Управлението на движението остава в основата на съвременната автоматизация

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

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

Този проект демонстрира как платформа за движение с една ос може да бъде въведена в експлоатация чрез серво задвижване CMZ Sistemi Elettronici SBD и вградените инструменти за настройка, още преди да започне програмирането на PLC.

Изграждане на механичната ос преди софтуерната конфигурация

Всеки проект за управление на движението започва с механиката. В тази конфигурация линейната ос използва система със сачмен винт 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 по своята същност не разбират физическите ограничения. Инженерите трябва внимателно да дефинират тези граници по време на настройката.

Физическият диапазон на движение на оста винаги трябва да бъде проверен, преди да се активират автоматизирани последователности от движения.

Защо механичните измервания са важни

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

Разкачването на двигателя и ръчното завъртане на сачмения винт с един пълен оборот осигуряват надеждна базова стойност за определяне на реалното разстояние на преместване. По-късно това измерване става от съществено значение при мащабирането на оста.

Серво системата е повече от просто двигател

Платформата за движение CMZ съчетава три основни компонента: серво задвижването SBD, серво двигателя с обратна връзка от енкодер и специализираните захранващи и комуникационни кабели за обратна връзка.

Задвижването работи от монофазно захранване 230 VAC и включва конфигурируеми цифрови входове за референтно позициониране и интеграция на системи за безопасност. По време на тестовете каналите STO (Safe Torque Off) бяха директно свързани към 24 VDC, макар че в производствени системи обикновено се интегрират аварийни стоп вериги и мерки за ограничаване на машинния риск.

Кабелите за серво обратна връзка и комуникацията с енкодера са от съществено значение за поддържане на точността на позиционирането със затворен контур.

Архитектурата за безопасност никога не бива да бъде последваща мярка

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 машинната безопасност.

Много индустриални платформи за движение интегрират функционалността STO в по-широки архитектури за безопасност заедно с индустриални модули за безопасност и разпределени блокировки на машината.

Софтуерът за въвеждане в експлоатация улеснява конфигурирането на оста

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

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

Въвеждането 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 да подадат команда за движение, инженерите трябва да потвърдят показанията за напрежението на шината, статуса на STO и функционалността на цифровите входове в софтуерната среда. Валиден индикатор за STO и реагиращ сигнал от превключвателя за референтно позициониране потвърждават, че подсистемите за безопасност и входове/изходи работят.

Тези стъпки за проверка може да изглеждат елементарни, но често разкриват грешки в полярността на свързването 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 въвеждането в експлоатация. Тази конфигурация определя как приращенията на енкодера се преобразуват във физическо разстояние на преместване.

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

Неправилните стойности за мащабиране могат да доведат до грешки в позиционирането, достатъчно големи, за да повредят линейните оси.

Стратегията за референтно позициониране определя стабилността на началната точка

Конфигурацията на референтното позициониране установява началната точка за всички бъдещи команди за движение. В този проект методът за референтно позициониране -27 премества оста към превключвателя, обръща посоката и се движи бавно, докато превключвателят се освободи, след което определя текущата позиция като нула.

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

Правилното конфигуриране на референтното позициониране предотвратява натрупването на отклонения в позиционирането при повтарящи се цикли на движение.

Серво задвижванията се превръщат в самостоятелни контролери за движение

Една от важните тенденции в индустриалната автоматизация е нарастващата интелигентност, вградена в самите серво задвижвания. Съвременните платформи за движение все по-често съчетават управление на движението, диагностика, безопасност и функционалност на вграден PLC в едно устройство.

Тази промяна намалява сложността на таблото и позволява компактни архитектури за по-малки машини. Инженерите, които оценяват бъдещи платформи за движение, все по-често сравняват възможностите на вградената логика наред с характеристиките за въртящ момент и скорост.

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

Инженерна перспектива

Най-ценният урок от този процес по въвеждане 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 референтно позициониране, често по-късно отделят значително повече време за отстраняване на проблеми със стабилността.

От гледна точка на системната интеграция въвеждането в експлоатация на серво система трябва да се извършва със същата дисциплина като изграждането на 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. Професионалният му опит включва проекти по въвеждане в експлоатация със системи за управление на движението Siemens, EtherCAT системи Beckhoff и серво архитектури Rockwell в предприятия за опаковане, обработка на материали и технологично производство.