفة، الشيلد متوصّل صح في الكونيكتور، كابل الإنكودر بعيد عن كابل القدرة، مفيش وصلات في النص، وكابل مخصص للحركة (Flexible) في الـ Cable Chain.
لو الألارم بيظهر بس مع الحركة، شك في كابل مقطوع جوه السلسلة (Cable Chain).
لأن في وضع العزم الدرايف بيحاول يطلّع العزم المطلوب مهما كانت السرعة. لو الحمل اتشال فجأة (الخامة اتقطعت في ماكينة لف مثلًا)، الموتور هيتسارع بسرعة جدًا (Runaway). حد السرعة (Speed Limit) بيمنع ده.
أمثلة Torque Mode: ماكينات اللف والشد (Tension)، المكابس اللي بتضغط بقوة ثابتة، فك وربط المسامير.
إضافة أمر السرعة (أو العزم) المتوقع مباشرة من حركة الأمر، بدل ما تستنى لوب الموقع يشوف خطأ ويصحّح. ده بيقلل خطأ المتابعة (Following Error) جدًا في الحركات السريعة، خصوصًا في المحاور اللي لازم تمشي مع بعض (Interpolation في الـ CNC).
لو زوّدته زيادة ممكن يعمل Overshoot. بيتظبط بعد الكسب الأساسي.
احسب من حركة الماكينة: أقصى سرعة، العزم الذروة (وقت التسارع)، العزم الفعّال RMS على الدورة كلها، والـ Inertia Ratio. العزم الذروة لازم أقل من عزم الموتور الأقصى، والـ RMS أقل من العزم المقنّن، والسرعة أقل من المقنّنة، مع هامش.
الصانعين عندهم سوفت وير لاختيار الموتور (Sizing Tool) بيعمل الحسابات دي.
مفيش أسئلة على البحث أو الفلتر ده. جرّب كلمة تانية أو اختار «الكل».
الإجابات دي عامة وبتغطي الشائع في الشغل. أرقام الباراميترات وأكواد الأعطال بتختلف من ماركة للتانية، والمانيوال والكود المحلي هما المرجع. علامات «عارفها» و«مش عارفها» بتتسجّل على الجهاز ده بس.