位置決めコンベアで精密な動作を実現するモーターを制御する 3 つの方法

エリック・ライス 2018年11月15日

モーターは、産業用コンベヤのモーション制御システムの統合コンポーネントとして機能します。 通常、コンベアアプリケーションは一定速度または可変速度で動作し、メインドライブモーターからの速度制御のみを必要とします。 自動重量チェッカーに使用されるような位置決めコンベヤには、より正確な制御が必要です。 これらのアプリケーションでは、メインドライブは中程度から高精度で位置決めコンベアを開始および停止する必要があります。

DC および AC モーターは固定速度または一定速度のコンベヤー用途の速度制御を維持するためによく使用されますが、ステップモーターおよびサーボモーターは、より正確な精密な動作が必要なコンベヤーに、より正確な位置決め機能を提供します。 多くの場合、モーターとしてステッパーが選択されますが、より要求の厳しい動きにはサーボ モーターが多くの利点をもたらします。

ステッピング モーターは通常、開ループ制御で動作し、シンプルさ、優れた位置決め、経済性という利点をもたらします。 ただし、統合された高解像度エンコーダなどのフィードバック メカニズムを使用して構成すると、閉ループ ステッピング モーターは速度と位置の情報をドライブ/コントローラーに返します。 閉ループシステムの高トルク、高速動的応答は、高性能位置決めコンベヤの要求に応えます。

速度、トルク、精度、サイズは、コンベア用途に適切なモーターを選択する際に考慮すべき重要なパラメータです。 モーターのサプライヤーは、用途に適した設計の選択を支援する専門知識とツールを提供します。

正しいモーターを指定したら、次に適切なモーター制御方法を選択します。 ここでは、コンベアの位置決めに使用されるステップ モーターとサーボ モーターの両方を制御する最も一般的な方法を 3 つ紹介します。

1. パルス制御

ステップおよび方向制御とも呼ばれるデジタル パルス制御は、ステップ モーターまたはサーボ モーターを制御するための一般的な方法です。 機械内の主 PLC またはコントローラに 20 キロヘルツ (kHz) 以上などの 1 つ以上の高周波出力が含まれる場合、デジタル パルス制御は良いオプションです。

ステップおよび方向制御には、最小パルス出力周波数 20 kHz が必要です。 多くのユーザーは 100 kHz 以上の使用を希望するかもしれませんが (多くのコントローラーは 2 または 3 メガヘルツまたは MHz の周波数を提供します)、これらの高周波出力によりシステム コストが増加します。 ステッピング ドライブまたはマイクロステップ エミュレーションを備えた統合ステッピング モーターを実装することで、より低い周波数の出力を使用します。 このステップ モーター テクノロジーの強力な進歩により、モーターが低周波パルス出力を使用する場合でも、スムーズなマイクロステップ動作が可能になります。

図 1: このパルス制御図は、主コントローラーがどのように STEP 信号と DIRECTION 信号をモーター軸に出力するかを示しています。

この制御スキームの構成 (上記の図 1 を参照) には、PLC からのパルス出力をモーター ドライブまたは統合モーターのステップ入力に接続することが含まれます。 2 番目の非パルス出力は方向入力に接続されます。 ステップ入力に送信されるパルスの数と周波数によって、コンベアの移動長と速度がそれぞれ決まります。 方向入力の信号 (ハイまたはロー) によって、進行方向 (前進または後進) が決まります。 コンベアをスムーズに開始および停止するには、PLC/コントローラはパルスの周波数を増減してスムーズな加速と減速を作成する必要があります。 この機能がないと、コンベヤは起動時と停止時にぎくしゃくしてしまいます。

2. アナログ入力による速度制御

1 つまたは 2 つのデジタル入力とアナログ入力を備えたさまざまなディスクリート入出力 (I/O) 信号を使用することは、位置決めコンベヤでステップ モーターやサーボ モーターを制御するもう 1 つの一般的な方式です。

この構成では、Run/Stop が最初のデジタル入力になります。 実行/停止を設定すると、モーターは自動的に目標速度に達し、その速度で動作します。 Run/Stop 入力がリセットされると、モーターは減速して停止します。 モータの加速と減速は軸のコミッショニング中にソフトウェアで設定されるため、軸はそれらを自動的に制御します。 2 番目のデジタル入力は方向 (順方向/逆方向) を制御できます。