モーション制御システムの必須コンポーネント：製造効率を向上

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現代のメーカーは、競争力を維持するために運用効率を高める必要があります。産業自動化設備において速度、加速度、位置、トルクを精密に制御するモーション制御システムは、メーカーがより高い生産性レベルを達成するのに役立ちます。これらの洗練されたシステムには4つの必須コンポーネントがあります：コントローラー、ドライブ、モーター、フィードバックデバイス。それらがどう連携するかを理解することが、自動生産機械のパフォーマンスを最適化する鍵です。

このブログでは、これらのコンポーネントを詳細に探り、適切に設計されたモーション制御システムが提供する精度と再現性が、如何に生産目標の達成を支援するかの洞察を提供します。自動化の信頼できるパートナーとして、JHFOSTERはモーション制御ソリューションの導入を支援し、より効率的な作業を開始できるよう準備しています。

モーション制御システムの4つの必須コンポーネント

モーション制御システムの4つのコンポーネントには、モーションコントローラー、モータードライブ、モーター、フィードバックデバイスが含まれます。

モーションコントローラー： モーション制御システムの「脳」と呼ばれることが多く、モータードライブを調整します。時には複数のドライブが同時に制御されます。プログラムされた目標位置とモーションプロファイルに基づき、モーションコントローラーはモーターが従うべき適切な軌道を作成します。人間の脳のように、正確な速度まで加速し、望ましい位置で停止するよう指令を送ります。システムで使用されるコントローラーの数は、制御を必要とする個別プロセスの数に基づいて変わります。システム内の各コントローラーは、機械やラインを制御するコンピューターまたはPLCから指示を受け、フィードバックを送ります。

モータードライブ： ドライブは、モーションコントローラーとモーターの間の通訳役を果たします。その機能は、コントローラーから指令信号を受信し、指令を解釈し、モーターに適切な電力レベルを供給して機械の正確な動きを提供することです。ドライブはデジタル、アナログ、リニア、スイッチング、ステッパー、サーボドライブとして利用可能です。各タイプのドライブには異なる特性があります。デジタルドライブは離散的な入出力機能を持ち、アナログドライブは可変入出力機能を持ちます。リニアドライブは直線運動に使用されます。スイッチングドライブはパルス幅変調と呼ばれる技術を使用し、電圧を急速にオン/オフして特定の動きや速度を作り出します。ステッパードライブは低〜中トルクを提供し、広い速度範囲で滑らかな回転を生み出します。サーボドライブは指令信号と内部フィードバックループを解釈し、高出力・高速アプリケーションで動きを精密に制御します。

モーター： モーターは筋肉として機能します。その役割は、モータードライブからの電気入力を受け取り、それを動きに変換することです。電気モーターにはACとDCの2タイプがあり、両方とも磁界によって電気を動きに変換します。DCモーターは直流で動作し、ACモーターは交流で動作します。DCモーターの速度は通常、印加電圧の量を変えることで制御されます。ACモーターの速度は通常、印加電圧の周波数を変えることで制御されます。ACモーターがより一般的に使用されます。

フィードバックデバイス： クローズドループモーション制御システムでのみ使用され、モーター位置情報をモーションコントローラーに提供し、適切なタイミングで指令を調整できるようにします。位置、速度、方向を測定・報告するエンコーダーが最も一般的なフィードバックデバイスです。クローズドループモーション制御システムは、オープンループシステムでは不可能な複雑な動きを精密に実行できます。

モーション制御の仕組み

モーション制御システムは、モーションプロファイルと呼ばれる精密な動作シーケンスを作成し、モーターの動作を指定されたシーケンスに一致させるよう継続的に調整します。モーション制御システムの仕組みは以下の通りです：

ステップ1： モーションコントローラーが目標指令を受信。

ステップ2： コントローラーが望ましい軌道（モーションプロファイル）を計算。

ステップ3： コントローラーがモータードライブに指令信号を送信。

ステップ4： ドライブがモーターに必要な電力を供給。

ステップ5： モーターが動きを実行。

ステップ6： クローズドループシステムでは、フィードバックデバイスが実際の動きを測定し、この情報をコントローラーに送り返します。

ステップ7： コントローラーが実際の動きを望ましい動きと比較し、指令（制御ループ）を調整してエラーを修正し、精密な動きを確保。

モーションセンサーの理解

産業用モーション制御において、「モーションセンサー」はフィードバックデバイスであり、最も多くはエンコーダーです。フィードバックを提供するため、エンコーダーは位置、速度、方向などの実際の動きパラメータを測定し、システム補正のためにコントローラーに伝達します。

何がモーションセンサーをトリガーするか？

産業用クローズドループモーション制御システムでは、モーションセンサー（通常エンコーダー）はモーターシャフトまたはリニアステージの動きによってトリガーされます。エンコーダーはモーターに接続されており、モーターが動くと、エンコーダーはこの動きを検出し信号を出力します。

モーションセンサーが動作しているかどうかを知る方法

産業用モーションセンサーが動作しているかどうかを判断する3つの一般的な方法があります。

フィードバックデータを監視： エンコーダーが動作していることを検証する最も信頼できる方法は、ヒューマンマシンインターフェース（HMI）またはマシンソフトウェアを通じてモーションコントローラーに送信される位置または速度データをチェックすることです。機械が動き、データが正しく更新されれば、エンコーダーは動作しています。

故障を確認： クローズドループモーション制御システムでセンサーが故障すると、コントローラーがモーター位置を検証または修正できないため、故障やアラームがトリガーされます。

動作精度を検証： 位置保持の失敗や過度の振動などの問題は、フィードバックデバイスの故障または不適切なチューニングを示唆する可能性があります。

モーション制御が使用される場所

より多くのメーカーが生産ラインを自動化し、効率を高め運用コストを下げる中、モーション制御は効果的な自動化の鍵となっています。モーション制御システムは、複雑な動きが繰り返し可能で、精密で、調整可能である必要があるアプリケーションで見られます：

• パレタイズと包装タスク用のピックアンドプレースロボット
• 溶接、組立、切断、その他の精密な動きを必要とするタスクに使用されるロボット/コボット
• 精密CNC加工
• 3Dプリンター
• 自動マテリアルハンドリングシステム
• 自動車組立アプリケーション

自動化設備の統合が進み続ける中、モーション制御システムは精密で繰り返し可能な動きに不可欠であり、生産性を最大化し運用コストを削減するのに役立ちます。

自動化のパートナーであるJHFOSTERは、貴社のモーション制御ニーズを支援する準備ができています。今日、アプリケーションの精度と効率を高めるためにお問い合わせください。

• 自動化担当シニアバイスプレジデント、Tavoron

  Scott Wojciak氏は、産業オートメーションと流通における深い専門知識を持つベテラン経営幹部で、Tavoronの自動化担当シニアバイスプレジデントを務めています。以前はSinger Industrialの流体動力、自動化、エンジニアードソリューション部門を率い、BW Rogersではセールスバイスプレジデント、セールスディレクター、リージョナルビジネスユニットマネージャーなどのリーダーシップ役職を歴任。成果志向のアプローチと顧客中心のリーダーシップで知られ、キャリア全体を通じて自動化セクター全体の商業戦略と運用パフォーマンスを前進させてきました。セールスエンジニアとしてキャリアを開始し、在任早々にBW Rogersの「年間セールスマン」賞を受賞。

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