Шаговые двигателишироко используются в системах позиционирования и обладают тем преимуществом, что ими можно точно управлять с точностью до долей градуса даже без использования устройств обратной связи, таких как энкодеры или преобразователи. Они работают в разомкнутом контуре (не в замкнутом контуре), без необходимости настройки параметров, как в системах с замкнутым контуром. Шаговые двигатели также относительно недороги. Поскольку скорость пропорциональна частоте входных импульсов, они могут достигать широкого диапазона скоростей.

Хотя шаговые двигатели способны выдавать высокий крутящий момент на низких скоростях, они лучше всего подходят для приложений с меньшей мощностью, а не для приложений, требующих большого крутящего момента для перемещения более тяжелых грузов. Они превосходны в приложениях, требующих контроля угла поворота, скорости и положения. Другие недостатки заключаются в том, что неправильное управление двигателем может привести к пагубному резонансу системы. Кроме того, шаговые двигатели, как правило, трудно эксплуатировать на чрезвычайно высоких скоростях. Кроме того, с увеличением частоты вращения двигателя крутящий момент уменьшается.

В большинстве применений шаговых двигателей используются их превосходные возможности позиционирования. Например, при сборке оптических систем и электроники точное позиционирование имеет решающее значение для поддержания высоких стандартов производства. Более того, использование шаговых двигателей с полым валом позволяет разработчикам машин прокладывать провода и кабели через центр вала, что, в свою очередь, экономит ценное пространство и может снизить усталость кабеля. Другие области применения включают хирургических роботов, некоторые портальные системы для подбора и установки, а также позиционирование солнечных элементов и 3D-печать.

Одно из применений, использующих преимущества шаговых двигателей, относится к области погрузочно-разгрузочных работ и транспортировки материалов. Уникальная конвейерная система от Intralox использует серию встроенных шаговых двигателей в качестве основного способа приведения в действие. Технология активной роликовой ленты компании, или ARB, выполняет множество операций с упаковками на конвейере, таких как выравнивание, переворачивание, объединение, сортировка, выделение и многое другое.

Как объяснил Эрик Райс из Applied Motion Products, его компания работала с Intralox над разработкой новой системы, которая улучшила бы существующий конвейер. Задача состояла в том, чтобы повысить точность, поддерживать высокую скорость и снизить затраты. Инженеры также переключились с аналоговой настройки управления на цифровую систему с новым сетевым подключением.

Выбор сети был довольно простым, потому что в Северной Америке и даже в Европе Intralox в основном использует контроллеры Rockwell, которые имеют встроенные мастера EthernetIP и которые также поддерживают встроенные шаговые двигатели Applied Motion Products.

Другим требованием было поддержание высокой скорости работы. Чем быстрее упаковки перемещаются по конвейеру, тем быстрее система управления должна реагировать и сортировать упаковки. Количество футов в минуту или упаковок в минуту, обрабатываемых системами, является ключевым показателем производительности. Существующая аналоговая система позиционирования обновляла положение двигателя примерно каждые 2 мс. Здесь была потенциальная загвоздка: скорость обновления по умолчанию для устройств в сети EthernetIP составляет около 10 мс, так что эту проблему необходимо было решить.

Фактически, после нескольких тестов Intralox определил, что, хотя скорость обновления в 2 мс была достижима с аналоговым решением, для большинства приложений, включая настройки с более высокой точностью, приемлемо что-то более медленное. Более конкретно, Intralox решила, что частота обновления в 4 мс будет приемлемой. Это было гораздо более достижимо при использовании встроенного шагового двигателя.

Затем инженерный отдел Applied Motion Products искал способы упростить код. Они определили, что могут поддерживать время обновления сети в 4 мс и при этом иметь достаточно времени для выполнения других задач, которые выполняет процессор внутри встроенного шагового двигателя, включая формирование траектории, управление током, выполнение программ и управление вводом-выводом. Оставалось достаточно времени, чтобы получать сообщение EthernetIP каждые 4 мс.

Конечная цель проектирования состояла в том, чтобы снизить затраты. Многие варианты двигателей и приводов, представленные на рынке, могут соответствовать требованиям конвейера к точности и высокой скорости, и многие из них неинтегрированы в сервосистемы. Но замена недорогого интегрированного шагового двигателя обширной неинтегрированной сервосистемой, скорее всего, обойдется значительно дороже. Просто подумайте, как существуют установки, в которых используются конвейеры Intralox длиной 200 футов, работающие по 100 осям. Панель управления, необходимая для такой конструкции (для поддержки 100 сервоприводов и последующего подключения 100 комплектов кабелей к 200 двигателям), была бы дорогостоящей и сложной. Таким образом, решение Applied Motion Products имело смысл и по этой финансовой причине.