حرکت همزمان برای سرووها و محورهای هماهنگ در PLCهای راکول

کنترل حرکت چندمحوره فراتر از هماهنگی سنتی سروو

سازندگان ماشین‌آلات مدرن به طور فزاینده‌ای انتظار دارند سیستم‌های سروو بیش از موقعیت‌یابی محورهای منفرد ارائه دهند. خطوط بسته‌بندی، سلول‌های رباتیک و سیستم‌های جابجایی مواد اکنون نیازمند حرکت هماهنگ چندمحوره با دقت بالاتر، مسیرهای نرم‌تر و برنامه‌نویسی ساده‌تر هستند.

توابع حرکت هماهنگ راکول اتوماسیون در داخل Studio 5000 این نیاز را با امکان حرکت همزمان تا شش محور سروو در یک سیستم هماهنگ واحد برطرف می‌کند. برخلاف تکنیک‌های سنتی چرخ‌دنده یا کام، حرکت هماهنگ بر موقعیت‌یابی فضایی و کنترل مسیر در چند محور به طور همزمان تمرکز دارد.

این قابلیت به ویژه در جابجایی رباتیک، گانتری‌های با سرعت بالا و سیستم‌های تولید انعطاف‌پذیر که کیفیت حرکت مستقیماً بر توان عملیاتی و یکنواختی محصول تأثیر می‌گذارد، ارزشمند شده است.

شکل ۱. حرکت هماهنگ امکان همگام‌سازی چند مفصل سروو در سیستم‌های رباتیک را با کنترل موقعیت نرم فراهم می‌کند.

چرا حرکت هماهنگ با چرخ‌دنده و پروفیل‌های کام متفاوت است

روش‌های سنتی حرکت هماهنگ مانند چرخ‌دنده الکترونیکی و پروفیل‌های کام معمولاً روابط استاد-دنبال‌کننده بین یک یا دو محور را مدیریت می‌کنند. حرکت هماهنگ این مفهوم را به کنترل کامل مسیر چندمحوره گسترش می‌دهد.

در یک سیستم هماهنگ، هر محور به سمت مقصد تعیین‌شده خود حرکت می‌کند در حالی که زمان‌بندی رسیدن همگام حفظ می‌شود. کنترل‌کننده به طور مداوم تنظیمات سرعت و شتاب را محاسبه می‌کند تا همه محورها حرکت را همزمان به پایان برسانند.

این معماری به طراحان ماشین اجازه می‌دهد حرکت به سبک رباتیک را بدون نیاز به کنترل‌کننده ربات اختصاصی ایجاد کنند.

مختصات مفصل در مقابل مختصات کارتزین

یکی از اولین تصمیمات مهندسی انتخاب مدل حرکت است. ربات‌های مفصلی معمولاً با استفاده از مختصات مفصل کار می‌کنند، جایی که هر موتور به طور مستقل حول یک محور تعریف‌شده می‌چرخد.

با این حال، بسیاری از سیستم‌های گانتری و کارتزین مستقیماً در مختصات X، Y و Z عمل می‌کنند. این برنامه‌نویسی را ساده‌تر می‌کند زیرا کنترل‌کننده حرکت خطی را مستقیماً محاسبه می‌کند بدون اینکه بین مختصات ابزار و موقعیت مفصل تبدیل انجام دهد.

حرکت هماهنگ Studio 5000 هر دو مفهوم را پشتیبانی می‌کند، اگرچه سیستم‌های کارتزین در زمان راه‌اندازی آسان‌تر پیکربندی و عیب‌یابی می‌شوند.

ساخت محیط حرکت هماهنگ

پیکربندی یک سیستم حرکت هماهنگ نیازمند آمادگی بیشتری نسبت به کنترل سروو تک‌محوره استاندارد است. مهندسان ابتدا باید یک گروه حرکت تعریف کنند، محورهای سروو را اختصاص دهند و یک شیء سیستم هماهنگ در Studio 5000 ایجاد کنند.

جادوی سیستم هماهنگ امکان پیکربندی هندسه محور، آفست‌ها، واحدهای مهندسی و محدودیت‌های حرکت را فراهم می‌کند. این پارامترها تعیین می‌کنند کنترل‌کننده چگونه دستورات موقعیت‌یابی را در سراسر شبکه سروو تفسیر کند.

شکل ۲. پیکربندی گروه حرکت روابط محور، هندسه و رفتار سیستم هماهنگ را تعریف می‌کند.

بسیاری از سازندگان تجهیزات اصلی حرکت هماهنگ را با پلتفرم‌های پیشرفته سروو و معماری‌های I/O توزیع‌شده ترکیب می‌کنند تا مقیاس‌پذیری ماشین را بهبود بخشند. سیستم‌های ساخته شده حول کنترل‌کننده‌های Allen-Bradley ControlLogix و درایوهای سروو مدرن به طور فزاینده‌ای از حرکت هماهنگ برای ساده‌سازی کاربردهای رباتیک و گانتری استفاده می‌کنند.

دستورات اصلی حرکت در Studio 5000

محیط حرکت هماهنگ راکول بر چند بلوک عملکرد اختصاصی برای تولید مسیر چندمحوره تکیه دارد.

حرکت خطی با MCLM

دستور حرکت خطی هماهنگ شده، یا MCLM، حرکت خط مستقیم بین موقعیت‌های کارتزین تعریف‌شده را فراهم می‌کند. مهندسان مختصات X، Y و Z را مشخص می‌کنند، در حالی که کنترل‌کننده به طور خودکار سرعت محورها را همگام می‌کند.

این دستور به ویژه در سیستم‌های گانتری که ابزار باید به نرمی بین نقاط برداشتن و قرار دادن حرکت کند، بسیار مؤثر است.

حرکت دایره‌ای و مبتنی بر مسیر

دستور حرکت دایره‌ای هماهنگ مسیرهای قوسی را در فضای دو و سه‌بعدی پشتیبانی می‌کند. در همین حال، دستور حرکت مسیر هماهنگ قابلیت را بیشتر گسترش می‌دهد و مسیرهای ربات مفصلی و پروفیل‌های حرکت پیشرفته را پشتیبانی می‌کند.

این توابع به سازندگان ماشین اجازه می‌دهند حرکت ابزار را نرم‌تر کنند و در عین حال تغییرات شتاب ناگهانی که می‌تواند به سیستم‌های مکانیکی آسیب برساند را کاهش دهند.

شکل ۳. دستور MCLM چند محور سروو را در حرکت خطی هماهنگ همگام می‌کند.

جایی که حرکت هماهنگ بیشترین ارزش را ارائه می‌دهد

یکی از قوی‌ترین کاربردهای حرکت هماهنگ همچنان گانتری سروو است. در این سیستم‌ها، سه محور عمود بر هم برای موقعیت‌دهی ابزار در محدوده کاری بزرگ با هم کار می‌کنند.

برخلاف ربات‌های مفصلی، گانتری‌ها معمولاً مستقیماً در فضای کارتزین عمل می‌کنند که پیچیدگی تبدیل را کاهش داده و نگهداری را ساده‌تر می‌کند.

اپراتورها می‌توانند محورها را به صورت دستی جابجا کنند، نقاط مختصات را ذخیره کنند و در عملیات خودکار از آن موقعیت‌ها مجدداً استفاده کنند. نتیجه حرکت نرم و تکرارپذیر در سراسر محدوده کامل ماشین است.

شکل ۴. گانتری‌های سروو از حرکت هماهنگ بهره می‌برند زیرا همه محورها همزمان به موقعیت هدف می‌رسند.

حرکت هماهنگ همچنین به گسترش خود در رباتیک تعاملی، مونتاژ خودکار، سیستم‌های پالت‌گذاری و تجهیزات جابجایی مواد نیمه‌هادی ادامه می‌دهد.

تحول صنعتی به سمت حرکت تعریف‌شده توسط نرم‌افزار

صنعت اتوماسیون گسترده‌تر به طور پیوسته از سیستم‌های حرکت سخت‌افزاری مجزا به سمت معماری‌های ماشین تعریف‌شده توسط نرم‌افزار حرکت می‌کند.

پلتفرم‌های مدرن PLC اکنون کنترل حرکت، تجسم، شبکه‌سازی و ایمنی را در محیط‌های مهندسی یکپارچه ترکیب می‌کنند. این موضوع پیچیدگی یکپارچه‌سازی را کاهش داده و زمان راه‌اندازی را کوتاه می‌کند.

فروشندگانی مانند راکول، زیمنس، بکهوف و میتسوبیشی الکتریک همچنان سرمایه‌گذاری سنگینی در فناوری حرکت هماهنگ انجام می‌دهند زیرا تولیدکنندگان به طور فزاینده‌ای به سیستم‌های تولید انعطاف‌پذیر با قابلیت پیکربندی سریع نیاز دارند.

سازندگان ماشین که با معماری‌های توزیع‌شده و اتوماسیون با سرعت بالا کار می‌کنند، اغلب پلتفرم‌های حرکت هماهنگ را با سیستم‌های پیشرفته PLC و PAC جفت می‌کنند تا از برنامه‌های حرکت مقیاس‌پذیر در چندین سلول تولید پشتیبانی کنند.

دیدگاه مهندسی

حرکت هماهنگ دیگر محدود به نصب‌های بزرگ رباتیک نیست. این فناوری به لطف پردازنده‌های سریع‌تر PLC، شبکه‌های سروو یکپارچه و ابزارهای نرم‌افزاری ساده شده، برای پروژه‌های اتوماسیون صنعتی رایج عملی شده است.

برای سازندگان تجهیزات اصلی و یکپارچه‌سازان سیستم، مزیت واقعی صرفاً حرکت هماهنگ نیست. سود بزرگ‌تر از کاهش بار برنامه‌نویسی و رفتار پیش‌بینی‌پذیرتر ماشین در عملیات پیچیده چندمحوره ناشی می‌شود.

با ادامه تکامل سیستم‌های تولید به سمت اتوماسیون مدولار، احتمالاً حرکت هماهنگ به یک انتظار استاندارد تبدیل خواهد شد نه یک ویژگی تخصصی.

نویسنده: دنیل مرسر | تحلیلگر ارشد کنترل حرکت

دنیل مرسر بیش از ۱۴ سال تجربه در سیستم‌های حرکت صنعتی، یکپارچه‌سازی PLC و مهندسی کاربرد سروو دارد. او پروژه‌های اتوماسیون شامل راکول اتوماسیون، زیمنس، بکهوف اتوماسیون و میتسوبیشی الکتریک را در صنایع بسته‌بندی، رباتیک و جابجایی مواد پشتیبانی کرده است.