Serwonapęd różni się od zwykłego falownika tym, że pracuje w pętli zamkniętej, stale porównując zadaną i rzeczywistą pozycję lub prędkość osi. To sprzężenie zwrotne pozwala na dużą precyzję, ale jednocześnie otwiera dodatkowe źródła usterek, których nie znajdziemy w prostszych układach sterowania silnikiem. Poniżej przechodzimy przez najczęstsze z nich.
Dlaczego serwonapęd zgłasza przeciążenie prądowe?
Przeciążenie prądowe to najczęściej zgłaszany błąd serwonapędów spotykany w praktyce serwisowej, niezależnie od tego, czy mowa o napędach Siemens Sinamics, Bosch Rexroth IndraDrive, Yaskawa Sigma czy Mitsubishi MR-J. Zanim padnie wniosek o uszkodzeniu elektroniki, warto sprawdzić kilka możliwych przyczyn mechanicznych i konfiguracyjnych, które prowadzą do tego samego objawu. Warto przy tym pamiętać, że nadmierny prąd bywa też sygnalizowany z powodów leżących po stronie samego silnika, które opisujemy szerzej w artykule o tym, dlaczego serwosilnik pobiera za dużo prądu.
Pierwszą i najczęstszą przyczyną jest mechaniczne zakleszczenie lub zablokowanie osi, na przykład przez rozbitą prowadnicę, zużyte łożysko albo obce ciało w mechanizmie. Napęd próbuje pokonać opór, którego fizycznie nie jest w stanie przełamać, i w efekcie pobiera prąd znacznie przekraczający wartość znamionową.
Drugą przyczyną bywa zbyt mały dobór napędu lub silnika względem rzeczywistych wymagań momentu. Jeśli aplikacja z czasem zaczęła wymagać więcej mocy niż na etapie projektowania, serwonapęd regularnie pracuje na granicy swoich możliwości, co prędzej czy później kończy się przeciążeniem.
Trzecią przyczyną jest zbyt agresywne strojenie regulatora, generujące gwałtowne skoki prądu przekraczające możliwości napędu, nawet jeśli sama aplikacja nie uległa zmianie. Czwartą przyczyną jest niedopasowanie bezwładności obciążenia do napędu, na przykład po modyfikacji mechanizmu przenoszącego napęd, dodaniu dodatkowego elementu ruchomego albo zmianie przełożenia. Zbyt duży stosunek bezwładności obciążenia do bezwładności silnika utrudnia napędowi utrzymanie zadanej trajektorii, co przy próbie szybkiego przyspieszania lub hamowania kończy się przekroczeniem dopuszczalnego prądu.
Skąd się biorą błędy napięcia w obwodzie DC serwonapędu?
Serwonapęd, podobnie jak inne urządzenia energoelektroniczne, wewnętrznie opiera się na obwodzie pośredniczącym DC, którego napięcie musi mieścić się w ściśle określonym zakresie.
Przepięcie w tym obwodzie najczęściej pojawia się przy zbyt szybkim hamowaniu osi, gdy energia oddawana przez silnik nie zdąża zostać rozproszona lub zmagazynowana, albo przy niestabilnym napięciu linii zasilającej. Zbyt niskie napięcie w obwodzie DC ma zwykle inne źródło, spadki napięcia w instalacji zasilającej, zbyt długie i cienkie przewody zasilające, albo przeciążoną sieć, do której podłączonych jest zbyt wiele odbiorników jednocześnie.
Rozróżnienie tych dwóch scenariuszy ma praktyczne znaczenie, bo prowadzi do zupełnie innych działań naprawczych, w pierwszym przypadku często wystarcza wydłużenie czasu hamowania lub dodatkowy moduł hamujący, w drugim konieczna bywa poprawa jakości samego zasilania.
Dlaczego serwonapęd zatrzymuje się przy utracie sprzężenia zwrotnego?
Serwonapęd bez ważnego sygnału zwrotnego z enkodera silnika nie ma możliwości bezpiecznego kontynuowania pracy, dlatego zatrzymuje się nawet wtedy, gdy sam silnik pozostaje w pełni sprawny mechanicznie i elektrycznie.
Do utraty sprzężenia zwrotnego najczęściej prowadzi uszkodzenie lub poluzowanie przewodu enkodera, szczególnie w miejscach narażonych na zginanie i wibracje. Kolejną przyczyną są zakłócenia elektryczne indukowane na linii sygnałowej, zwłaszcza gdy przewód enkodera biegnie równolegle do przewodów zasilających dużej mocy bez odpowiedniego ekranowania. Trzecią możliwością jest usterka samego enkodera, wynikająca z jego zużycia, zanieczyszczenia lub uszkodzenia mechanicznego.
Z punktu widzenia obsługi ten typ usterki bywa mylący, bo silnik fizycznie może się swobodnie obracać ręcznie, a mimo to napęd odmawia uruchomienia, właśnie dlatego, że nie ma pewności co do rzeczywistej pozycji wału.
Błędy komunikacji z nadrzędnym sterownikiem
Współczesne serwonapędy niemal zawsze pracują w sieci przemysłowej, najczęściej EtherCAT, Profinet lub CANopen, za pośrednictwem której otrzymują zadane wartości z nadrzędnego sterownika PLC. Utrata tej komunikacji jest jedną z najczęściej zgłaszanych usterek w praktyce serwisowej, obok samego przeciążenia prądowego i utraty sprzężenia zwrotnego z enkoderem.
Najczęstszą przyczyną jest uszkodzenie lub poluzowanie przewodu sieciowego, szczególnie w miejscach narażonych na ruch i wibracje, na przykład na prowadnicach kablowych osi przemieszczających się. Kolejną przyczyną bywa niewłaściwa terminacja magistrali lub przekroczenie dopuszczalnej liczby urządzeń w danym segmencie sieci, co objawia się niestabilną, przerywaną komunikacją zamiast jej całkowitego braku. Zdarza się też, że przyczyna leży po stronie samego sterownika nadrzędnego lub jego konfiguracji, a nie napędu, dlatego diagnoza takiej usterki powinna obejmować cały segment sieci, nie tylko pojedynczy serwonapęd.
Napęd, który utracił komunikację z nadrzędnym sterownikiem, zwykle przechodzi w bezpieczny stan zatrzymania, niezależnie od tego, czy silnik i elektronika samego napędu pozostają w pełni sprawne.
Czy niestabilna praca osi zawsze oznacza usterkę mechaniczną?
Nie każda niestabilna praca osi oznacza usterkę sprzętową. Serwonapęd steruje osią w kilku zagnieżdżonych pętlach regulacji, zwykle pętli prądu, pętli prędkości oraz pętli pozycji, z których każda ma własne wzmocnienie proporcjonalne i całkujące. Zbyt wysokie wzmocnienie pętli prędkości najczęściej objawia się słyszalnym, wysokoczęstotliwościowym drganiem osi, natomiast zbyt agresywne wzmocnienie pętli pozycji prowadzi do przeregulowania i oscylacji wokół zadanego punktu docelowego, zamiast płynnego dojazdu do pozycji.
Objawy tego typu bywają mylone z usterką mechaniczną, na przykład z luzem w przekładni, dlatego warto uwzględnić strojenie poszczególnych pętli regulacji jako jedną z możliwych przyczyn, zanim rozpocznie się kosztowna diagnostyka części mechanicznej. Jeśli drgania mają charakter bardziej fizyczny niż elektroniczny, warto sprawdzić też nasz artykuł o tym, kiedy wibracje serwosilnika są normą, a kiedy sygnałem nadchodzącej awarii.
Co oznacza przegrzewanie się serwonapędu?
Przegrzewanie się serwonapędu zwykle wskazuje na jedną z dwóch sytuacji, przeciążenie opisane wcześniej w tym artykule, albo problem z samym układem chłodzenia, zanieczyszczony radiator, uszkodzony wentylator lub niewłaściwe warunki montażu w szafie sterowniczej. Szerzej mechanizm przegrzewania się urządzeń energoelektronicznych opisujemy w osobnym artykule poświęconym konserwacji układu chłodzenia falownika. Jeśli źródłem ciepła wydaje się sam silnik, a nie napęd, warto sprawdzić też, dlaczego serwosilnik przegrzewa się, chociaż pracuje w nominalnym obciążeniu.
Objaw, a prawdopodobna przyczyna
| Objaw | Najbardziej prawdopodobna przyczyna |
|---|---|
| Alarm nadprądowy przy starcie ruchu | Zakleszczenie mechaniczne osi lub zbyt agresywne strojenie |
| Alarm nadprądowy tylko przy dużym obciążeniu | Zbyt mały dobór napędu do aplikacji |
| Przepięcie zgłaszane przy hamowaniu | Zbyt krótki czas hamowania |
| Zbyt niskie napięcie DC | Spadki napięcia w instalacji zasilającej |
| Napęd nie startuje, silnik obraca się ręcznie | Utracone sprzężenie zwrotne z enkoderem |
| Napęd zatrzymany, brak reakcji na zadane wartości z PLC | Utracona komunikacja sieciowa z nadrzędnym sterownikiem |
| Drgania i oscylacje osi | Błędne strojenie regulatora |
| Zatrzymanie po dłuższej pracy pod obciążeniem | Przegrzanie wynikające z przeciążenia lub zabrudzonego chłodzenia |
Jeśli rozpoznajesz u siebie któryś z powyższych objawów, zakres naprawy warto ustalić na podstawie pełnej diagnozy, opisanej na naszej podstronie naprawy i serwisu serwonapędów.
Często zadawane pytania
Co to jest serwonapęd?
Serwonapęd to urządzenie elektroniczne sterujące pracą serwosilnika w pętli zamkniętej, porównujące zadaną i rzeczywistą pozycję lub prędkość osi na podstawie sygnału ze sprzężenia zwrotnego, najczęściej z enkodera. Dzięki temu umożliwia precyzyjne pozycjonowanie i płynną kontrolę ruchu maszyny, w przeciwieństwie do prostszych układów sterowania silnikiem.
Jaka jest różnica między serwonapędem a falownikiem?
Falownik steruje silnikiem najczęściej w pętli otwartej lub z ograniczonym sprzężeniem zwrotnym, regulując głównie prędkość obrotową, bez precyzyjnej kontroli pozycji wału. Serwonapęd pracuje w pętli zamkniętej ze sprzężeniem zwrotnym z enkodera, co pozwala na dokładne pozycjonowanie i kontrolę momentu, dlatego stosuje się go tam, gdzie liczy się precyzja ruchu, na przykład w robotyce czy obrabiarkach CNC.
Serwonapęd gubi pozycję. Co to oznacza?
Oznacza to, że rzeczywiste położenie osi przestało być zgodne z pozycją zapisaną w napędzie, najczęściej na skutek utraty lub zakłócenia sygnału z enkodera, poluzowanego sprzęgła między silnikiem a mechanizmem albo poślizgu mechanicznego przekraczającego możliwości korekcji regulatora. Napęd w takiej sytuacji zwykle zatrzymuje pracę i zgłasza błąd.
Silnik krokowy czy serwonapęd, co wybrać?
Silnik krokowy sprawdza się w prostszych aplikacjach o niższych wymaganiach co do momentu i prędkości, pracuje jednak bez pełnego sprzężenia zwrotnego, co niesie ryzyko utraty kroków pod obciążeniem. Serwonapęd, dzięki pętli zamkniętej, zapewnia wyższy moment, większą precyzję i stabilną pracę przy dużych prędkościach oraz zmiennym obciążeniu, kosztem wyższej ceny i bardziej złożonej konfiguracji. Wybór zależy od wymagań konkretnej aplikacji co do precyzji, dynamiki i obciążenia.
Serwonapęd wpada w drgania pod obciążeniem. Co to oznacza?
Najczęściej wskazuje to na zbyt agresywne strojenie regulatora, w szczególności zbyt wysokie wzmocnienie pętli prędkości lub pozycji. Podobny objaw może jednak dawać luz mechaniczny w przekładni lub sprzęgle, dlatego rozróżnienie tych dwóch przyczyn wymaga sprawdzenia zachowania napędu przy innych ustawieniach regulatora oraz oceny stanu mechaniki.
Serwonapęd zgłasza błąd przeciążenia przy starcie. Co to oznacza?
Zwykle oznacza to, że podczas rozruchu napęd próbuje pokonać opór przekraczający jego możliwości, najczęściej na skutek mechanicznego zakleszczenia osi, zbyt małego doboru napędu do obciążenia lub zbyt agresywnych parametrów rozruchu.
Serwonapęd odcina zasilanie osi po nagrzaniu. Co to oznacza?
Oznacza to zadziałanie zabezpieczenia termicznego, chroniącego napęd lub silnik przed uszkodzeniem na skutek przegrzania. Przyczyną bywa długotrwała praca pod przeciążeniem, zanieczyszczony lub uszkodzony układ chłodzenia, albo niewłaściwe warunki montażu w szafie sterowniczej, ograniczające odprowadzanie ciepła.
Jak zgłosić awarię serwonapędu do serwisu?
Skontaktuj się z PLE Service i opisz zaobserwowane objawy oraz okoliczności ich wystąpienia. Zorganizujemy odbiór urządzenia, przeprowadzimy bezpłatną diagnozę i przedstawimy zakres naprawy przed podjęciem dalszych działań.
