BUTUNSiNAVLAR.COM
        Giriş     Üye OL
motor kontrol ve servo sistemleri, motor kontrol sistemleri, Elektronik Servo Mekanizma Prensipleri, analog Dijital Servo Sistemler, Dönen Cihazlarda Konum Algılama

Motor kontrol ve servo sistemleri

1.2. Motor Kontrol ve Servo Sistemleri

Servo kelimesi “servant – serv”den gelir; hizmet eden demektir. Bir motorun yaptığı işi kontrol edebilecek bir mekanizma eklenip bir şekilde kontrol mekanizması yapıldığında servo elde edilmiş olur.

Günümüzde servo sistemler endüstrinin farklı birçok alanında uygulama yeri bulmaktadır. Özellikle endüstriyel otomasyonda; hız, tork, konumlandırma, çok eksenli hareket, ölçme ve bilgisayar destekli üretim gibi alanlarda sıklıkla servo sistemler kullanılmaktadır. Servo sistemler ile gerçekleştirilen bir uygulamada, yüksek düzeyde duyarlılık ve kontrol sağlanabilmektedir; ancak servo sistemler, diğer klasik kontrol sistemlerine göre daha karmaşık ve maliyetlidir.

1.2.1. Elektronik Servo Mekanizma Prensipleri

Geri besleme elemanı; bir servo sistemin hızını, motor milinin ve yükün bulunduğu konumu ölçmek için kullanılır. Uygulamalarda kullanılan geri besleme eleman türleri Şekil 1.22’deki diyagramda görülmektedir. Geri besleme elemanı motora bağlı bir şekilde kullanılır ve genellikle motor ile aynı hızda çalışır. Bu nedenle aşırı hızlarda ısınır ve ürettikleri işaretler, bulundukları manyetik alandan etkilenir. Geri besleme elemanlarının

1.2.1.1. Analog Sistemler

Resolver’ler genellikle motorun soğutma fanı tarafındaki miline akuple olarak çalışır. Motorun bir dönüşü için, o andaki konumunun tespitinde kullanılan bir geri besleme elemanıdır. Resolver motor mili ile eş zamanlı (senkron) dönen bir transformatör gibidir. Şekil 1.23’te tipik bir resolver görülmektedir.

Resolver’in startor ve rotor sargıları ikişer adettir. Statora uygulanan gerilim motorun dönüş hızına göre rotordan tekrar alınır. Bir resolverin stator ve rotor sargılarıŞekil 1.24’te görülmektedir. Resolver’den elde edilen analog çıkış gerilimi motor milinin o andaki konumunu ve hız bilgisini verir. Elde edilen bu işaret sayısallaştırılarak servo motor konum ve hız kontrolü için kullanılır. Resolver işaretinin işlenme aşamalarıŞekil 1.25’teki blok diyagramda verilmiştir.

 

1.2.1.2. Dijital Servo Sistemler

Servo kontrolör bir servo motorun hız ve torkunu kontrol eder. Günümüzde kullanılan servo kontrolörler sayısal kontrolörlerdir. Sayısal kontrolörlerin örneksel (analog) kontrolörlere oranla aşağıdaki üstünlükleri vardır:

  • Bilgisayar destekli uygulamaları kolaydır.
  • Diğer birimlerle haberleşmesi kolay ve güvenilirdir.
  • İşaret işlemeleri kolaydır.
  • Çalışma koşulları sınırlarında uzun ömürlüdürler.

Günümüzde çeşitli üretici firmalar tarafından üretilen çok farklı işlevlere ve güçlere sahip servo motor sürücüleri bulunmaktadır.

Her üretici firmanın kendine özgü geliştirdiği teknik ve özellikler olmasına rağmen; tipik bir servo sürücüde bulunan özelliklerin çoğu ortaktır. Şekil 1.22’de çeşitli servo sürücüler görülmektedir.

Genel olarak bir servo sürücü iki ana birimden oluşur:

  • Güç kaynağı birimi (power supply module)
  • Eksen birimi (axis module)

Güç kaynağı birimi; sürücü için gerekli besleme gerilimlerinin yanı sıra, eksen kontrolleri için gerekli güçleri, motor frenleme gerilimini, sürücü ve sistemi koruyacak birçok koruma düzeneği ile standart bir iletişim portuna (RS 232, RS 485) sahiptir.

Eksen birimi ise servo motor hız ve torkunu kontrol eder. Bu kontrol için gerekli elektronik donanımı içerir. Günümüzde kullanılan birçok servo sistem, motorun yanı sıra bu sistemde kullanılabilecek diğer yardımcı motor, sensör, anahtar vb. elemanların da kontrolü için gerekli; sayısal giriş/çıkış, örneksel giriş/çıkış ve kontrol elektroniğine de sahiptir. Diğer bir ifadeyle; ayrı bir programlanabilir kontrolöre gerek kalmaksızın sistemin kontrolünü yapabilecek donanım ve yazılıma sahiptir.

RS 232 ve RS 485 iletişim portu; servo sürücünün merkezi bir kontrol birimine (PLC veya PC) bağlanması için kullanılır. Endüstriyel uygulamalarda 1500V gerilim koruması sağlayan ve ağ desteği veren RS 485 portu tercih edilir. Servo sürücü sistemleri üzerinde bulunan seri haberleşme kapıları kendilerine özgü haberleşme protokollerine sahiptir.

1.2.1.3. Dönen Cihazlarda Konum Algılama

Lineer olarak çalışan ayarlı dirençler, en basit şekilde pozisyon duyarlık elemanı olarak dizayn edilebilir ve kullanılabilir.

Ayarlı dirençlerin orta ucundan konuma veya pozisyona göre değişen bir gerilim alınarak pozisyon ya da konum değişikliği saptanabilir (Şekil 1.26). Dönel tip potansiyometreler, açısal hızlardaki değişimleri algılaması için kullanılır. Potansiyometrenin orta ucu milin dönüş hızına göre yer değiştirir. Burada dikkat edilmesi gereken özellik, yer değiştirme miktarında veya açısal hızda meydana gelen değişiklik oranında bir gerilim değişiminin oluşmasıdır. Yani lineerlik çok önemlidir. Dönel tip potansiyometrelerde ana problem, bunların tam 3600 lik dönüş yerine 3000 – 3400 lik dönüş yapabilmeleridir.

1.2.1.4. Referans Sinyaller

Açık devre kontrol sistemlerinde geri besleme kullanılmaz. Servo sistemlerde de açık devre kontrol kullanıldığında geri besleme olmaz. Bu durumda nümerik kontrollü bir tezgâhta hareket ve hız ölçülemez. Sistem basit olarak tezgâh tablasının hedef konuma erişeceğini varsayar. Sistemin gerçek başarısını bilmenin bir yolu yoktur. Açık devre kontrol sistemlerinde hareket ve hızı doğru şekilde kontrol etmek için step motor kullanılır. Step motor sayısal sinyali alır almaz, ana mil belirlenen bir açı ile dönmeye başlar. Adım miktarı, motor tasarımı ile belirlenir. Step motora gönderilen sinyalleri sayarak ve eksenel yönlendirici vidanın adımını bilerek mesafe doğru olarak tahmin edilebilir. Pozisyonel geri beslemeye ihtiyaç yoktur. Pratikte, sayısal anahtar devresi ve bir güç yükselticisi, step motoru tahrik etmek için gereklidir. Bu elektronik grubuna çevirici denir.

1.2.1.5. Düzeltme Sinyalleri Geliştirme

Kapalı döngü tahrik sistemli geri besleme alt sistemleri, gerçek çıktıyı izlemek ve istenen ile gerçek sistem başarısı arasındaki herhangi bir uyumsuzluğu düzeltmek amacıyla kullanılır. Kapalı devre kontrol sistemleri, hem konum hem de hız geri besleme ihtiyacı gösterir. Kontrol sisteminin sinyalleri sayması gerekmediğinden ana mil tahrik mekanizması için daha çok seçim imkânı sağlanır. Nümerik kontrol tahrik sistemlerinde konum döngüsü ve hız döngüsü olmak üzere iki geri besleme döngüsü vardır. Konum döngüsü; komparatör, yükseltici devre, hız döngüsü, çözücü ve arabirimden meydana gelen bir dış döngüdür. İşlem sırasında komparatör, CNC denetimden referans sinyali ve çözücüden konum geri besleme sinyalini alır. Bu iki sinyal arasındaki fark mevcut konum hatasını verir. Komparatör, konum hata sinyalini üretir ve bu sinyalle hatayı düzeltmek için servo motoru tahrik etmesi amacıyla yükselticiyi besler.

1.2.1.6. Düzeltme Sinyallerini Uygulama

Bir sistemde düzeltme sinyalinin oluşturulabilmesi için kapalı çevrim kontrol sistemi uygulanmalıdır. Sistemin çıkışı örneğin; Şekil 1.27’deki gibi takometreyle ölçülüp geri beslendikten sonra arzu edilen giriş değeri ile karşılaştırılır. Böylece sistemin girişi çıkıştan haberdar edilir. Eğer girişte istenilen değer ile çıkıştan alınan değer arasında herhangi bir uyumsuzluk oluşursa, düzeltme sinyalleri kullanılır.

Servo sistemlerinde düzeltme sinyallerinin başka bir uygulama alanı da CNC tezgâhlardır. Şekil 1.28’de görüldüğü gibi gelen sinyaller, kontrol ünitesinin CPU (Central Prosses Unit) denilen lojik bölümünde işlenmektedir. Burada bilgiler konum ve teknolojik (ilerleme, hız) bilgiler olarak ayrılmakta ve tezgâha G, X, Y, Z, F, S, T, M kodlarışeklinde bunları deşifre eden tezgâh arayüzünden geçirilerek gönderilmektedir. Hareketler, sensörler tarafından kontrol edilmekte ve gerçek değerler kontrol ünitesine gönderilmektedir. Burada teorik değerlerle karşılaştırıldıktan sonra, hareket sinyalleri olarak tekrar tezgâha gönderilmektedir.

1.2.1.7. Hız Düzeltme

Bir doğru akım (DC) motorunun devir sayısı (hızı), Şekil 1.29’daki gibi DC motorun endüvisine uygulanan doğru gerilim değeri ile orantılı olarak değiştirilebilir. Devir sayısı tako jeneratör tarafından ölçülerek devir karşılığı olan elektrik sinyali kontrol elemanına gönderilir. Burada kontrol elemanı olarak bir işlemsel yükselteç (OP-AMP) kullanmak mümkündür. İşlemsel yükseltecin pozitif girişine referans değer, negatif girişine ise geri besleme devresi olan tako jeneratörden alınan gerilim girilir. İşlemsel yükselteç bu iki girişin farkını güçlendirerek tetikleme devresine gönderir. Tetikleme devresi tristörlerin tetikleme açılarını ayarlayarak doğrultulan gerilimin değerini ayarlar. Motor, endüvisine uygulanan gerilime göre belirli bir devirde döner. Şekil 1.29’daki devrede motorun devrini düşürücü bir etki geldiğinde tako jeneratörde üretilen gerilim, düşen devirle orantılı olarak azalır. İşlemsel yükseltecin negatif girişine gelen gerilim azalınca referans ile aralarındaki fark yükselecek ve tetikleme elemanı, tristörlerin tetikleme açılarını küçülterek doğrultulan gerilimin değerini yükseltecektir. Gerilimdeki bu yükselme, azalan devrin set değerine tekrar gelmesini sağlar.

1.2.1.8. Faz Düzeltme

Servo sistemlerde kullanılan iki fazlı AC motorların referans sargıları ile kontrol sargılarının senkronize çalışmaları için ya yükselteç çıkışındaki kontrol geriliminin fazı ayarlanır ya da referans sargısına seri olarak uygun değerde bir kondansatör bağlanır.

1.2.1.9. Endüstriyel Servo Sistemleri Programlama

• Grafiksel Programlama

Bazı sürücüler, programlamayı oldukça kolaylaştıracak grafiksel programlama araçları sunar. Kullanıcının üst düzeyde programlama bilgisi olmasa dahi rahatlıkla programlama araçlarını grafiksel olarak kullanarak servo sistemi istediği gibi programlayabilir. Resim 1.23’te bir grafiksel programlama örnek ekran çıktısı verilmiştir.

• Düşük Düzey (Assembler) Programlama

Çoğu servo sürücü, donanım yapısına uygun assembler programlamaya olanak tanır. Assembler programlama esnek ve hızlı olmasına karşın iyi bir programlama bilgisi gerektirir.

Bu nedenle servo sistemi assembler programlama için hem programlama altyapısı bilgilerine hem de o sürücü için gerekli özel assembler bilgilerine sahip olmak gerekir. Her sürücü sisteminin assembler komutları ve yapısı kendisine özgü farklılıklar taşır; ancak temelde yaptıkları işlevler ve yapıları birbirlerine çok benzer. Resim 1.24’te bir servo sürücünün assembler programlama ekran çıktısı verilmiştir.

• CAM Programlama

Bazı ileri teknoloji servo sürücüleri, kendilerine özgü CAM (Computer Aided Manufacture-Bilgisayar Destekli Üretim) programlara sahiptir. Bu CAM programları ile kolaylıkla bazı servo sistem uygulamaları gerçekleştirilebilir; ancak bir endüstriyel otomasyon için çoğunlukla bir genel amaçlı SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition – Danışmalı Kontrol ve Veri Toplama Sistemi) programı kullanılır. Servo sürücülerin bu SCADA programları ile birlikte doğrudan kullanılabilmesi için de o SCADA için yazılmış bir sürücü programının olması gerekir. Eğer geliştirilecek uygulama küçük çaplı bir uygulama ise SCADA programı yerine yazılacak bir izleme ve kontrol programı kullanılabilir. Bu programı yazmak için sürücü parametrelerini görüntüleme ve değiştirme amacı ile sürücü haberleşme protokollerine ihtiyaç duyulur.

1.2.2. Motor Kontrol Sistemleri

1.2.2.1. Servo Motor Diyagramların Okunması

Bir servo sistem ile kontrol edilen motorun blok diyagramıŞekil 1.30’da verilmiştir. Böyle bir sistemde kullanılan motorun iki temel büyüklüğünün bilinmesi ve kontrol edilmesi gerekir. Bunlardan biri motorun o andaki hızı, diğeri ise motor milinin konumudur. Motor hızı takometre ile motor mili konumu ise resolver ile ölçülür.

TÜM DERS NOTLARI İÇİN TIKLAYIN
YORUMLAR

YORUM YAZ
Yorum yazabilmek için sağ üstten giriş yapmanız gerekir.
  Üye değilseniz,üye olmak için
 TIKLAYIN.
Lütfen sorularınızı yukarıdaki SORUSOR sekmesinden sorunuz
Buradan sorularınıza admin tarafından CEVAP VERİLMEYECEKTİR.
Max. 1000 karakter.
Sinavlara hazirlik