Động Cơ Servo Là Gì ? Những điều Cần Biết Trước Khi Sử Dụng.

Chúng ta cùng bắt đầu nhé !

Động cơ servo (Servo motor) là gì ?

Động cơ servo hay tên gọi tiếng anh là Servo motor là một hệ thống vòng kín sử dụng phản hồi vị trí để điều khiển chuyển động và vị trí cuối cùng.

Servo motor được hiểu một cách đơn giản là một bộ truyền động quay hoặc bộ truyền động tuyến tính. Bao gồm một động cơ phù hợp được kết hợp với một encoder để phản hồi vị trí, cho phép điều khiển chính xác vị trí góc hoặc tuyến tính, vận tốc và gia tốc. Theo Wikipedia

Các loại động cơ servo ?

Trong lĩnh vực công nghiệp có 2 loại động cơ servo phổ biến đó là: AC Servo và DC servo.

AC Servo: Là loại động cơ servo sử dụng nguồn điện xoay chiều AC.

Động cơ AC servo được chia làm 2 loại là: AC Servo đồng bộ và AC Servo cảm ứng.

Hiện nay với sự phát triển vượt trội về công nghệ nên động cơ AC servo được sử dụng phổ biến trong các ngành công nghiệp và tự động hóa.

DC Servo: Là loại động cơ sử dụng nguồn điện 1 chiều DC.

Động cơ DC servo được chia làm 2 loại là: Động cơ servo một chiều có chổi than và động cơ servo một chiều không chổi than.

Cấu tạo của động cơ servo.

Trong phần này chúng ta sẽ đi tìm hiểu chi tiết về cấu tạo của động cơ AC servo và DC Servo cũng như ưu và nhược điểm của từng loại servo.

Cấu tạo động cơ AC servo:

Cấu tạo của một động cơ AC servo gồm 3 phần chính là: Stato, rotor (nam châm vĩnh cửu) và encoder (bộ mã hóa).

Stato bao gồm các cuộn dây quấn quanh lõi thép, tạo ra một lực để quay rotor.

Rotor được cấu tạo từ nam châm vĩnh cửu.

Encoder hay bộ mã hóa có chức năng phản hồi chính xác vị trí hiện tại của động cơ.

Ưu điểm của động cơ AC servo:

Khả năng điều khiển chính xác cao cho các ứng dụng về điều khiển vị trí, điều khiển tốc độ, mô-men.

Tốc độ phản hồi nhanh và quán tính thấp. Ít sinh nhiệt, hoạt động trơn tru, tiếng ồn thấp.

Cấu tạo động cơ DC servo:

Gồm 2 loại đó là: Động cơ servo một chiều có chổi than (DC Brushed servo motors) và động cơ servo một chiều không có chổi than (DC Brushless servo Motors) .

Cấu tạo của động cơ servo một chiều có chổi than gồm các bộ phận chính là: Stato được làm từ nam châm vĩnh cửu, rotor, chổi than, encoder.

Ưu điểm của động cơ servo một chiều có chổi than là việc điều khiển khá dễ dàng và giá thành tương đối rẻ. Tuy nhiên, khi hoạt động loại động cơ servo này thường sinh ra tiếng ồn từ phần cổ góp, có nhiệt độ cao, quán tính lớn. Để khắc phục các nhược điểm trên bạn có thể dùng động cơ servo một chiều không có chổi than.

Điểm khác biệt trong cấu tạo của động cơ servo một chiều không có chổi than là: Nam châm vĩnh cửu được sử dụng ở phần rotor. Bên cạnh đó, do không sử dụng chổi than nên kích thước của động cơ sẽ nhỏ, gọn hơn. Trong khi hoạt động không gây tiếng ồn và yêu cầu về bảo trì ít hơn.

Bộ mã hóa của động cơ servo (Encoder).

Một trong các thành phần giúp cho động cơ servo hoạt động chính xác là bộ mã hóa hay còn được gọi là encoder của động cơ servo. Độ phân giải của encoder chính là yếu tố quyết định đến độ chính xác của động cơ servo.

Khi động cơ AC servo có độ phân giải encoder là 3000 xung/vòng thì các bạn có thể điều khiển động cơ servo mỗi bước quay là 1/3000 vòng.

Độ phân giải encoder của động cơ servo phản ánh sự sai số của máy móc. Nên trong quá trình thiết kế máy, các bạn cần quan tâm đến thông số này của động cơ servo. Hiện nay, động cơ servo Mitsubishi có độ phân giải lên tới 26bit, tương đương với 2^26 xung trên vòng. Động cơ servo Delta có độ phân giải lên tới 24bit, tương đương với 2^24 xung trên vòng.

Cấu hình của một hệ thống động cơ servo.

Để hoạt động một cách chính xác, động cơ servo cần phải kết hợp với các thiết bị sau: Bộ điều khiển (PLC), bộ khuếch đại (Servo Amplifier).

Nguyên lý hoạt động của động cơ AC servo.

Đến đây chắc hẳn các bạn sẽ đặt câu hỏi: “Động cơ servo hoạt động theo nguyên lý như thế nào ? Để có thể chạy đúng đến từng micromet”.

Động cơ servo có thể đạt được độ chính xác cao đến từng micromet, là do bộ khuếch đại (Servo Amplifier) hoạt động theo nguyên lý: So sánh giá trị lệnh (từ bộ phát xung PLC đưa tới) và giá trị hiện tại (được đo bằng encoder). Sau đó, bộ khuếch đại sẽ tính toán và đưa ra lệnh điều khiển để giảm tối thiểu sự khác biệt giữa hai giá trị này bằng cách sử dụng hệ thống điều khiển phản hồi kín. Tức là quá trình điều khiển hồi tiếp này sẽ được thực hiện liên tục.

So sánh động cơ servo và động cơ bước.

Động cơ servo có ưu điểm vượt trội hơn so với động cơ step trong các ứng dụng đòi hỏi về tốc độ và độ chính xác cao. Động cơ step có nhược điểm đó là: Có thể xảy ra hiện tượng trượt bước, mất bước trong quá trình hoạt động.

Cách lựa chọn động cơ servo.

Xác định rõ yêu cầu bài toán.

Trước khi đi đến quyết định có sử dụng động cơ servo hay không, đầu tiên các bạn cần xác định rõ yêu cầu về công nghệ. Khi bài toán yêu cầu về độ chính xác cao và tốc độ nhanh thì bạn nên nghĩ tới phương án dùng động cơ servo.

Khi dùng động cơ servo cho ứng dụng của mình đồng nghĩa với việc chi phí đầu tư sẽ cao hơn so với khi dùng các thiết bị khác. Ngoài ra, các bạn cũng có thể cân nhắc đến phương án dùng động cơ bước, biến tần để có thể tối ưu về chi phí.

Tính toán công suất động cơ servo.

Bước tiếp theo bạn cần làm đó là dựa vào các thông số của tải, kết cấu cơ khí để tính toán, chọn ra công suất phù hợp cho động cơ servo. Việc tính toán công suất động cơ servo đòi hỏi bạn cần có kiến thức về cơ khí, điện, chế tạo máy.

Việc chọn lựa động cơ servo có công suất quá cao sẽ gây lãng phí về chi phí. Ngược lại, nếu công suất quá thấp so với yêu cầu của tải sẽ không kéo được tải. Ngoài ra, các bạn có thể dựa vào các máy cũ tương tự để lựa chọn công suất động cơ servo.

Với bài toán thiết kế máy mới, để lựa chọn được công suất động cơ servo một cách chính xác. Các bạn cần tính toán được các thông số như sau: Hệ servo sẽ chạy với tốc độ là bao nhiêu, lượng mô-men cần thiết để kéo được tải, mô-men xoắn cực đại. Việc tính toán này các bạn có thể tham khảo các hướng dẫn từ các hãng như: Oriental Motor, Omron, Mitsubishi…

Một điểm các bạn cần lưu ý khi lựa chọn công suất động cơ servo là: Momen và tốc độ có mối quan hệ tỷ lệ nghịch với nhau. Cùng một công suất, nếu động cơ có tốc độ càng lớn thì sẽ có momen càng nhỏ.

Lựa chọn loại bộ khuếch đại (Servo Amplifier) phù hợp.

Bên cạnh việc lựa chọn động cơ servo, các bạn cũng cần lưu ý trong việc lựa chọn bộ khuếch đại cho động cơ servo.

Đầu tiên, các bạn cần chọn xác định phương án điều khiển cho động cơ servo là dạng điều khiển bằng xung hay là mạng truyền thông. Tiếp đến, cần xác định chân nhận xung là loại Open Collector hay loại Line driver. Hai yếu tố trên bạn cần lựa chọn tương đương với module phát xung từ PLC.

Chú ý tới các thông số về cơ khí liên quan đến lắp đặt động cơ servo.

Ngoài các thông số về điện, các bạn cũng cần quan tâm thêm các thông số về cơ khí. Để đảm rằng kích thước động cơ servo lắp đặt vừa với không gian có sẵn. Mình có thể kể tới một vài thông số cơ bản như đường kính của trục động cơ, đường kính mặt bích của động cơ servo…

Sơ đồ đấu dây cơ bản của động cơ servo.

Các bạn có thể tham khảo sơ đồ đấu nối cơ bản của hệ thống servo Mitsubishi dưới đây, để có cái nhìn tổng quan nhất về việc điều khiển động cơ servo.

Hướng dẫn tự học điều khiển động cơ servo.

Hiện nay, có rất nhiều nguồn tài liệu, video hướng dẫn về điều khiển động cơ servo mà các bạn có thể tìm thấy trên mạng. Các bạn hoàn toàn có thể tự học tại nhà. Hoặc có điều kiện hơn các bạn có thể tham gia một số khóa học điều khiển servo ở một số trung tâm.

Để việc học tập có hiệu quả nhanh và có thể thực hành test code các bạn có thể mua một bộ servo cũ và plc để thực hành.

Để giúp các bạn định hướng trong việc tự học lập trình PLC điều khiển động cơ servo mình xin chia sẻ một số gạch đầu dòng dưới đây.

Trước tiên, các bạn cần nắm được các kiến thức cơ bản về servo như: Servo motor là gì ? cấu tạo, nguyên lý của động cơ servo.

Tiếp đến, các bạn cần học cách đấu nối các tín hiệu từ bộ khuếch đại servo và PLC. Cần sử dụng các chân nào và chức năng của các chân đó là gì ? Cài đặt các thông số cho servo driver, module phát xung (nếu sử dụng).

Sau đó, các bạn có thể test chạy JOG để kiểm tra việc đấu nối đã đúng chưa. Trong quá trình chạy test các bạn nên kiểm tra các sensor limit, nút nhấn Emergency có tác dụng chưa, để tránh hư hỏng phần cơ khí do vượt quá hành trình.

Chú ý: Các bạn cần tính toán số xung, hộp số điện tử và kiểm tra động cơ đã quay chính xác một vòng với lượng cài đặt chưa ? {alertSuccess}

Tiếp theo, các bạn hãy tìm hiểu về các lệnh phát xung, lệnh về gốc mà PLC bạn đang sử dụng.

Tới đây các bạn có thể viết một chương PLC điều khiển động cơ servo đơn giản để test hoạt động.

Sau đó, các bạn có thể mở rộng bài toán của mình hơn với việc điều khiển servo nâng cao về điều khiển vị trí, điều khiển mô men. Các bạn có thể test chương trình nhập vị trí cần đến trên HMI.

Ứng dụng của servo motor.

Với các bạn làm trong ngành tự động hóa chắc hẳn đã bắt gặp động cơ servo trong rất nhiều ứng dụng bởi tính linh hoạt của nó.

Động cơ servo có thể ứng dụng trong việc điều khiển vị trí, điều khiển tốc độ, điều khiển mô-men.

Trong thực tế có thể kể đến các ứng dụng trong các ngành như:

Ứng dụng việc vận tải: Hệ thống nâng hàng, hệ kho hàng tự động…

Ứng dụng trong các máy móc: Máy cán màng, máy đúc nhựa, các loại máy gia công CNC, các hệ thống dao cắt, Robot công nghiệp, in ấn …

Ứng dụng sản phẩm thực phẩm: Dây chuyền chiết rót, dây chuyền đóng gói…

Ứng dụng trong ngành dệt may: Như các loại máy dệt, máy kéo sợi…

Các ứng dụng lắp ráp linh kiện điện tử: Máy lắp ráp linh kiện, máy kiểm tra ngoại quan…

Các thương hiệu servo motor phổ biến hiện nay.

Hiện nay trên thị trường có rất nhiều thương hiệu servo, tuy nhiên phổ biến hơn cả phải kể đến các thương hiệu động cơ servo dưới đây:

Động cơ servo Yaskawa - Nhật Bản

Động cơ servo Mitsubishi- Nhật Bản

Động cơ servo Omron - Nhật Bản

Động cơ servo Fuji - Nhật Bản

Động cơ servo ABB - Nhật Bản

Động cơ servo Panasonic - Nhật Bản

Động cơ servo Keyence - Nhật Bản

Động cơ servo Delta - Đài loan

Động cơ servo Siemens - Đức

Động cơ servo Schneider - Pháp

Trên đây, là những chia sẻ của FAVN TECH về động cơ servo là gì ? cấu tạo, nguyên lý, ứng dụng của servo motor. Hy vọng qua bài viết sẽ giúp các bạn có cái nhìn tổng quan nhất về động cơ servo.

Để được cập nhập về các bài viết mới nhất hoặc cần hỗ trợ về phần mềm, các bạn hãy để lại bình luận hoặc tham gia Group của FAVN TECH để được hỗ trợ sớm nhất.