Szinkronizált mozgás szervomotorokhoz és összehangolt tengelyekhez Rockwell PLC-kben

A többtengelyes mozgásvezérlés túllép a hagyományos szervoszinkronizáláson

A modern gépgyártók egyre inkább azt várják el a szervorendszerektől, hogy az elszigetelt tengelypozicionálásnál többet nyújtsanak. A csomagolósorok, robotcellák és anyagmozgató rendszerek ma már nagyobb pontosságú, simább pályákat és egyszerűbb programozást igénylő, szinkronizált többtengelyes mozgást követelnek meg.

A Rockwell Automation Studio 5000-ben elérhető összehangolt mozgásfunkciói ezt az igényt elégítik ki, mivel akár hat szervotengely együttes mozgatását is lehetővé teszik egyetlen összehangolt rendszerben. A hagyományos áttétel- vagy bütyökprofil-alapú technikákkal ellentétben az összehangolt mozgás több tengely térbeli pozicionálására és pályavezérlésére összpontosít egyidejűleg.

Ez a képesség különösen értékessé válik robotizált anyagmozgatásnál, nagy sebességű portálrendszereknél és rugalmas gyártórendszereknél, ahol a mozgás minősége közvetlenül befolyásolja az áteresztőképességet és a termékek egyenletességét.

1. ábra. Az összehangolt mozgás lehetővé teszi, hogy a robotrendszerek sima pozicionálásvezérléssel szinkronizálják több szervocsukló mozgását.

Miért különbözik az összehangolt mozgás az áttételezéstől és a bütyökprofiloktól?

A hagyományos szinkronizált mozgási módszerek, például az elektronikus áttételezés és a bütyökprofilok, jellemzően egy vagy két tengely közötti főtengely-követő kapcsolatokat kezelnek. Az összehangolt mozgás ezt a koncepciót teljes többtengelyes pályavezérléssé bővíti.

Egy összehangolt rendszerben minden tengely a hozzárendelt célpont felé mozog, miközben megőrzi az érkezés szinkronizált időzítését. A vezérlő folyamatosan kiszámítja a sebesség- és gyorsuláskorrekciókat, így minden tengely egyszerre fejezi be a mozgást.

Ez az architektúra lehetővé teszi a géptervezők számára, hogy külön robotvezérlő nélkül hozzanak létre robotszerű mozgásokat.

Csuklókoordináták és derékszögű koordináták

Az egyik első mérnöki döntés a mozgásmodell kiválasztása. Az artikulált robotok általában csuklókoordinátákat használnak, amelyekben minden motor egy meghatározott tengely körül, egymástól függetlenül forog.

Számos portál- és derékszögű koordinátás rendszer azonban közvetlenül X, Y és Z koordinátákban működik. Ez egyszerűsíti a programozást, mivel a vezérlő közvetlenül számítja ki a lineáris mozgást, ahelyett hogy a szerszámkoordináták és a csuklópozíciók között kellene átszámítania.

A Studio 5000 összehangolt mozgása mindkét koncepciót támogatja, bár a derékszögű koordinátás rendszerek üzembe helyezéskor egyszerűbben konfigurálhatók és hibaelháríthatók.

Az összehangolt mozgási környezet felépítése

Egy összehangolt mozgási rendszer konfigurálása több előkészítést igényel, mint a szabványos egytengelyes szervovezérlés. A mérnököknek először meg kell határozniuk egy mozgáscsoportot, hozzá kell rendelniük a szervotengelyeket, majd létre kell hozniuk egy összehangolt rendszerobjektumot a Studio 5000-ben.

Az összehangolt rendszer varázslója lehetővé teszi a tengelygeometria, az eltolások, a mérnöki mértékegységek és a mozgási korlátok konfigurálását. Ezek a paraméterek határozzák meg, hogyan értelmezi a vezérlő a szervohálózaton keresztül érkező pozicionálási parancsokat.

2. ábra. A mozgáscsoport konfigurációja határozza meg a tengelyek közötti kapcsolatokat, a geometriát és az összehangolt rendszer működését.

Számos OEM-gyártó az összehangolt mozgást fejlett szervoplatformokkal és elosztott I/O-architektúrákkal kombinálja a gépek bővíthetőségének javítása érdekében. Az Allen-Bradley ControlLogix vezérlőkre és modern szervohajtásokra épülő rendszerekben egyre gyakrabban alkalmaznak összehangolt mozgást a robot- és portálalkalmazások egyszerűsítésére.

A Studio 5000 legfontosabb mozgásutasításai

A Rockwell összehangolt mozgási környezete több, többtengelyes pályagenerálásra tervezett dedikált funkcióblokkon alapul.

Lineáris mozgás az MCLM segítségével

A Motion Coordinated Linear Move, vagyis az MCLM utasítás egyenes vonalú mozgást biztosít a meghatározott derékszögű koordinátás pozíciók között. A mérnökök az X, Y és Z koordinátákat adják meg, a vezérlő pedig automatikusan szinkronizálja a tengelyek sebességét.

Ez az utasítás különösen jól alkalmazható portálrendszerekben, ahol a megfogónak simán kell mozognia a felvételi és lerakási pozíciók között.

Kör- és pályaalapú mozgás

A Motion Coordinated Circular Move utasítás ív alapú pályákat támogat 2D és 3D térben egyaránt. Eközben a Motion Coordinated Path Move tovább bővíti a lehetőségeket az artikulált robotpályák és a fejlett mozgásprofilok támogatásával.

Ezek a funkciók lehetővé teszik a gépgyártók számára, hogy simább szerszámmozgást hozzanak létre, miközben csökkentik a mechanikai rendszereket károsító hirtelen gyorsulásváltozásokat.

3. ábra. Az MCLM utasítás összehangolja több szervotengely mozgását az összehangolt lineáris mozgás során.

Hol nyújtja az összehangolt mozgás a legnagyobb értéket?

Az összehangolt mozgás egyik legfontosabb alkalmazási területe továbbra is a szervós portálrendszer. Ezekben a rendszerekben három egymásra merőleges tengely működik együtt, hogy a szerszámot nagy munkatérben pozicionálja.

Az artikulált robotokkal ellentétben a portálrendszerek általában közvetlenül derékszögű koordinátatérben működnek, ami csökkenti a transzformáció összetettségét és egyszerűsíti a karbantartást.

A kezelők manuálisan pozícióba állíthatják a tengelyeket, elmenthetik a koordinátapontokat, majd automatikus működés közben újra felhasználhatják ezeket a pozíciókat. Az eredmény sima és megismételhető mozgás a gép teljes munkaterületén.

4. ábra. A szervós portálrendszerek azért profitálnak az összehangolt mozgásból, mert minden tengely egyszerre érkezik meg a célpozícióba.

Az összehangolt mozgás egyre inkább terjed az együttműködő robotikában, az automatizált összeszerelésben, a raklapozó rendszerekben és a félvezetőipari anyagmozgató berendezésekben is.

Az ipar elmozdulása a szoftveralapú mozgásvezérlés felé

Az automatizálási ipar egészében fokozatosan háttérbe szorulnak az elszigetelt, hardverközpontú mozgásrendszerek, és teret nyernek a szoftveralapú géparchitektúrák.

A modern PLC-platformok ma már egyesítik a mozgásvezérlést, a vizualizációt, a hálózatkezelést és a biztonságtechnikát egységes mérnöki környezetekben. Ez csökkenti az integráció összetettségét és lerövidíti az üzembe helyezési időt.

A Rockwell, a Siemens, a Beckhoff és a Mitsubishi Electric vállalatokhoz hasonló beszállítók továbbra is jelentős összegeket fektetnek a szinkronizált mozgástechnológiába, mivel a gyártók egyre inkább olyan rugalmas termelési rendszereket igényelnek, amelyek gyors átkonfigurálásra képesek.

Az elosztott architektúrákkal és nagy sebességű automatizálással dolgozó gépgyártók gyakran fejlett PLC- és PAC-rendszerekkel párosítják az összehangolt mozgásplatformokat, hogy több gyártócellán átívelő, bővíthető mozgásalkalmazásokat támogassanak.

Mérnöki nézőpont

Az összehangolt mozgás már nem korlátozódik a nagyméretű robotizált berendezésekre. A gyorsabb PLC-processzoroknak, az integrált szervohálózatoknak és az egyszerűsített szoftvereszközöknek köszönhetően a technológia a hagyományos ipari automatizálási projektekben is praktikussá vált.

Az OEM-gyártók és rendszerintegrátorok számára a valódi előnyt nem pusztán a szinkronizált mozgás jelenti. A nagyobb előny a programozási ráfordítás csökkenéséből és a gép kiszámíthatóbb működéséből származik az összetett többtengelyes műveletek során.

Ahogy a gyártórendszerek tovább fejlődnek a moduláris automatizálás irányába, az összehangolt mozgás várhatóan nem különleges funkció, hanem alapvető elvárás lesz.

Szerző: Daniel Mercer | vezető mozgásvezérlési elemző

Daniel Mercer több mint 14 éves tapasztalattal rendelkezik az ipari mozgásrendszerek, a PLC-integráció és a szervoalkalmazások területén. Olyan automatizálási projektekben vett részt, amelyek a Rockwell Automation, a Siemens, a Beckhoff Automation és a Mitsubishi Electric platformjaira épültek a csomagolás, a robotika és az anyagmozgatás iparágában.