Многокоординатното управление на движението надхвърля традиционната синхронизация на сервосистеми

Съвременните производители на машини все по-често очакват сервосистемите да осигуряват повече от позициониране на отделни оси. Опаковъчните линии, роботизираните клетки и системите за обработка на материали вече изискват синхронизирано движение по множество оси с по-висока точност, по-плавни траектории и опростено програмиране.

Функциите за координирано движение на Rockwell Automation в Studio 5000 отговарят на това изискване, като позволяват до шест сервозадвижвани оси да се движат заедно в рамките на една координирана система. За разлика от традиционните техники за електронно предаване или гърбично движение, координираното движение се фокусира върху пространственото позициониране и управлението на траекторията на множество оси едновременно.

Тази възможност става особено ценна при роботизирана обработка, високоскоростни портални системи и гъвкави производствени системи, където качеството на движението пряко влияе върху производителността и постоянството на продукта.

Фигура 1. Координираното движение позволява на роботизираните системи да синхронизират множество сервозадвижвани стави с плавно позиционно управление.

Защо координираното движение се различава от предавателните отношения и гърбичните профили

Традиционните методи за синхронизирано движение, като електронно предаване и гърбични профили, обикновено управляват взаимоотношенията между водеща и следваща ос при една или две оси. Координираното движение разширява тази концепция до пълно управление на траекторията по множество оси.

В координирана система всяка ос се движи към зададената си крайна позиция, като същевременно поддържа синхронизиран момент на пристигане. Контролерът непрекъснато изчислява корекции на скоростта и ускорението, така че всички оси да завършват движението едновременно.

Тази архитектура позволява на конструкторите на машини да създават движение в стил на робот, без да е необходим специализиран роботизиран контролер.

Ставни координати спрямо декартови координати

Едно от първите инженерни решения е изборът на модел на движение. Обикновено шарнирните роботи работят със ставни координати, при които всеки двигател се върти независимо около определена ос.

Много портални и декартови системи обаче работят директно с координати X, Y и Z. Това опростява програмирането, тъй като контролерът изчислява линейното движение директно, вместо да преобразува координатите на инструмента в позиции на ставите.

Координираното движение в Studio 5000 поддържа и двата подхода, въпреки че декартовите системи остават по-лесни за конфигуриране и отстраняване на неизправности по време на пускането в експлоатация.

Изграждане на среда за координирано движение

Конфигурирането на система за координирано движение изисква повече подготовка от стандартното управление на сервозадвижване по една ос. Инженерите първо трябва да дефинират група за движение, да зададат сервозадвижваните оси и да създадат обект на координирана система в Studio 5000.

Помощникът за координирана система позволява конфигуриране на геометрията на осите, отместванията, инженерните единици и ограниченията на движението. Тези параметри определят начина, по който контролерът интерпретира командите за позициониране в сервомрежата.

Фигура 2. Конфигурацията на групата за движение определя взаимовръзките между осите, геометрията и поведението на координираната система.

Много производители на оригинално оборудване комбинират координираното движение с модерни сервоплатформи и разпределени архитектури за входове/изходи, за да подобрят мащабируемостта на машините. Системите, изградени около контролери Allen-Bradley ControlLogix и съвременни сервозадвижвания, все по-често използват координирано движение за опростяване на роботизирани и портални приложения.

Основни инструкции за движение в Studio 5000

Средата за координирано движение на Rockwell разчита на няколко специализирани функционални блока, предназначени за генериране на траектории по множество оси.

Линейно движение с MCLM

Инструкцията Motion Coordinated Linear Move, или MCLM, осигурява движение по права линия между зададени декартови позиции. Инженерите задават координатите X, Y и Z, а контролерът автоматично синхронизира скоростите на осите.

Тази инструкция е особено подходяща за портални системи, при които инструментът трябва да се движи плавно между позициите за вземане и поставяне.

Кръгово движение и движение по траектория

Инструкцията Motion Coordinated Circular Move поддържа траектории по дъга в двумерно и тримерно пространство. Междувременно Motion Coordinated Path Move разширява възможностите допълнително, като поддържа траектории на шарнирни роботи и усъвършенствани профили на движение.

Тези функции позволяват на производителите на машини да създават по-плавно движение на инструментите, като същевременно намаляват резките промени в ускорението, които могат да повредят механичните системи.

Фигура 3. Инструкцията MCLM синхронизира множество сервозадвижвани оси по време на координирано линейно движение.

Къде координираното движение носи най-голяма стойност

Едно от най-важните приложения на координираното движение остава сервопорталната система. В тези системи три перпендикулярни оси работят заедно, за да позиционират инструмента в голяма работна зона.

За разлика от шарнирните роботи, порталните системи обикновено работят директно в декартово пространство, което намалява сложността на преобразуванията и опростява поддръжката.

Операторите могат ръчно да придвижат осите до необходимата позиция, да запаметят координатни точки и да използват повторно тези позиции при автоматична работа. Резултатът е плавно и повторяемо движение в целия работен обхват на машината.

Фигура 4. Сервопорталните системи се възползват от координираното движение, тъй като всички оси достигат целевите позиции едновременно.

Координираното движение продължава да се разширява и в колаборативната роботика, автоматизираното сглобяване, палетизиращите системи и оборудването за обработка на полупроводникови материали.

Индустриалният преход към движение, дефинирано чрез софтуер

По-широката индустрия за автоматизация постепенно се отдалечава от изолирани хардуерно ориентирани системи за управление на движението и се насочва към машинни архитектури, дефинирани чрез софтуер.

Съвременните PLC платформи вече комбинират управление на движението, визуализация, мрежова комуникация и безопасност в унифицирани инженерни среди. Това намалява сложността на интеграцията и съкращава времето за пускане в експлоатация.

Производители като Rockwell, Siemens, Beckhoff и Mitsubishi Electric продължават да инвестират значително в технологии за синхронизирано движение, тъй като производителите все по-често се нуждаят от гъвкави производствени системи, способни на бързо преконфигуриране.

Производителите на машини, работещи с разпределени архитектури и високоскоростна автоматизация, често комбинират платформите за координирано движение с усъвършенствани PLC и PAC системи, за да поддържат мащабируеми приложения за управление на движението в множество производствени клетки.

Инженерна перспектива

Координираното движение вече не се ограничава до големи роботизирани инсталации. Благодарение на по-бързите PLC процесори, интегрираните сервомрежи и опростените софтуерни инструменти технологията стана практична за стандартни проекти в индустриалната автоматизация.

За производителите на оригинално оборудване и системните интегратори истинското предимство не е просто синхронизираното движение. По-голямата полза идва от намаленото програмно натоварване и по-предсказуемото поведение на машината при сложни операции с множество оси.

С развитието на производствените системи към модулна автоматизация координираното движение вероятно ще се превърне в стандартно очакване, а не в специализирана функция.

Автор: Даниел Мърсър | Старши анализатор на системи за управление на движението

Даниел Мърсър има над 14 години опит в индустриалните системи за управление на движението, PLC интеграцията и инженерингa на сервоприложения. Той е участвал в проекти за автоматизация, включващи платформи на Rockwell Automation, Siemens, Beckhoff Automation и Mitsubishi Electric в отраслите на опаковането, роботиката и обработката на материали.