Синхронизирано движение за серво мотори и координирани оси в PLC на Rockwell

Мултиосево управление на движението отвъд традиционната синхронизация на серво

Съвременните производители на машини все по-често очакват серво системите да предоставят повече от изолирано позициониране на осите. Опаковъчните линии, роботизираните клетки и системите за обработка на материали вече изискват синхронизирано мултиосево движение с по-висока прецизност, по-гладки траектории и опростено програмиране.

Функциите за координирано движение на Rockwell Automation в Studio 5000 отговарят на това изискване, като позволяват до шест серво оси да се движат заедно в рамките на една координирана система. За разлика от традиционните техники с предавки или камери, координираното движение се фокусира върху пространственото позициониране и контрол на траекторията на няколко оси едновременно.

Тази възможност става особено ценна при роботизирано обработване, високоскоростни гантри и гъвкави производствени системи, където качеството на движението пряко влияе върху производителността и консистентността на продукта.

Фигура 1. Координираното движение позволява на роботизираните системи да синхронизират множество серво стави с плавен контрол на позицията.

Защо координираното движение се различава от предавките и профилите на камерите

Традиционните методи за синхронизирано движение като електронни предавки и профили на камери обикновено управляват връзки майстор-следващ между една или две оси. Координираното движение разширява тази концепция до пълен контрол на пътя на множество оси.

В координирана система всяка ос се движи към зададената си дестинация, като поддържа синхронизирано време на пристигане. Контролерът непрекъснато изчислява корекции на скоростта и ускорението, така че всички оси да завършат движението едновременно.

Тази архитектура позволява на конструкторите на машини да създават роботизиран стил на движение без необходимост от специализиран робот контролер.

Съвместни координати срещу декартови координати

Едно от първите инженерни решения е изборът на модел на движение. Артикулираните роботи обикновено работят с използване на съвместни координати, където всеки мотор се върти независимо около определена ос.

В същото време много гантри и декартови системи работят директно в X, Y и Z координати. Това опростява програмирането, тъй като контролерът изчислява линейното движение директно, вместо да преобразува между координатите на инструмента и позициите на ставите.

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

Създаване на координираната среда за движение

Конфигурирането на координирана система за движение изисква повече подготовка в сравнение със стандартното серво управление на една ос. Инженерите първо трябва да дефинират група за движение, да зададат серво оси и да създадат обект на координирана система в Studio 5000.

Съветникът за координирана система позволява конфигуриране на геометрията на осите, офсетите, инженерните единици и ограниченията на движението. Тези параметри определят как контролерът интерпретира позиционните команди в серво мрежата.

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

Много OEM производители комбинират координираното движение с усъвършенствани серво платформи и разпределени I/O архитектури за подобряване на мащабируемостта на машините. Системи, изградени около контролери Allen-Bradley ControlLogix и модерни серво задвижвания, все по-често използват координирано движение за опростяване на роботизирани и гантри приложения.

Основни инструкции за движение в Studio 5000

Координираната среда за движение на Rockwell разчита на няколко специализирани функционални блока, предназначени за генериране на траектории с множество оси.

Линейно движение с MCLM

Инструкцията Motion Coordinated Linear Move (MCLM) осигурява движение по права линия между дефинирани декартови позиции. Инженерите задават X, Y и Z координати, докато контролерът автоматично синхронизира скоростите на осите.

Тази инструкция работи особено добре в гантри системи, където инструментите трябва да се движат плавно между места за вземане и поставяне.

Кръгово и движение по път

Инструкцията Motion Coordinated Circular Move поддържа траектории на базата на дъги както в 2D, така и в 3D пространство. Междувременно Motion Coordinated Path Move разширява възможностите, като поддържа пътища на артикулирани роботи и усъвършенствани профили на движение.

Тези функции позволяват на производителите да създават по-гладки движения на инструментите, като намаляват внезапните промени в ускорението, които могат да повредят механичните системи.

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

Къде координираното движение носи най-голяма стойност

Едно от най-силните приложения на координираното движение остава серво гантри системата. В тези системи три перпендикулярни оси работят заедно, за да позиционират инструментите над големи работни обеми.

За разлика от артикулираните роботи, гантритата обикновено работят директно в декартово пространство, което намалява сложността на трансформациите и опростява поддръжката.

Операторите могат ръчно да придвижват осите до позиция, да съхраняват координатни точки и да използват тези позиции по време на автоматична работа. Резултатът е плавно и повторяемо движение в целия работен обем на машината.

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

Координираното движение също така продължава да се разширява в колаборативната роботика, автоматизирания монтаж, палетизиращите системи и оборудването за обработка на полупроводникови материали.

Индустриалният преход към софтуерно дефинирано движение

По-широката индустрия за автоматизация постепенно се отдалечава от изолирани хардуерно-центрирани системи за движение към софтуерно дефинирани машинни архитектури.

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

Доставчици като Rockwell, Siemens, Beckhoff и Mitsubishi Electric продължават да инвестират значително в технологии за синхронизирано движение, тъй като производителите все повече изискват гъвкави производствени системи, способни на бърза преконфигурация.

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

Инженерен поглед

Координираното движение вече не е ограничено само до големи роботизирани инсталации. Технологията стана практична за масови индустриални автоматизационни проекти благодарение на по-бързите PLC процесори, интегрираните серво мрежи и опростените софтуерни инструменти.

За OEM производителите 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 мултиосеви операции.

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

Автор: Даниел Мерсър | Старши анализатор по управление на движението

Даниел Мерсър има над 14 години опит в индустриалните системи за движение, интеграция на PLC и инженеринг на серво приложения. Той е подкрепял автоматизационни проекти с платформи на Rockwell Automation, Siemens, Beckhoff Automation и Mitsubishi Electric в областите на опаковане, роботика и обработка на материали.