تنظیم و راه‌اندازی سروهای یاسکاوا به‌صورت گام‌به‌گام

تنظیم و راه‌اندازی سروهای یاسکاوا به‌صورت گام‌به‌گام در عصر صنعت هوشمند، کنترل دقیق حرکت موتور اهمیت بالایی در اتوماسیون صنعتی، رباتیک، ابزارهای CNC و خطوط تولید دارد. سروهای یاسکاوا به‌عنوان قلب سیستم‌های حرکتی، نقش تعیین‌کننده‌ای در کیفیت محصول و صرفه‌جویی انرژی ایفا می‌کنند. یاسکاوا، با سری های قدرتمند SIGMA، استاندارد جدیدی برای دقت، سرعت و اتوماسیون ارائه داده است. در این مقاله، ما مسیر گام‌به‌گام، از انتخاب سخت‌افزار و نصب تا تیونینگ حرفه‌ای و راه‌اندازی صنعتی را بررسی می‌کنیم . با تاکید ویژه بر تمام سری‌ها، از Sigma‑5 تا جدیدترین سری Sigma‑X که اخیرا عرضه شده است

آشنایی با سری‌های سروو یاسکاوا

درک تفاوت‌های بین نسل‌های مختلف سروو درایوهای یاسکاوا برای انتخاب صحیح در پروژه‌های صنعتی، اتوماسیون، رباتیک یا ماشین‌سازی اهمیت بالایی دارد. یاسکاوا، به‌عنوان یکی از پیشگامان فناوری کنترل حرکت، سری‌های متعددی از سروو درایوها را طی چند دهه اخیر معرفی کرده که هرکدام پاسخ‌گوی نیازهای خاصی بوده‌اند. در این بخش، چهار نسل اصلی از این سری‌ها را بررسی می‌کنیم: Sigma‑2، Sigma‑5، Sigma‑7 و Sigma‑X.

SIGMA 2 : نسل پایدار و قابل‌اعتماد برای پروژه‌های کلاسیک

سری Sigma‑2 در دهه ۱۹۹۰ به‌عنوان یکی از پرکاربردترین سرو سیستم‌های صنعتی معرفی شد. این سری، با وجود قدیمی بودن، همچنان در خطوط تولید کلاسیک، ماشین‌های بسته‌بندی، چاپ، و برخی کاربردهای پزشکی مورد استفاده قرار می‌گیرد. ویژگی‌های کلیدی Sigma‑2 عبارت‌اند از:

• کنترل موقعیت و سرعت با پاسخ نسبتاً سریع (1.0 ms bandwidth)

• پشتیبانی از مدهای کنترلی پالس/ولتاژ و ارتباط سریال

• دامنه توان از 30W تا 15kW

• انکودرهای افزایشی 17 بیتی (حداکثر 131072 pulse/rev)

• تیونینگ دستی نسبتاً ساده با پایداری بالا در بارهای متغیر

اگرچه این سری اکنون جزو محصولات قدیمی محسوب می‌شود، اما به‌دلیل ساختار سخت‌افزاری قوی، در بسیاری از صنایع هنوز استفاده می شود. تعویض آن با Sigma 7 یا Sigma x معمولاً به‌عنوان راهکار نوسازی مطرح می‌ گردد.

SIGMA 5 یا SIGMA V : جهش بزرگ در پایداری و تیونینگ خودکار (اوایل سال ۲۰۱۰)

نسل پنجم، که تحت دو نام Sigma V و Sigma 5 شناخته می‌شود، نقطه عطفی در طراحی مدرن درایوهای سروو محسوب می‌شود. یاسکاوا در این نسل، فناوری One-parameter Auto-Tuning را معرفی کرد که تنظیمات سیستم را تنها با یک دستور خودکار انجام می‌داد. مشخصات مهم این نسل عبارتند از:

• پاسخ فرکانسی بالا (1.6 kHz) که موجب واکنش سریع‌تر موتور می‌شود

• انکودرهای ۲۰ بیتی برای افزایش دقت کنترل موقعیت

• قابلیت Anti-Resonance Control برای حذف ارتعاشات مکانیکی

• پشتیبانی از مدهای کنترلی: موقعیت، سرعت و گشتاور

• طراحی کم‌حجم و مناسب برای تابلوهای فشرده

Sigma 5 در بسیاری از ماشین‌آلات اتوماتیک نظیر دستگاه‌های پرکن، سیستم‌های لیبل‌زن، بازوهای رباتی سبک، و تجهیزات بسته‌بندی استفاده شده است.

SIGMA 7 : کنترل پیشرفته برای صنعت مدرن (از سال ۲۰۱۶)

در پاسخ به نیازهای روزافزون برای کنترل دقیق‌تر، ارتباط‌پذیری سریع‌تر و بهره‌وری بالاتر، یاسکاوا سری Sigma 7 را عرضه نمود. این نسل، که جایگزین طبیعی Sigma 5 محسوب می‌شود، شامل بهبودهای کلیدی در پایداری، اتوماسیون و کاربری بود. ویژگی‌های بارز این سری عبارت است از:

• انکودرهای ۲۴ بیتی مطلق یا افزایشی (absolute encoders) با دقت فوق‌العاده

• کاهش لرزش با فناوری Advanced Vibration Suppression

• پاسخ دینامیک 3.1 kHz – بالاترین نرخ پاسخ بین رقبای هم‌رده

• پشتیبانی از شبکه‌های صنعتی مدرن مانند EtherCAT، Mechatrolink‑III، EtherNet/IP

• طراحی کامپکت‌تر و کاهش حرارت تولیدی

• عملکرد بی‌صدا برای کاربردهای دقیق و حساس

سری Sigma 7 مناسب برای رباتیک، سیستم‌های چندمحوره، ماشین‌آلات دقیق، خطوط مونتاژ و صنعت نیمه‌رساناهاست.

SIGMA X یا SIGMA 10 : ورود به عصر هوش مصنوعی و اتوماسیون سطح ۴ (از ۲۰۲۳ به بعد)

Sigma X یا به‌صورت رسمی‌تر Sigma 10، آخرین و پیشرفته‌ترین نسل از سرو های یاسکاوا است که برای هماهنگی کامل با الزامات Industry 4.0 طراحی شده است. این نسل نه‌تنها یک سیستم کنترلی است، بلکه یک واحد تحلیلی هوشمند محسوب می‌گردد. نوآوری‌های کلیدی عبارتند از:

• AI-based Auto-Tuning: سیستم با استفاده از هوش مصنوعی به‌صورت خودکار، منحنی واکنش سیستم را تحلیل کرده و پارامترهای کنترل را تنظیم می‌نماید.

• Self-Diagnosis & Predictive Maintenance: تحلیل بلادرنگ وضعیت موتور، بار، گیرمکانیکی و محیط به کمک سنسورهای داخلی

• Edge Computing Capabilities: تحلیل و تصمیم‌گیری محلی بدون نیاز به سیستم مرکزی

• کاهش مصرف انرژی تا ۳۰٪ نسبت به نسل‌های قبلی

• پشتیبانی از پروتکل‌های مدرن ارتباطی (TSN، OPC UA، MQTT) برای ارتباط با بسترهای ابری و MES

• طراحی فوق فشرده و ماژولار مناسب برای نصب در پنل‌های IoT-ready

سیگما X برای ربات‌های هوشمند، خطوط تولید منعطف، صنعت پزشکی، تجهیزات حمل مواد خودکار (AGV) و کاربردهای بحرانی طراحی شده است.

جمع‌بندی مدل های سرو یاسکاوا

از Sigma 2 که پایه‌گذار اتوماسیون ساده بود تا Sigma X که با هوش مصنوعی، تحلیل پیش‌بینانه و اتصال صنعتی بی‌نظیر، وارد دنیای Industry 4.0 شده است، هر نسل از محصولات یاسکاوا پاسخ مستقیمی به چالش‌های فناوری زمان خود بوده‌اند. شناخت صحیح هر سری، اولین گام در انتخاب بهینه و راه‌اندازی موفق در پروژه‌های صنعتی مدرن می‌باشد.

تجهیزات موردنیاز برای راه اندازی سرو یاسکاوا

1. SERVO DRIVE مطابق با سری انتخابی (Sigma X,7,5,2) 
2. موتور سروی مناسب (SGMXJ/A/G برای Sigma X و SGM7 برای Sigma 7)
3. کابل‌ها: تغذیه اصلی، کنترل، انکودر
4. Digital Operator (درصورت نیاز):

• برای SIGMA X : JUSP‑OP07A‑E 

• مشترک برای سری سیگما ۷ و X :  مدل JUSP‑OP05A‑1‑E
  5. نرم‌افزار SigmaWin+ Ver.7 برای کانفیگ و تیونینگ 
  6. PC یا کنترل‌کننده برای ارتباط EtherCAT/CANopen/MELSEC و… 
  7. ابزار ایمنی: فیوز، GFCI، کابل‌های استاندارد

نصب سخت‌افزار و سیم‌کشی

 نصب فیزیکی

• محافظت در برابر گرد و غبار و ارتعاش.

• نصب زاویه‌دار موتور برای جلوگیری از لغزش.

• SERVOPACK به شکلی نصب شود تا گرمای تولید شده به خوبی دفع گردد.

 سیم‌کشی

• ورودی تغذیه قدرت سروهای یاسکاوا برای مدل های تک فاز به ترمینال‌های L1 , L2 متصل شود و برای مدل های سه فاز به ترمینال‌های L1 , L2 , L3 متصل می گردد

• ورودی تغذیه کنترل برای مدل های تک و سه فاز سرو درایو یاسکاوا به ترمینال‌های L1C , L2C متصل شود.

• مسیر کابل کنترل از قدرت جدا باشد.

• کابل انکودر در کانال شیلددار و جداگانه بسته شود.

• برای مدل Sigma X اتصال جانبی به اسپلیتر EtherCAT/CANopen را بررسی کنید.

 نصب Digital Operator

• JUSP‑OP07A‑E روی کانکتور CN3 به SERVOPACK وصل شود.

• مدل JUSP‑OP05A‑1‑E نیز سازگار است و برای سیگنال‌های پالس/ولتاژ کاربرد دارد.

نصب نرم‌افزار و پیکربندی اولیه

 نرم‌افزار SigmaWin+ Ver.7

• آخرین نسخه از سایت رسمی یاسکاوا دانلود و نصب شود.

• درایور USB و شبکه فعال شود.

• پروژه جدید با انتخاب مدل مناسب ایجاد گردد.

 ساخت پروژه و تنظیمات پایه

• Create New -> مدل SERVOPACK -> تایپ موتور.

• در بخش Reference Mode: انتخاب پالس/ولتاژ یا EtherCAT و …

• در صورت نیاز، آدرس IP و پروتکل شبکه‌ای پیکربندی شود.

تنظیم پارامترهای پایه قبل از راه‌اندازی سروهای یاسکاوا

راه‌اندازی صحیح  یک سیستم سروو وابسته به تنظیم دقیق پارامترهای اولیه است که عملکرد کلی سیستم، پاسخ دینامیکی، ایمنی و پایداری را تعیین می‌کند. یاسکاوا، در هر نسل از سری‌های Sigma، تنظیماتی را به‌عنوان «پارامترهای پایه» تعریف کرده که باید پیش از راه‌اندازی سیستم اعمال شوند. این مرحله، پیش‌نیاز عملکرد موفق کل سیستم محسوب می‌شود.

در این بخش به مهم‌ترین پارامترهایی که باید تنظیم شوند اشاره می‌شود:

 پارامترهای اصلی درایو (Servo Drive Basic Parameters)

درایو یاسکاوا شامل ده‌ها پارامتر قابل تنظیم است، اما برای راه‌اندازی اولیه فقط چند پارامتر کلیدی ضروری هستند:

 انتخاب مد کنترلی (PN000.1)

سروهای یاسکاوا از چند مد مختلف پشتیبانی می‌کنند:

• Position Control Mode

• Speed Control Mode

• Torque Control Mode

• و ترکیبی از مدهای کنترلی

برای مثال، اگر سیستم شما از PLC با خروجی پالس استفاده می‌کند، باید مد Position Control انتخاب شود.

 جهت چرخش موتور (Pn000.0)

در برخی پروژه‌ها جهت چرخش موتور سروهای یاسکاوا باید معکوس شود تا با طراحی مکانیکی هماهنگ باشد. این پارامتر برای تعیین جهت چرخش محور استفاده می‌شود.

 پارامترهای فیدبک و انکودر

 تنظیم نوع انکودر (Pn002.2)

اگرچه در سرو موتورهای یاسکاوا، انکودر به‌صورت پیش‌فرض توسط درایو شناسایی می‌شود، ولی در برخی پروژه‌ها لازم است مقدار بیت رزولوشن یا نوع سیگنال (افزایشی یا مطلق) دستی تنظیم گردد .

فعال‌سازی یا غیرفعال‌سازی Absolute Encoder

اگر از انکودر مطلق (absolute) استفاده می‌کنید، باید فعال‌سازی اولیه با استفاده از SigmaWin+ یا پارامترهای دستی انجام شود.

پارامترهای حفاظت در سروهای یاسکاوا (Protection Parameters)

تنظیم مقادیر بیشینه‌ای که موتور مجاز است به آن برسد، به جلوگیری از آسیب‌های احتمالی کمک می‌کند:

۱. محدودیت جریان خروجی

با استفاده از این پارامتر می‌توان حداکثر جریان مجاز عبوری از موتور را تعیین کرد. تنظیم این مقدار بسته به توان موتور سروهای یاسکاوا توصیه می‌شود.

۲. محدودیت گشتاور در سروهای یاسکاوا

این پارامترها در مد کنترل گشتاور سروهای یاسکاوا برای محدودسازی گشتاور خروجی مورد استفاده قرار می‌گیرند و برای جلوگیری از فشار بیش‌ازحد به سیستم مکانیکی بسیار مهم‌اند.

۳. محدودیت سرعت

برای تضمین ایمنی، باید حداکثر سرعت مجاز تعریف شود. این مقدار بر اساس طراحی مکانیکی و نوع کاربرد تعیین می‌شود.

 پارامترهای کنترل پاسخ و تیونینگ پایه

اگرچه تیونینگ کامل در مراحل بعد انجام می‌شود، ولی برخی پارامترهای پایه باید پیش از آن تعریف شوند:

۱. تنظیم نوع بار سروهای یاسکاوا

درایو یاسکاوا با شناسایی نوع بار (سبک، متوسط، سنگین) برخی الگوریتم‌های کنترلی را تطبیق می‌دهد. این پارامتر یکی از مؤثرترین گزینه‌ها در رفتار دینامیکی سیستم است.

۲. تنظیم گین‌های اولیه (Pn100, Pn101, Pn103)

گین‌های اولیه موقعیت، سرعت و گشتاور باید به‌صورت پایه وارد شوند تا سیستم در راه‌اندازی ابتدایی رفتار پایداری داشته باشد. در صورت عدم تنظیم درست، سیستم ممکن است لرزش یا overshoot داشته باشد.

 ذخیره‌سازی و تأیید تنظیمات

پس از وارد کردن پارامترها در سروهای یاسکاوا، باید با استفاده از نرم‌افزار SigmaWin+ یا از طریق پنل HMI، تنظیمات ذخیره (write) و تأیید (verify) شوند. توصیه می‌شود در این مرحله، یک فایل backup از تنظیمات تهیه شود تا در صورت بروز خطا، امکان بازیابی وجود داشته باشد.

نکته مهم:

درایوهای یاسکاوا، به‌ویژه سری‌های Sigma 7 و Sigma X، دارای Auto-Setup Wizards هستند که بخش زیادی از پارامترهای اولیه را به‌صورت خودکار تنظیم می‌کنند. با این حال، شناخت دقیق هر پارامتر به کاربر اجازه می‌دهد در موارد خاص، تنظیمات سفارشی‌سازی‌شده را برای بهینه‌سازی سیستم اعمال کند.

 راه‌اندازی اولیه (Trial Operation)

 Jog اولیه

• می توان با اپراتور دیجیتال یا SigmaWin+، فرمان Jog با سرعت کم صادر نمود.

 آزمایش نهایی و استقرار صنعتی

۱. اجرای چرخه با بار واقعی؛ بررسی سرعت، شتاب، دقت موقعیت
۲. استفاده از SigmaWin+ Logging برای ضبط جریان، ولتاژ، سرعت
۳. ارزیابی‌های حرارتی: آیا سرووگرم نمی‌شود؟
۴. فعال‌سازی Safety Option Board برای حفاظت(safety boards موجود برای ۷ و X) 
۵. تهیه و مستندسازی برای پشتیبانی آینده

 نکات ایمنی و نگهداری دوره‌ای

• برای سروهای مطلق یاسکاوا تنها یک باتری بین SERVOPACK و کنترل‌کننده نصب شود

• بررسی کابل‌کشی برای جلوگیری از اتصالات شل

• بررسی دوره‌ای تاب خوردگی کابل و گیج بودن انکودر

• مستندسازی نقاط Home، پارامتر تیونینگ و چرخه‌ها

• آموزش اپراتورها برای استفاده از Digital Operator

 نتیجه‌گیری نهایی

• سروهای یاسکاوا Sigma X با هوشمندی، خودتعلیم و اتصال به IIoT، نسل بعدی اتوماسیون است.

• فرآیند نصب، پیکربندی، تست، تیونینگ و راه‌اندازی نیازمند دقت و اسناد مستند است.

• ترکیب اپراتور دیجیتال و نرم‌افزار SigmaWin+ بهترین گزینه برای انعطاف و کنترل دقیق است.