درایوهای موتور ستونهای صنعت مدرن جهانی هستند. این تجهیزات کاربردی در عین پنهان بودن در قلب اتوماسیون نوین صنعتی که به پایدار ساختن دنیا و زندگی ما کمک میکنند، میتپند. امروزه بیشترین کاربرد درایوها برای کنترل فنها، پمپها و کمپرسورها میباشد که از عناصر بسیار در تاثیرگذار در صنایع مختلف به شمار میروند. بازار مالی این تجهیزات مستتر، موید اهمیت بالای آنها در بخشهای مختلف صنعت است. طبق گزارشها منتشر شده از بازار مالی درایوها، بیشترین سهم به ترتیب به درایوهای AC و DC با بیش از 10 و 4 میلیارد دلار اختصاص دارد. از طرفی با توجه به کاربرد وسیع و متنوع این تجهیزات در بخشهای مختلف صنعت، انجام اقدامات پیشگیرانه و توجه به تعمیر و نگهداری درایوهای صنعتی در جهت جلوگیری از توقف فعالیت آنها و بطبع خسارات مالی کلان، یک ضرورت انکارناپذیر محسوب میشود.
درایوهای موتور با تغییر فرکانس و ولتاژ منبع تغذیه امکان کنترل فرآیند، کاهش مصرف انرژی و تولید انرژی به صورت کارآمد را فراهم میکنند. به عبارت دیگر درایوهای صنعتی ترکیبی از یک موتور مناسب با درایو یا اینورتر رای کنترل سرعت، گشتاور و موقعیت کلیدها، سنسورها و پیوندها هستند. درایوها اغلب به طور خاص اجزای الکتریکی هستند که خود اینورتر فرکانس متغیر را تشکیل میدهند و رابط بین سیگنالهای کنترل و موتور میباشند. آشنایی با کارکرد این تجهیز در سیستم از یک سو و شناخت بخشهای مختلف عملکردی آن و نیز خرابیهای متداول مربوطه در سوی دیگر، جهت انجام بهتر و کارآمدتر تعمیر و نگهداری درایوهای صنعتی و اتخاذ تصمیمات پیشگیرانه و نتیجتاً بهبود قابلیت اطمینان راهگشاست.
تعمیر و نگهداری درایوهای صنعتی همانند سایر تجهیزات صنعتی از دو جهت قابل بررسی است. اولین وجه از این مهم در نگاه کلان به امر تعمیر و نگهداری و متعاقب آن اتخاذ استراتژیهایی با هدف بهبود قابلیت اطمینان و مبتنی بر حفظ و نگهداشت داراییهای فیزیکی نهفته است. وجه دیگر تعمیر و نگهداری درایوهای صنعتی به پیاده سازی استراتژیها و اقدامات پیشگیرانه و در صورت لزوم تعمیرات به موقع و موثر میباشد.
توجه به موضوع قابلیت اطمینان باعث میشود که درایوها سالها خدمات بدون دردسر ارائه دهند. تعمیر و نگهداری پیشگیرانه به تعمیر و نگهداری روزانه و دورهای منظم برای کمک به روشن ماندن تجهیزات گفته میشود که کمک شایانی به جلوگیری از خرابیهای برنامهریزی نشده و هزینههای گزاف تجهیزات میکند. در امر تعمیر و نگهداری درایوهای صنعتی به ویژه در صنایعی که بیشتر از درایوهای نوع AC و DC استفاده میکنند، پیادهسازی تعمیر و نگهداری پیشگیرانه منظم میتواند زمینههای مشکل سیستم را شناسایی کند که معمولا با انجام برخی تغییرات جزئی و بروزرسانی از مشکلات عمده و خرابی در آینده جلوگیری میکند.
در راستای اجرایی سازی کارآمدتر برنامه تعمیر و نگهداری درایوهای صنعتی لازم است که به صورت کلی مجموعه اقداماتی در جهت جلوگیری از خواب این تجهیزات انجام دهیم. بخش اصلی این اقدامات وابسته به جمع آوری اطلاعات روزانه از وضعیت عملکرد آنها و ثبت دقیق اطلاعات مربوطه میباشد. این امر باید به صورت پیوسته توسط پرسنل درگیر با تجهیز و برنامههای هوشمند ثبت وقایع صورت پذیرد. برای عیب یابی و رفع عیب نکات عمومی وجود دارد که در اینجا برخی از آنها را برمیشمریم. همچنین در دسته بندی مشخصی از انواع درایوهای صنعتی ارائه نکات فنی مرتبط با هر کدام را بررسی خواهیم نمود.
چک کردن پیوسته کدهای خطا: بیشتر کنترل کنندهها دارای رابطی برای تنظیم درایو و نمایش اطلاعات مربوط به عملکرد هستند. اگرچه جزئیات اطلاعات نمایش داده شده بین درایوهای مختلف متفاوت است، اما بیشتر کنترل کننده ها اطلاعات مربوط به کد خطا مانند جریانهای زیاد، ولتاژ بالا و پایین در دو طرف ورودی و خروجی، دمای بالا و خطاهای داخلی را ارائه میدهند.
کنترل اتصال تجهیز: اگر کدهای خطا به شما کمک نمیکنند مشکل را ردیابی کنید، اتصالات را بررسی نمایید. اتصالات شل از شایعترین علل عملکرد معیوب در درایوها است. اگر هنوز تجهیز روشن میباشد میتوان افت ولتاژ اتصال را کنترل کرد یا در صورت خاموش بودن. تنها در این حالت توجه کنید که برای قرائت قابل اعتماد، اتصال راجدا نکنید.
کنترل مداوم دما: رصد پیوسته دمای تجهیز میتواند در رهگیری و شناسایی مشکل کمک کنند باشد. همچنین با استفاده از بررسی دمای اتصالات به کمک دماسنج مادون قرمز این امکان فرا هم میشود که شل بودن اتصالات را شناسایی کنید.
توجه به تغییرات غیرمعمول درعملکرد تجهیز: با استفاده از حواس پنجگانه میتوان برخی از مشکلات احتمالی را شناسایی کرد. به عنوان مثال توجه به بوی نامتعارف از موتور، صداهای غیرمعمول و بوی عایق سوخته. در این موارد یاتاقانهای موتور، بار اضافی مکانیکی به قطعات و فرسودگی آنها را بررسی کنید.
مجموعه اقداماتی که پیشتر اشاره شد کمک شایانی در نگهداری و شناسایی عیوب احتمالی میکند اما با توجه به این که درایوهای صنعتی انواع مختلفی دارند. بطبع لازم است که ملاحظات ویژهای در تعمیر و نگهداری آنها لحاظ کرد که در ادامه به آنها اشاره میشود.
بخشی ازهمه برنامههای تعمیر و نگهداری، خرابی و تعمیر قطعات تجهیز میباشد و درایوهای صنعتی از این قاعده مستثنی نیستند. برای اجرای هر چه بهتر و موثرتر تعمیرات درایوها، لازم است ابتدا با انواع این تجهیز و عملکرد آن آشنا شد. چرا که درک صحیح ساختار و اجزای یک تجهیز در شناسایی ریشه خرابی و عیب یابی یک اصل بنیادی است.
درایوهای موتور همانطور که قبلتر بدان اشاره شد موقعیت خروجی و سرعت موتور الکتریکی را کنترل میکنند. هنگامی که برق به موتور میرود، درایو با اصلاح آن، خروجی لازم را فراهم میکند. اصطلاحات “کنترل کنندههای موتور” و “درایوهای موتور” اغلب به جای یکدیگر استفاده میشوند، زیرا مدارهای کنترل کننده معمولا با مدارهای محرک ترکیب میشوند و یک واحد را تشکیل میدهند.
امروزه چند نوع مختلف موتور و درایو موتور وجود دارد. چهار نوع اصلی موجود درایوها شامل DC، AC، سروو و استپر میباشد که در ادامه با آنها بیشتر آشنا میشویم.
موتورها و درایوها همچنین میتوانند در یک دسته بندی فرعیتر دیگر که بر نحوه کنترل آنها تمرکز دارد، قرار بگیرند. بر این اساس درایوها به دو دسته کلی زیر تقسیم میشوند:
درایوهای با سرعت متغیر (VSD): این درایوها با تغییر ولتاژ ورودی، سرعت موتور را تغییر میدهند و میتوانند با موتورهای AC و DC استفاده شوند. در این نوع، اگر منبع تغذیه به شکل AC باشد، VSD ها از یک مدار یکسوکننده برای تبدیل AC به DC در ولتاژ و آمپر مشخصی که درایو میتواند تنظیم کند، استفاده میکنند. تغییر ولتاژ DC باعث تغییر سرعت موتور میشود.
درایوهای فرکانس متغیر (VFD): درایوهای فرکانس متغیر نیز سرعت موتور را کنترل میکنند، با این تفاوت که این کار را با تغییر ولتاژ و فرکانس انجام میدهند، لذا تنها با موتورهای AC به کار میروند. VFD ها فرکانس و ولتاژ سیگنال AC را کنترل و با تنظیم فرکانس موتور سرعت آن را کنترل میکند. VFD ها همچنین برای کنترل سرعت راه اندازی و کاهش سرعت و نیز جلوگیری از اضافه جریان در موتور به کار میروند.
یک درایو DC در عملکرد اصلی خود، جریان متناوب (AC) را به جریان مستقیم (DC) تبدیل میکند و جریان مورد نیاز موتورهای DC را تامین مینمایند. درایوهای DC ماژولهای قدرتی هستند که به عنوان رابط بین موتور DC و کنترل کننده عمل میکنند. غالباً، موتور الکتریکی همراه با کنترلر در کنار مدار درایو قرار میگیرد.
گاهی اوقات، درایوهای DC به عنوان درایوهای با سرعت متغیر شناخته میشوند. چراکه نحوه تنظیم سرعت شافت در اکثر انواع درایوهای DC صورت میپذیرد. یک درایو DC با تنظیم سرعت قابل اعتماد، دامنه سرعت گسترده و نحوه انتقال ولتاژ به موتور مشخص میگردد.
پنل درایو صنعتی DC
در بحث تعمیر و نگهداری درایوهای صنعتی DC باید به این توجه کرد که به خاطر ساختار این نوع درایو، مسئله عیب یابی امری زمانبر است. بسیاری از عوامل مختلف وجود دارد که میتواند برای یک درایو DC ایجاد مشکل کند. مهم است که این مسائل درک شود تا عیب یابی سریعتر و موثرتر انجام پذیرد. برخی از رایجترین مشکلات درایو DC به بازدارندههای درایو برمیگردد. در اکثر اوقات عوامل بیرونی میتوانند عملکرد درایو را محدود کنند. لذا لازم است در ابتدا این موارد بررسی شود. مسائل بلقوه میتواند شامل موضوعات زیر باشد:
اتصال منبع تغذیه ضعیف: اگر درایو شما مشکل ولتاژ یا جریان دارد، ممکن است دستگاه برق مورد نیاز خود را دریافت نمیکند. این عاملی است که میتواند درایو را مهار کرده و از کارکرد موتور جلوگیری نماید.
اتصال معیوب با موتور: عامل مذکور میتواند موتور را درگیر نماید نه درایو DC . فاکتورهایی مانند سیم، رلههای موتور و اتصالات باید بررسی شوند تا عامل اختلال عملکرد پیدا شود.
سیگنال فرمان ضعیف: اگر درایو DC موتور را متوقف کرد. ممکن است به دلیل یک سیگنال فرمان معیوب باشد. لذا حتما مطمئن شوید که سیگنال فرمان لازم برای راه اندازی موتور به درستی منتقل میشود.
بعد از بررسی عوامل بیرونی تاثیرگذار برعملکرد، گام بعدی در امرعیب یابی به عنوان بخشی از تعمیر و نگهداری داریو صنعتی DC، این است که خود درایو را مورد واکاوی قرار دهیم. خرابی درایو میتواند باعث از بین رفتن قطعکنندهها و فیوزها شود. این موارد از نشانه های نقص در خود درایو میباشد. از دیگر نشانهها میتوان به عایقبندی سیگنال ضعیف اشاره کرد. سایر مشکلاتی که میتواند برای درایو DC رخ دهد، میتواند به دلایل زیر رخ دهد:
خط ولتاژ کثیف: بدون خط ولتاژ تمیز، ممکن است بعضی از درایوها برای کارکرد صحیح دچار مشکل شوند. لذا باید مسیر انتقال ولتاژ چک شود.
بارگیری بیش از حد: اضافه بار، تنش زیادی را در درایو ایجاد میکند. این اتفاق خرابی کل سیستم را به همراه دارد. بدین جهت باید از عوامل ایجاد اضافه بار جلوگیری کرد.
سیمکشی درایو: اگر سیمکشی درایو معیوب باشد یا به طور مناسبی انجام نشود، ممکن است درایو آسیب ببیند.
در آخر باید به این نکته اشاره کرد که با کنترل پیوسته سیستم و ثبت وقایع در کنار به کارگیری کتابچه راهنمای این نوع درایو میتوان برنامه ریزی بهتری در راستای پیاده سازی نگهداری و تعمیرات برای امر درایوهای صنعتی DC انجام داد.
درایوهای AC ورودیهای AC را به DC تبدیل میکند که کاملا شبیه درایو DC عمل میکند. با این حال، پس از اتمام اولین تبدیل، جریان DC مجددا به جریان AC تبدیل میشود که انرژی موتور الکتریکی را تامین میکند. اساسا داریوهای AC اینورتر یا تقویت کننده فرکانس هستند و به عنوان رابط بین موتور AC و کنترل کننده عمل میکنند. از این رو درایوهای AC به عنوان درایوهای فرکانس متغیر شناخته میشوند، زیرا اکثر درایوهای موتور AC فرکانس ورودی را تنظیم میکنند.
درایوهای AC در بسیاری از شرایط جایگزین گیربکسهای مکانیکی، تسمهها، کوپلینگهای هیدرولیکی و سایر همتایان خود میشوند. درایوهای AC محدودهای دقیق و گسترده از کنترل سرعت و گشتاور را در پکیجی کم اندازه ارائه میدهند.
پنل درایو صنعتی AC
برای انجام صحیح هر گونه سیستم تعمیر و نگهداری درایوهای صنعتی AC یا همانطور که پیشتر اشاره شد درایو فرکانس متغیر (VFD)، لازم است ابتدا از انجام مراحل زیر اطمینان حاصل کنید:
درایو را متوقف کنید.
قبل از انجام هر نوع عیب یابی، جریان برق متناوب را قطع نمایید.
بررسی کنید که ولتاژی در پایانههای برق ورودی AC وجود نداشته باشد. لازم به یادآوری است که خازنهای DC ولتاژهای خطرناکی را پس از قطع برق ورودی حقظ میکنند. لذا باید 5 دقیقه صبر نمایید، تا برق تخلیه شود. ولتاژ را با یک ولت متر اندازه بگیرید تا از تخلیه برق خازنها مطمئن شوید.
همچنین هر دستورالعمل نگهداری پیشگیرانه و یا پایش وضعیت شامل موارد زیر میباشد:
سیستم باید کامل بازرسی بصری شود تا عاری از قطرات آب، رطوبت بالا و سایر عوامل آلاینده باشد. چرا که هر یک از این عوامل میتواند باعث خرابی و خردگی در قطعات درایو شود.
درایو باید بسته به محیط، از خاک، گرد و عبار پاک شود. به هیچ وجه نباید بر روی هیت سینک درایو خاک جمع شود. چرا که ممکن است عمل خنک کاری نیمه هادیهای درایو مختل شود و به فن آسیب برسد.
تمام اتصالات درایو باید به درستی و بدون عیب باشد. افزایش دمای درایو میتواند باعث آسیب به این اتصالات شود. این اتفاق میتواند باعث فرار جریان و خرابی IGBT و متعاقب آن، از بین رفتن یکسوکنندههای ورودی و سوختن ترمینالهای روی کنتاکتور و سوئیچها شود.
ولتاژها و جریانهای درایو کنترل شوند. این ولتاژها در عرض 5 ثانیه باید به تعادل برسند. ولتاژ نامتعادل میتواند به قطعات درایو آسیب جدی وارد نماید. درایوهای امروزی میتوانند موتور را به حرکت درآوردند درحالی که یکی از فازهای ورودی آنها مشکل دارد. لذا لازم است که این نکته را در بررسیها لحاظ نمود. همچنین درنظر داشته باشید که ولتاژ و جریان نامتعادل در خروجیها، لرزش شدید موتور را در پی دارد. بدین جهت خروجیها به طور کامل کنترل شود.
سرو موتور یکی از کارآمدترین موتورهایی است که کاربران میتوانند برای دستیابی به خروجی صحیح به راحتی آن را کنترل کنند. این نوع موتور به یک درایو سروو متکی میباشد که به تولید حرکات دقیق برای چرخاندن یا فشار دادن قطعات دستگاه شما کمک میکند. یک درایو سروو با گرفتن منبع جریان متناوب یا ثابت و تبدیل آن به یک خروجی جریان پالسی که در فرکانس و مدت زمان پالس متغیر است، توان ورودی را اصلاح میکند. این درایوها به کنترل موقعیتها، گشتاورها و سرعت موتور کمک میکنند. به طور معمول، از سرو موتورها و درایوها برای کاربردهای کنترل حرکت در صنایع ساخت و ساز و تولید استفاده میشود. همچنین این درایو اغلب به سیستمهای درایو اسپیندل، نوار نقاله، ماشین ابزار و رباتیک کمک میکنند.
تعمیر و نگهداری درایو صنعتی سروو
درایوهای سروو به واسطه نوع طراحی و عملکردی، درهم تنیدگی بیشتری با موتور دارد. از این رو بحث تعمیر و نگهداری درایوهای صنعتی سروو را در دو وجه پیگیری میکنیم. اولین وجه شامل نشانههای خرابی و نقص عملکردی است. چرا که در این نوع درایو، قطعات بگونهای طراحی و جانمایی شدند که بسیاری از مشکلات آنها با بازرسی فنی به کمک چشم غیرمسلح، قابل شناسایی است. برخی از خرابیهای قطعات ممکن است منجر به توقف سیستم نشود اما خرابیهای اساسی را در آینده تحمیل نماید. بدین جهت در جهت انجام صحیح تعمیر و نگهداری داریوهای صنعتی سروو به نشانههای زیر توجه ویژه داشته باشید:
نقاط سوخته بر روی تابلوی مدار
خوردگی
برآمدگی خازنها
تغییر رنگ مولفههای مدار به دلیل افزایش دمای بیش از حد
کدهای تاریخ مولفههای مدار
رزیستورهای ترک خورده
وجه دیگر تعمیر و نگهداری دایوهای صنعتی سروو، مربوط به خرابیها و عیوب متداولی است که برای آنها در طول عمرشان رخ میدهد. آشنایی با این عیوب، امر تعمیر و نگهداری را تسهیل میکند و باعث میشود این امکان فراهم شود تا از خرابیهای احتمالی جلوگیری به عمل آورد. برخی از مشکلاتی که برای این نوع درایو رخ میدهد، عبارتند است از:
هنگام استفاده از اسیلوسکوپ در خروجی مانیتورینگ، اطلاعات نویز دارد و مخدوش است: این اتفاق زمانی رخ میدهد که خروجی مانیتورینگ از منبع تغذیه AC جدا نیست (ترانسفورمر). برای حل این مشکل باید از ولت متر DC استفاده نمود.
سروو موتور در یکی از جهات به نسبت جهت دیگر، سریعتر کار میکند: این اتفاق میتواند به دلایل مختلفی همچون خطای فاز موتور سروو brushless، قرارگیری سوئیچ انحراف در موقعیت تست و موقعیت اشتباه پتانسیومتر رخ دهد. در هر یک از این حالات میتوان به ترتیب راهکارهای تست یا چک موقعیت صحیح فاز، قراردادن سوئیچ در موقعیت انحراف و ریست کردن سیستم را اتخاذ نمود.
چراغ LED سبز است اما موتور سروو تکان نمیخورد: معمولا به علت وجود منبع حرکتی در چند جهت اتفاق میافتد. در این شرایط به ترتیب میتوان پورت +INHIBIT و –INHIBIT را چک نمود.
پس از روشن شدن چراغ LED، موتور سروو خاموش میشود: به واسطه ولتاژ پایین در سیستم رخ میدهد و لازم است ولتاژ تا حد مورد نیاز سیستم افزایش یابد.
با چرخش موتور سروو، LED چشمک میزند: به دلیل خطا در موقعیت فاز هال و یا خرابی سنسور هال رخ میدهد. در صورت خطا در موقعیت فازهال باید سوئیچ تنظیم فاز چک شود. همچنین برای کنترل خرابی سنسور هال، لازم است بعد از چرخش موتور سروو ولتاژ هال A تا C بین DC 5V-0 باشد.
یک درایو و کنترل کننده موتور پلهای، جریان متناوب یا ثابت از منبع تغذیه را به خروجی جریان پلهای تغییر میدهد و متعاقب آن توان را تنظیم مینماید. درایوهای موتور پلهای از طریق آهنرباهای دائمی توان ورودی را کنترل و تنظیم میکنند. آنها همچنین از قطبهای دقیق قرار گرفته در استاتور و روتور استفاده میکنند تا جریانهای DC را برای کمک به ایجاد چرخش گام به گام به کار گیرند. از آنجایی که خروجی چرخشی یک استپر ثابت نیست، باید توان ورودی را به گونهای کنترل کرد که به گروههای قطب استاتور کمک کند تا انرژی را دریافت یا تخلیه نمایند.
این نوع موتور معمولا در صنایع ساخت مورد استفاده قرار میگیرد. آنها گشتاور، موقعیت و سرعت موتور را کنترل میکنند. این نوع موتورها مناسب کاربردهای پرسرعت نیستند.
درایو صنعتی استپر یا پلهای
از آن جهت که درایوهای استپر ساختار و عملکرد سادهتری دارند. بحث عیب یابی و رفع عیب آنها کمی راحتتر اتفاق میافتد. در ادامه برخی از خطاها و عیوب رایج این نوع درایو مورد بازبینی قرار میگیرد. آشنایی با این موارد کمک زیادی در انجام صحیحتر تعمیر و نگهداری درایوهای صنعتی پلهای و نیز انجام اقدامات پیشگیرانه با توجه به تسلط به علل خرابی سیستم، مینماید.
یکی از ارکان جدایی ناپذیر امر تعمیر و نگهداری درایوهای صنعتی همانند سایر تجهیزات، تهیه و تامین قطعات و جایگزینی تجهیزات فرسوده در هر صنعت است. از این رو آشنایی با تولیدکنندگان برتر تجهیزات در اتخاذ تصمیمات سازنده و راهگشا در این امر نقش بسزایی دارد. درایوهای صنعتی هم از این قاعده مستثنی نیست، بدین جهت با نگاه به لیست سازندگان درایوهای صنعتی در جهان نامهای Kaman Automation، Schambmuller GmbH، Nidec Motor Corporation، Siemens AG و Rockwell Automation به چشم میخورد.
شرکت پمکو با یک دهه تجربه در زمینه مشاوره و اجرای پروژههای مدیریت و استقرار سیستمهای مدیریتی مدیریت داراییهای فیزیکی، امکان همراهی و همکاری با صنایع مختلف در زمینه نگهداری و تعمیرات انواع درایوها و کنترلکنندگان موتورهای صنعتی را فراهم آورده است. پرسنل اجرایی شرکت پمکو نه تنها در زمینه مهارتهای فنی، بلکه در حوزههای مرتبط با سیستمهای نگهداری و تعمیرات مبتنی بر نگرش مدیریت دارایی فیزیکی و خلق بیشترین ارزش از این دارایی ها، آموزش دیده و در پروژههای جاری این شرکت تجربه پیاده سازی کامل سیستم را بارها بدست آورده اند.