Servo Drive là gì? Cấu tạo và Nguyên lý hoạt động

Servo drive đóng vai trò quan trọng trong việc điều khiển chính xác và nâng cao hiệu suất chuyển động, được ứng dụng rộng rãi trong các nhà máy thông minh, máy CNC hay hệ thống robot. Vậy nó hoạt động như thế nào và tại sao lại quan trọng, hãy cùng tìm hiểu qua bài viết sau đây:

Table of Contents

Servo Drive là gì?

Servo Drive, hay còn gọi là bộ điều khiển servo, là một thiết bị điện tử có vai trò trung gian giữa bộ điều khiển (PLC, CNC,…) và động cơ servo. Chức năng chính của Servo Drive là nhận tín hiệu điều khiển từ bộ điều khiển, sau đó khuếch đại và điều chỉnh dòng điện, điện áp, tần số… để điều khiển động cơ servo hoạt động theo đúng yêu cầu về vị trí, tốc độ và momen xoắn.

Nói một cách đơn giản, Servo Drive chính là “bộ não” và “bộ khuếch đại sức mạnh” cho động cơ servo, đảm bảo động cơ hoạt động một cách chính xác và hiệu quả.

Cấu tạo của servo drive

Một Servo Drive thông thường bao gồm các thành phần chính sau:

Bộ chỉnh lưu (Rectifier): Chuyển đổi nguồn AC thành DC.
Bộ lọc DC (DC Link): Ổn định điện áp và loại bỏ nhiễu.
Bộ nghịch lưu (Inverter): Chuyển DC thành AC biến tần để điều khiển động cơ.
Mạch điều khiển (Control Circuit): Phân tích tín hiệu, tính toán và điều khiển dòng điện ra phù hợp.
Mạch phản hồi (Feedback interface): Nhận dữ liệu từ encoder để hiệu chỉnh sai số vị trí/tốc độ.
Cổng giao tiếp (Communication port): Kết nối với PLC, HMI qua các giao thức như EtherNet/IP, Modbus, CANopen,…
Mạch bảo vệ: Bảo vệ quá áp, quá dòng, quá nhiệt, ngắn mạch.

Nguyên lý hoạt động của servo drive

Servo Drive hoạt động theo nguyên lý điều khiển vòng kín, gồm các bước chính sau:

Nhận tín hiệu điều khiển: Hệ thống điều khiển trung tâm (PLC, CNC…) gửi lệnh đến Servo Drive. Tín hiệu này thường là yêu cầu về vị trí, tốc độ hoặc mô-men xoắn.

Xử lý và khuếch đại tín hiệu: Servo Drive tiếp nhận tín hiệu điều khiển (có công suất thấp) và xử lý nó. Sau đó, thiết bị khuếch đại tín hiệu này thành nguồn điện có đủ điện áp và dòng để cấp cho động cơ servo hoạt động.

Giám sát phản hồi từ động cơ: Động cơ servo thường được tích hợp bộ phản hồi như encoder hoặc resolver, giúp liên tục ghi nhận các thông số thực tế như vị trí, vận tốc, hoặc lực xoắn.

So sánh và hiệu chỉnh (vòng lặp kín): Thông tin phản hồi từ động cơ được gửi ngược lại Servo Drive. Tại đây, thiết bị so sánh dữ liệu thực tế với giá trị đặt trước. Nếu phát hiện sai lệch, Servo Drive sẽ tự động điều chỉnh dòng điện và điện áp đầu ra để khắc phục sai số đó. Quá trình này diễn ra liên tục và cực kỳ nhanh, đảm bảo độ chính xác cao.

Cấp nguồn cho động cơ: Servo Drive sử dụng nguồn điện bên ngoài để cung cấp năng lượng cho việc vận hành động cơ và thực hiện điều chỉnh.

Kiểm soát chuyển động: Dựa trên lệnh đầu vào và dữ liệu phản hồi, Servo Drive điều khiển dòng điện chạy qua các cuộn dây bên trong động cơ, từ đó kiểm soát chính xác tốc độ, lực xoắn và vị trí chuyển động.

Ứng dụng của servo drive trong công nghiệp

Servo Drive được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực yêu cầu điều khiển chuyển động chính xác, bao gồm:

Robot công nghiệp: Điều khiển cánh tay và khớp robot.
Máy CNC: Đảm bảo di chuyển và định vị chính xác trong gia công kim loại, gỗ, nhựa,…
Máy đóng gói: Điều khiển nhịp nhàng quá trình đưa vật liệu, cắt, hàn, dán,…
Hệ thống tự động hóa: Đồng bộ chuyển động trong dây chuyền sản xuất.
Hàng không vũ trụ: Điều khiển các bề mặt khí động học, thiết bị hạ cánh, và định vị vệ tinh.
Thiết bị y tế: Hỗ trợ chuyển động mượt mà, chính xác trong máy móc y tế hiện đại.
Hệ thống định vị ăng-ten: Điều khiển hướng và góc chính xác cho ăng-ten vệ tinh, kính thiên văn,…

Sự khác biệt giữa servo drive với biến tần

Biến tần (VFD) và Servo drive đều là các thiết bị điều khiển động cơ quan trọng trong tự động hóa. Tuy nhiên, chúng có cấu tạo riêng biệt và phục vụ các mục đích khác nhau. Hiểu rõ sự khác biệt này sẽ giúp bạn lựa chọn giải pháp tối ưu cho doanh nghiệp mình:

Biến tần (VFD) là gì?

Biến tần, hay còn gọi là bộ điều khiển tần số biến đổi, là thiết bị điều khiển tốc độ động cơ AC bằng cách thay đổi tần số và điện áp cung cấp cho động cơ. VFD thường được sử dụng trong các ứng dụng không yêu cầu độ chính xác cao, như:

Bơm nước
Quạt thông gió
Băng tải
Máy nén khí

Servo drive là gì?

Servo là hệ thống điều khiển động cơ có khả năng kiểm soát chính xác vị trí, tốc độ và mô-men xoắn. Hệ thống Servo sử dụng phản hồi từ cảm biến (thường là encoder) để điều chỉnh hoạt động của động cơ một cách liên tục và chính xác. Servo được ứng dụng trong các lĩnh vực yêu cầu độ chính xác cao và phản hồi nhanh, như:

Máy CNC
Robot công nghiệp
Máy in 3D
Dây chuyền lắp ráp tự động

So sánh Biến tần (VFD) và Servo

Tiêu chí	Biến tần (VFD)	Servo drive
Chế độ điều khiển	Vòng hở hoặc vòng kín đơn giản	Vòng kín với phản hồi liên tục
Độ chính xác	Trung bình	Rất cao (±1µm)
Phản hồi	Không hoặc có phản hồi đơn giản	Có phản hồi từ encoder
Ứng dụng	Điều khiển tốc độ động cơ AC	Điều khiển vị trí, tốc độ, mô-men chính xác
Chi phí đầu tư	Thấp hơn	Cao hơn
Khả năng điều khiển	Một biến tần có thể điều khiển nhiều động cơ	Mỗi bộ điều khiển servo điều khiển một động cơ

Các lỗi thường gặp của servo drive và cách khắc phục

Trong quá trình sử dụng, Servo Drive có thể gặp phải một số lỗi sau:

Lỗi quá dòng (Over Current): Do dòng điện vượt quá giới hạn cho phép, có thể do ngắn mạch, quá tải hoặc lỗi trong động cơ.

Cách khắc phục: Kiểm tra dây dẫn, động cơ, giảm tải hoặc thay thế servo drive nếu cần.

Lỗi quá áp (Over Voltage): Điện áp đầu vào hoặc điện áp trên bus DC vượt quá giới hạn.

Cách khắc phục: Kiểm tra nguồn cấp, đảm bảo điện áp nằm trong phạm vi cho phép.

Lỗi thấp áp (Under Voltage): Điện áp đầu vào quá thấp.

Cách khắc phục: Kiểm tra nguồn cấp, đảm bảo điện áp đủ theo yêu cầu.

Lỗi quá nhiệt (Over Temperature): Servo Drive bị quá nóng do môi trường làm việc không tốt, quạt tản nhiệt hỏng hoặc hoạt động quá tải.

Cách khắc phục: Kiểm tra môi trường làm việc, quạt tản nhiệt, giảm tải hoặc cho servo drive ngừng hoạt động để làm mát.

Lỗi encoder/resolver: Lỗi liên quan đến tín hiệu phản hồi từ encoder hoặc resolver của động cơ.

Cách khắc phục: Kiểm tra kết nối, tín hiệu phản hồi hoặc thay thế encoder/resolver.

Lỗi giao tiếp: Lỗi trong quá trình truyền thông giữa Servo Drive và bộ điều khiển.

Cách khắc phục: Kiểm tra cáp kết nối, cấu hình truyền thông giữa servo drive và bộ điều khiển.

Lỗi vị trí (Position Error): Sai lệch quá lớn giữa vị trí thực tế và vị trí đặt.

Cách khắc phục: Kiểm tra cài đặt, độ lợi điều khiển, tải hoặc cơ cấu chấp hành.

Lỗi phần cứng: Hỏng hóc các linh kiện bên trong Servo Drive.

Cách khắc phục: Liên hệ nhà cung cấp để được hỗ trợ sửa chữa hoặc thay thế.

Servo Drive Allen Bradley

Rockwell Automation cung cấp các dòng sản phẩm Servo Drive Allen-Bradley, được thiết kế để đáp ứng đa dạng các ứng dụng điều khiển chuyển động trong công nghiệp. Các dòng Servo Drive này tích hợp liền mạch với hệ sinh thái điều khiển của Rockwell, bao gồm bộ điều khiển PLC, phần mềm lập trình và các giải pháp mạng công nghiệp, giúp đơn giản hóa việc thiết kế, triển khai và vận hành hệ thống tự động hóa của bạn.

Khám phá dòng sản phẩm Servo Drive Allen Bradley

Allen Bradley

Kinetix 5700 Servo Drives

Thêm vào giỏ hàng

Allen Bradley

Kinetix 5500 Servo Drives

Thêm vào giỏ hàng

Allen Bradley

Kinetix 5300 Servo Drives

Thêm vào giỏ hàng

Allen Bradley

Kinetix 5100 Servo Drives

Thêm vào giỏ hàng

Servo Dynamics – Nhà phân phối Rockwell Automation tại Việt Nam

Servo Dynamics là nhà phân phối chính thức của Rockwell Automation tại Việt Nam. Chúng tôi cung cấp các dòng Servo Drive Allen-Bradley chính hãng, đảm bảo chất lượng và hiệu suất tối ưu cho hệ thống điều khiển chuyển động của bạn. Với sự hỗ trợ kỹ thuật chuyên nghiệp và dịch vụ tận tâm, Servo Dynamics là đối tác tin cậy để bạn tiếp cận các giải pháp Servo Drive tiên tiến từ Rockwell Automation.