Настройка за управление на едноосно движение със сервозадвижвания CMZ

Управлението на движението остава основата на съвременната автоматизация

Прецизното управление на движението се превърна в определяща възможност при усъвършенстваните производствени системи. От опаковъчни линии и манипулиране на полупроводници до роботизирани монтажни клетки, от серво задвижваните оси вече се очаква да осигуряват повторяемо позициониране с реакция на ниво милисекунди.

Докато много инженери по автоматизация се съсредоточават върху PLC логиката и мрежовата интеграция, успешното управление на движението започва много по-рано — с правилното пускане в експлоатация на самото задвижване, двигателя и механичната ос. Неправилното мащабиране или конфигуриране на началната позиция може бързо да доведе до грешки при позициониране или катастрофални сблъсъци.

Този проект демонстрира как едноосова платформа за управление на движението може да бъде пусната в експлоатация със серво задвижване CMZ Sistemi Elettronici SBD и вградени инструменти за настройка, още преди да започне програмирането на PLC.

Изграждане на механичната ос преди софтуерната настройка

Всеки проект за управление на движението започва с механиката. В тази конфигурация линейната ос използва сачмено-винтова предавка с приблизително 8,5 mm ход за един оборот на двигателя и полезен ход от около 450 mm.

Размерите на плъзгача и геометрията на хода са от съществено значение, тъй като серво системите не разбират физическите ограничения по подразбиране. Инженерите трябва внимателно да зададат тези граници по време на настройката.

Диапазонът на физическия ход на оста винаги трябва да бъде проверен, преди да се активират автоматизирани последователности на движение.

Защо механичните измервания са важни

Една от най-пренебрегваните стъпки при пускане в експлоатация е проверката на хода за един оборот. Инженерите по управление на движението често приемат стойности за мащабиране от документацията, без да потвърдят действителното предавателно отношение на механиката.

Откачането на двигателя и ръчното завъртане на сачмено-винтовата предавка с един пълен оборот осигуряват надеждна отправна точка за определяне на реалния ход. Това измерване по-късно става от съществено значение при мащабирането на оста.

Серво системата е нещо повече от двигател

Платформата за управление на движението CMZ съчетава три основни компонента: серво задвижването SBD, серво двигателя с обратна връзка от енкодер и специализираните захранващи и сигнални кабели.

Задвижването работи от монофазно захранване 230 VAC и включва конфигурируеми цифрови входове за начална позиция и интеграция на функции за безопасност. По време на тестовете каналите STO (Safe Torque Off) бяха свързани директно към 24 VDC, въпреки че в производствени системи обикновено се интегрират аварийно спиране и мерки за ограничаване на машинния риск.

Сигналните кабели на серво системата и комуникацията с енкодера са от съществено значение за поддържане на точността на позициониране със затворен контур.

Архитектурата за безопасност никога не бива да се оставя за накрая

Серво системите могат да генерират високо ускорение и бърза реакция на въртящия момент дори при малки настолни приложения. Затова функционалността STO не е просто регулаторно изискване. Тя е критичен слой от безопасността на машината.

Много индустриални платформи за управление на движението интегрират STO във всеобхватни архитектури за безопасност заедно с индустриални модули за безопасност и разпределени блокировки на машината.

Софтуерът за пускане в експлоатация улеснява конфигурирането на оста

CMZ използва средата SDSetup за конфигуриране на серво системата, диагностика и програмиране на вграден PLC. За разлика от много базови задвижвания, платформата SBD позволява на инженерите да изпълняват програми на структуриран текст директно във вграденото задвижване.

Комуникацията по време на пускането в експлоатация се осъществява чрез обикновен micro USB интерфейс, което премахва необходимостта от незабавна интеграция с EtherCAT или PLC.

Пускането в експлоатация чрез USB осигурява бърз начин за проверка на работата на задвижването, преди да започне мрежовата интеграция.

Проверка на електрическия статус преди тестовете за движение

Преди подаване на команда за движение инженерите трябва да потвърдят показанията за напрежението на шината, статуса на STO и работата на цифровите входове в софтуерната среда. Активният индикатор за STO и коректният сигнал от превключвателя за начална позиция потвърждават, че подсистемите за безопасност и входове/изходи работят.

Тези стъпки за проверка може да изглеждат прости, но често разкриват грешки в полярността на окабеляването или проблеми със заземяването, преди да бъде изпълнена първата команда за движение.

Диагностиката на задвижването осигурява незабавна видимост към статуса на безопасността и комуникацията при стартиране.

Мащабирането на оста определя реалната точност на движението

Разделът за мащабиране на оста вероятно е най-важният етап от пускането в експлоатация. Тази конфигурация определя как приращенията на енкодера се преобразуват във физически ход.

В примера с CMZ за тестове се използва стойността по подразбиране от 8000 приращения за оборот. Инженерите могат да задават относителни движения и да проверяват дали действителният ход съответства на очакваното механично преместване.

Неправилните стойности за мащабиране могат да причинят грешки при позициониране, достатъчно големи, за да повредят линейните оси.

Стратегията за установяване на начална позиция определя стабилността на референтната точка

Конфигурацията за установяване на начална позиция задава референтния нулев пункт за всички бъдещи команди за движение. В този проект метод -27 за установяване на начална позиция придвижва системата към превключвателя, след което се връща бавно, докато превключвателят се освободи, и задава текущата позиция като нула.

Тази стратегия подобрява повторяемостта, тъй като референтната точка се установява при освобождаването на превключвателя, а не при удара в него.

Правилната конфигурация за установяване на начална позиция предотвратява натрупването на позиционен дрейф при повтарящи се цикли на движение.

Серво задвижванията се превръщат в самостоятелни контролери за движение

Важна тенденция в индустриалната автоматизация е нарастващата интелигентност, вградена в самите серво задвижвания. Съвременните платформи за управление на движението все по-често обединяват управлението на движението, диагностиката, безопасността и функционалността на вграден PLC в едно устройство.

Тази промяна намалява сложността на таблата и позволява компактни архитектури за по-малки машини. При оценяването на бъдещи платформи за управление на движението инженерите все по-често сравняват възможностите на вградената логика наред с характеристиките на въртящия момент и скоростта.

Приложенията, свързани с опаковане, системи за индексиране и компактни автоматизирани клетки, все повече разчитат на интегрирани решения за управление на движението, подобни на използваните в съвременните серво задвижващи системи.

Инженерна гледна точка

Най-ценният урок от този процес на пускане в експлоатация е, че надеждността на движението се изгражда много преди началото на производството. Инженерите, които пропускат внимателната проверка на мащабирането или правилната логика за установяване на начална позиция, често по-късно отделят много повече време за отстраняване на проблеми с нестабилността.

От гледна точка на системната интеграция пускането в експлоатация на серво система трябва да се извършва със същата дисциплина като мрежовата архитектура или проверката на PLC. Прецизната механика и точната софтуерна конфигурация трябва да работят заедно като единна система.

Автор: Marcus Ellison | Анализатор на системи за управление на движението

Marcus Ellison има повече от 12 години опит в индустриалната автоматизация и интеграцията на серво системи за управление на движението. Опитът му включва проекти за пускане в експлоатация със системи за управление на движението Siemens, EtherCAT системи Beckhoff и серво архитектури Rockwell в производствени предприятия за опаковане, манипулиране на материали и технологични процеси.