Servo là gì? Dùng trong những loại máy nào?

Trong máy CNC, máy đóng gói, máy cắt hoặc hệ thống gắp sản phẩm, có những cơ cấu cần di chuyển đúng vị trí, thay đổi tốc độ nhanh và lặp lại chuyển động theo chu kỳ. Đây là những nhiệm vụ thường sử dụng hệ thống servo.

Servo là hệ thống truyền động có phản hồi, được sử dụng để điều khiển vị trí, tốc độ hoặc mô-men theo yêu cầu của máy. Trong thực tế, từ “servo” thường được dùng để gọi động cơ servo hoặc cả bộ gồm động cơ và bộ điều khiển.

Hiểu đúng servo giúp người sử dụng nhận biết vai trò của thiết bị, lựa chọn phương án phù hợp và tránh nhầm lẫn giữa servo motor, servo driver, PLC và biến tần.

Mục lục

1. Servo là gì?

2. Một hệ thống servo gồm những bộ phận nào?

3. Servo hoạt động như thế nào?

4. Servo dùng trong những loại máy nào?

5. Servo khác gì động cơ bước và biến tần?

6. Cần biết gì trước khi chọn hoặc thay servo?

7. Một số ứng dụng servo thực tế tại NIHACO

8. Câu hỏi thường gặp và hỗ trợ kỹ thuật

1. Servo là gì?

Servo là một hệ thống điều khiển chuyển động sử dụng tín hiệu phản hồi để điều chỉnh hoạt động theo giá trị yêu cầu.

Trong hệ thống servo điện công nghiệp, bộ điều khiển đưa ra lệnh; servo driver điều khiển động cơ; thiết bị phản hồi cung cấp thông tin về chuyển động thực tế. Hệ thống sử dụng thông tin này để điều chỉnh hoạt động trong giới hạn thiết kế.

Ba đại lượng thường được điều khiển là:

• Vị trí: Trục cần di chuyển đến đâu, quay bao nhiêu vòng hoặc dừng tại vị trí nào.
• Tốc độ: Trục cần quay nhanh hay chậm, thay đổi tốc độ theo yêu cầu ra sao.
• Mô-men: Động cơ cần tạo mô-men như thế nào để đáp ứng công việc.

Tùy thiết bị và cấu hình, hệ thống có thể làm việc ở các chế độ khác nhau. Không phải mọi ứng dụng đều sử dụng điều khiển vị trí. 

Phân biệt servo motor và servo driver

Servo motor là động cơ tạo chuyển động và mô-men để dẫn động cơ cấu máy.

Servo driver, còn gọi là servo drive hoặc bộ khuếch đại servo, nhận lệnh và điều khiển điện năng cấp cho động cơ.

Hai bộ phận phối hợp với nhau nhưng không thể thay thế tùy ý. Khi mua hoặc sửa chữa, cần xác định rõ đang làm việc với động cơ, driver hay toàn bộ hệ thống.

Bài viết này tập trung vào servo dùng trong máy công nghiệp, khác với các bộ servo nhỏ tích hợp thường thấy trong mô hình hoặc thiết bị học tập.

2. Một hệ thống servo gồm những bộ phận nào?

Một hệ thống servo thường có bộ điều khiển cấp trên, servo driver, động cơ, thiết bị phản hồi và cơ cấu truyền động.

Bộ điều khiển cấp trên

Lệnh chuyển động có thể đến từ PLC, bộ điều khiển CNC, bộ điều khiển robot hoặc bộ điều khiển chuyển động chuyên dụng.

Một số servo driver có chức năng định vị hoặc chạy chương trình nội bộ. Vì vậy, cấu trúc điều khiển cụ thể phụ thuộc loại máy và dòng thiết bị.

Encoder và phản hồi chuyển động

Encoder thường được gắn trong động cơ để cung cấp thông tin vị trí trục. Một số hệ thống sử dụng thêm phản hồi tại phía tải.

Điểm cần phân biệt là vị trí trục động cơ và vị trí thực tế của cơ cấu máy. Nếu bộ truyền có độ rơ, trượt hoặc biến dạng, cơ cấu vẫn có thể sai lệch dù động cơ đã quay theo lệnh.

Cơ cấu truyền động

Servo có thể kết hợp với vít me, hộp số, đai răng, thanh răng hoặc cơ cấu trực tiếp. Chất lượng và tình trạng cơ khí ảnh hưởng đến kết quả vận hành của cả hệ thống.

3. Servo hoạt động như thế nào?

Nguyên lý cơ bản của servo là nhận lệnh, theo dõi phản hồi và điều chỉnh chuyển động.

Ví dụ với một trục cấp liệu:

1. Bộ điều khiển yêu cầu cơ cấu di chuyển đến vị trí đã đặt.
2. Servo driver điều khiển động cơ thực hiện chuyển động.
3. Encoder cung cấp thông tin phản hồi.
4. Hệ thống đánh giá chênh lệch giữa lệnh và phản hồi.
5. Driver điều chỉnh để trục bám theo yêu cầu trong khả năng của hệ thống.

Đó là nguyên lý điều khiển vòng kín thường gặp trong hệ thống servo.

Ví dụ dễ hiểu trên máy cấp liệu

Giả sử máy cần cấp một đoạn vật liệu trước mỗi lần cắt. Bộ điều khiển tính toán chuyển động cần thiết dựa trên cơ cấu truyền động và cấu hình máy, sau đó phát lệnh cho servo.

Tuy nhiên, nếu con lăn trượt trên vật liệu, chiều dài thực tế vẫn có thể sai. Khi đó cần kiểm tra cơ khí, độ bám, cách đo chiều dài và phương án phản hồi, thay vì chỉ thay đổi tham số servo.

Servo có phải lúc nào cũng chạy chính xác tuyệt đối?

Không. Kết quả phụ thuộc vào nhiều yếu tố:

• Khả năng và cấu hình thiết bị.
• Tải, quán tính và chu kỳ chuyển động.
• Tình trạng cơ khí.
• Chất lượng tín hiệu và phản hồi.
• Việc hiệu chỉnh hệ thống.

Độ phân giải encoder cao cũng không đồng nghĩa toàn bộ máy đạt độ chính xác tương ứng.

4. Servo dùng trong những loại máy nào?

Servo thường được sử dụng khi một cơ cấu cần định vị, tăng giảm tốc nhanh hoặc phối hợp chuyển động với những bộ phận khác.

Máy CNC và máy gia công

Servo thường đảm nhiệm chuyển động các trục chạy dao, bàn máy hoặc cơ cấu định vị.

Yêu cầu quan trọng là bám theo quỹ đạo, phối hợp nhiều trục và đáp ứng chu kỳ gia công. Với từng máy, cấu hình truyền động phải được xem xét cùng bộ điều khiển CNC và cơ khí.

Máy đóng gói, máy làm túi và máy dán nhãn

Servo có thể điều khiển các cơ cấu:

• Kéo và cấp màng.
• Cấp liệu theo bước.
• Dao cắt hoặc cơ cấu hàn cắt.
• Cấp nhãn và phối hợp vị trí dán.

Với sản phẩm có dấu in, máy có thể cần cảm biến và thuật toán hiệu chỉnh phù hợp để phối hợp vị trí cắt hoặc dán.

Máy cắt chiều dài và máy cắt dao quay

Servo có thể được dùng cho trục cấp liệu, trục dao hoặc các cơ cấu cần phối hợp với chuyển động của vật liệu.

Đối với máy cắt liên tục, việc đồng bộ cần xét tốc độ dây chuyền, chu kỳ dao, phản hồi và khả năng điều khiển của hệ thống.

Tham khảo thêm giải pháp lập trình PLC cho máy cắt dao quay.

Máy in, máy thêu và thiết bị dệt may

Servo có thể đảm nhiệm chuyển động cấp vật liệu, định vị hoặc phối hợp các trục theo chu kỳ công nghệ.

Tùy máy, yêu cầu có thể tập trung vào độ lặp lại, khả năng thay đổi mẫu hoặc đồng bộ chuyển động.

Robot và máy gắp đặt sản phẩm

Servo được sử dụng trong các trục robot, cơ cấu gắp đặt, bàn xoay và hệ thống chuyển sản phẩm giữa các công đoạn.

Việc lựa chọn cần tính đến khối lượng di chuyển, tầm với, gia tốc, chu kỳ và điều kiện an toàn của máy.

Máy lắp ráp và cơ cấu định vị

Một số ứng dụng tiêu biểu gồm bàn trượt, bàn chia độ, cơ cấu cấp phôi hoặc trục định vị trước khi gia công.

Nếu máy chỉ cần vận chuyển liên tục và ít yêu cầu định vị, cần đánh giá xem servo có thực sự cần thiết hay không.

Máy ép và hệ thống thủy lực dùng servo

Một số máy sử dụng servo để dẫn động bơm thủy lực hoặc cơ cấu ép. Khi đó cần khảo sát đồng thời động cơ, bơm, áp suất, lưu lượng, chu kỳ và điều khiển công nghệ.

Không thể chỉ thay động cơ bằng servo rồi mặc định hệ thống sẽ đáp ứng yêu cầu.

5. Servo khác gì động cơ bước và biến tần?

Servo, động cơ bước và hệ truyền động dùng biến tần có những vùng ứng dụng giao nhau. Việc lựa chọn nên dựa vào nhiệm vụ của trục.

Không nên hiểu rằng biến tần chỉ chỉnh tốc độ, còn servo luôn chính xác hơn trong mọi trường hợp. Một số hệ truyền động dùng biến tần cũng hỗ trợ điều khiển và phản hồi nâng cao; cấu hình thực tế mới quyết định khả năng đáp ứng.

Tương tự, servo không phải lựa chọn bắt buộc cho mọi máy. Với quạt hoặc bơm chỉ cần điều chỉnh tốc độ, phương án dùng biến tần có thể phù hợp hơn.

6. Cần biết gì trước khi chọn hoặc thay servo?

Xác định nhiệm vụ và chu kỳ làm việc

Trước tiên cần biết cơ cấu làm gì, tải bao nhiêu, di chuyển bao xa, cần tốc độ nào và tăng giảm tốc trong thời gian bao lâu.

Hai máy sử dụng servo cùng công suất vẫn có thể đòi hỏi đặc tính động cơ khác nhau.

Đánh giá mô-men, tốc độ và quán tính

Các thông tin quan trọng gồm:

• Mô-men làm việc và mô-men trong giai đoạn tăng giảm tốc.
• Tốc độ yêu cầu.
• Quán tính tải quy đổi về động cơ.
• Chu kỳ chạy, dừng và thời gian nghỉ.
• Năng lượng tái sinh và yêu cầu xử lý tương ứng.

Việc chọn servo cần xét điều kiện làm việc của cả bộ, thay vì chỉ so sánh số kW. 

Kiểm tra tương thích motor và driver

Không mặc định motor và driver có thể ghép với nhau chỉ vì cùng công suất hoặc cùng hãng.

Cần đối chiếu đúng tổ hợp được hỗ trợ, điện áp, loại phản hồi, cáp, phanh nếu có và yêu cầu cấu hình. 

Xác định cách kết nối với bộ điều khiển

Tùy dòng thiết bị, lệnh có thể được truyền qua xung, tín hiệu analog hoặc mạng truyền thông hỗ trợ điều khiển chuyển động.

Cần kiểm tra khả năng của PLC hoặc bộ điều khiển hiện có trước khi chọn servo. Hai thiết bị có cổng kết nối giống nhau chưa chắc đã tương thích giao thức.

Đánh giá cơ khí và điều kiện lắp đặt

Cần kiểm tra mặt bích, trục, khớp nối, hộp số, không gian lắp và đường đi cáp.

Với trục đứng hoặc tải có nguy cơ rơi, phải đánh giá phương án giữ tải và an toàn phù hợp; không chỉ dựa vào khả năng giữ vị trí khi

7. Một số ứng dụng servo thực tế tại NIHACO

Hệ thống servo cho máy cắt tôn tự động tại Hải Phòng

NIHACO đã đăng dự án sửa chữa hệ thống servo cho máy cắt tôn tự động tại Hải Phòng.

Đây là ví dụ về việc cần kiểm tra sự phối hợp giữa truyền động servo, điều khiển và cơ cấu máy khi xử lý vấn đề liên quan đến chuyển động cắt. Bài dự án giúp người đọc hình dung servo được sử dụng trong một hệ thống sản xuất thực tế.

→ Xem dự án sửa chữa hệ thống servo cho máy cắt tôn tự động. nihaco.com.vn

Sửa chữa và lắp đặt servo cho xưởng sản xuất đệm

NIHACO cũng có bài chia sẻ về công việc sửa chữa và lắp đặt servo tại xưởng sản xuất đệm ở Hải Phòng.

Trường hợp này cho thấy ứng dụng servo không chỉ giới hạn trong máy CNC hoặc robot mà còn xuất hiện trong thiết bị sản xuất phục vụ nhiều ngành khác.

→ Xem công việc sửa chữa và lắp đặt servo tại Hải Phòng. nihaco.com.vn

8. Câu hỏi thường gặp và hỗ trợ kỹ thuật

Servo có bắt buộc phải dùng PLC không?

Không bắt buộc trong mọi trường hợp. Servo có thể nhận lệnh từ bộ điều khiển CNC, bộ điều khiển chuyển động hoặc sử dụng chức năng nội bộ tùy thiết bị.

PLC thường được dùng khi cần tổ chức trình tự, xử lý tín hiệu và phối hợp servo với các cơ cấu khác.

Servo có quay liên tục được không?

Có. Servo công nghiệp có thể quay liên tục hoặc thực hiện các chuyển động định vị tùy cấu hình. Tuy nhiên, vẫn phải làm việc trong giới hạn tốc độ, mô-men, nhiệt và chu kỳ cho phép.

Servo có tự biết vị trí sản phẩm không?

Không nhất thiết. Encoder trong động cơ thường phản hồi chuyển động của trục động cơ. Để biết vị trí sản phẩm, máy có thể cần thêm cảm biến, camera hoặc hệ đo phù hợp.

Servo có phanh thì mất điện có giữ được tải không?

Cần kiểm tra đúng loại phanh và thiết kế cơ cấu. Không mặc định phanh trên motor đáp ứng mọi yêu cầu dừng hoặc giữ tải an toàn.

Servo báo lỗi có phải driver đã hỏng?

Chưa thể kết luận. Sự cố có thể liên quan đến nguồn, cáp, encoder, motor, tải cơ khí, tham số hoặc điều kiện điều khiển.

Khi cần kiểm tra, bạn có thể tham khảo dịch vụ sửa chữa servo driver và servo motor tại NIHACO.

Cần gửi gì khi nhờ tư vấn servo?

Để hỗ trợ lựa chọn, thay thế hoặc kiểm tra sự cố, nên chuẩn bị:

• Ảnh nhãn servo motor và servo driver.
• Thông tin loại máy và nhiệm vụ của trục.
• Mã lỗi đầy đủ nếu thiết bị đang gặp sự cố.
• Sơ đồ kết nối hoặc model bộ điều khiển.
• Mô tả tải, tốc độ và chu kỳ hoạt động.
• Thông tin thay đổi gần đây trên máy.

NIHACO hỗ trợ tư vấn ứng dụng, lắp đặt, cài đặt và kiểm tra hệ thống servo theo yêu cầu thực tế.

Hotline: 093 888 3515 

Email: tudonghoa.nihaco@gmail.com.

Website: nihaco.com.vn.

Tìm hiểu thêm về phạm vi hỗ trợ tại dịch vụ sửa chữa PLC – Servo của NIHACO.