Szinkronizált mozgás szervók és koordinált tengelyek számára Rockwell PLC-kben

A többtengelyes mozgásvezérlés túlmutat a hagyományos szervószinkronizáción

A modern gépgyártók egyre inkább elvárják, hogy a szervórendszerek ne csak különálló tengelyek pozicionálását biztosítsák. A csomagológépek, robotcellák és anyagmozgató rendszerek ma már szinkronizált többtengelyes mozgást igényelnek nagyobb pontossággal, simább pályákkal és egyszerűbb programozással.

A Rockwell Automation Studio 5000 környezetében elérhető koordinált mozgásfunkciói ezt a követelményt elégítik ki, lehetővé téve akár hat szervótengely együttes mozgatását egyetlen koordinált rendszerben. A hagyományos fogaskerekes vagy bütykös technikáktól eltérően a koordinált mozgás a térbeli pozicionálásra és a pályavezérlésre összpontosít egyszerre több tengelyen.

Ez a képesség különösen értékes a robotikai anyagmozgatásban, nagysebességű darurendszerekben és rugalmas gyártórendszerekben, ahol a mozgás minősége közvetlenül befolyásolja a termelékenységet és a termékek állandóságát.

1. ábra. A koordinált mozgás lehetővé teszi, hogy a robotrendszerek több szervócsuklót szinkronizáljanak sima pozícióvezérléssel.

Miért különbözik a koordinált mozgás a fogaskerekes és bütykös profiloktól

A hagyományos szinkronizált mozgásmódszerek, mint az elektronikus fogaskerék és bütykös profilok, általában egy vagy két tengely közötti mester-követő kapcsolatot kezelnek. A koordinált mozgás ezt a koncepciót kiterjeszti teljes többtengelyes pályavezérlésre.

Egy koordinált rendszerben minden tengely a kijelölt célpont felé mozog, miközben szinkronizált érkezési időtartamot tart fenn. A vezérlő folyamatosan számolja a sebesség- és gyorsuláskorrekciókat, hogy az összes tengely egyszerre fejezze be a mozgást.

Ez az architektúra lehetővé teszi a géptervezők számára, hogy robotikus mozgást hozzanak létre dedikált robotvezérlő nélkül.

Csuklókoordináták vs. kartézián koordináták

Az egyik első mérnöki döntés a mozgásmodell kiválasztása. A csuklós robotok általában csuklókoordinátákat használnak, ahol minden motor függetlenül forog egy meghatározott tengely körül.

Ugyanakkor sok daru- és kartézián rendszer közvetlenül az X, Y és Z koordinátákban működik. Ez leegyszerűsíti a programozást, mert a vezérlő közvetlenül számolja a lineáris mozgást, nem kell eszközkoordináták és csuklópozíciók között átváltani.

A Studio 5000 koordinált mozgás mindkét koncepciót támogatja, bár a kartézián rendszerek konfigurálása és hibakeresése egyszerűbb az üzembe helyezés során.

A koordinált mozgás környezetének felépítése

Egy koordinált mozgásrendszer konfigurálása több előkészületet igényel, mint a hagyományos egytengelyes szervóvezérlés. A mérnököknek először mozgáscsoportot kell definiálniuk, szervótengelyeket hozzárendelniük, majd létrehozniuk egy koordinált rendszer objektumot a Studio 5000-ben.

A koordinált rendszer varázsló lehetővé teszi a tengelygeometria, eltolások, műszaki egységek és mozgáshatárok beállítását. Ezek a paraméterek határozzák meg, hogyan értelmezi a vezérlő a pozíciós parancsokat a szervóhálózaton belül.

2. ábra. A mozgáscsoport konfigurációja meghatározza a tengelykapcsolatokat, geometriát és a koordinált rendszer viselkedését.

Sok OEM a koordinált mozgást fejlett szervóplatformokkal és elosztott I/O architektúrákkal kombinálja a gépek skálázhatóságának javítása érdekében. Az Allen-Bradley ControlLogix vezérlők és modern szervóhajtások köré épülő rendszerek egyre gyakrabban alkalmazzák a koordinált mozgást a robotikai és darurendszerű alkalmazások egyszerűsítésére.

Alapvető mozgásutasítások a Studio 5000-ben

A Rockwell koordinált mozgás környezete több dedikált funkcióblokkra támaszkodik, amelyek többtengelyes pályagenerálásra készültek.

Lineáris mozgás az MCLM-mel

A Motion Coordinated Linear Move (MCLM) utasítás egyenes vonalú mozgást biztosít meghatározott kartézián pozíciók között. A mérnökök megadják az X, Y és Z koordinátákat, miközben a vezérlő automatikusan szinkronizálja a tengelyek sebességét.

Ez az utasítás különösen jól működik darurendszerekben, ahol az eszközöknek simán kell mozogniuk a felvételi és lerakási pontok között.

Kör- és pályaalapú mozgás

A Motion Coordinated Circular Move utasítás ív alapú pályákat támogat 2D és 3D térben egyaránt. Ezzel szemben a Motion Coordinated Path Move tovább bővíti a képességeket, támogatva a csuklós robotpályákat és fejlett mozgásprofilokat.

Ezek a funkciók lehetővé teszik a gépgyártók számára, hogy simább eszközmozgást hozzanak létre, miközben csökkentik a hirtelen gyorsulásváltozásokat, amelyek károsíthatják a mechanikai rendszereket.

3. ábra. Az MCLM utasítás szinkronizálja a több szervótengely mozgását koordinált lineáris mozgás közben.

Hol hoz a koordinált mozgás a legtöbb értéket

A koordinált mozgás egyik legerősebb alkalmazási területe a szervódaru. Ezekben a rendszerekben három merőleges tengely dolgozik együtt, hogy az eszközöket nagy munkatérben pozícionálja.

Ellentétben a csuklós robotokkal, a daruk általában közvetlenül kartézián térben működnek, ami csökkenti az átalakítási komplexitást és egyszerűsíti a karbantartást.

A kezelők kézzel is mozgathatják a tengelyeket, koordinátapontokat tárolhatnak, és ezeket automatikus működés közben újra felhasználhatják. Az eredmény sima és ismételhető mozgás a teljes géptérben.

4. ábra. A szervódaruk előnye a koordinált mozgásban rejlik, mert az összes tengely egyszerre érkezik meg a célpozícióba.

A koordinált mozgás tovább terjed az együttműködő robotikában, automatizált összeszerelésben, raklapozó rendszerekben és félvezető anyagmozgató berendezésekben is.

Az ipari áttérés a szoftveresen definiált mozgás felé

Az automatizálási ipar egyre inkább elmozdul az elszigetelt, hardverközpontú mozgásrendszerektől a szoftveresen definiált géparchitektúrák felé.

A modern PLC platformok ma már egyesítik a mozgásvezérlést, vizualizációt, hálózatkezelést és biztonságot egyetlen mérnöki környezetben. Ez csökkenti az integrációs komplexitást és lerövidíti az üzembe helyezési időt.

Olyan gyártók, mint a Rockwell, Siemens, Beckhoff és Mitsubishi Electric jelentős beruházásokat tesznek a szinkronizált mozgástechnológiába, mert a gyártók egyre inkább rugalmas, gyorsan átkonfigurálható termelőrendszereket igényelnek.

A gépgyártók, akik elosztott architektúrákkal és nagysebességű automatizálással dolgoznak, gyakran párosítják a koordinált mozgásplatformokat fejlett PLC és PAC rendszerekkel, hogy skálázható mozgásalkalmazásokat támogassanak több gyártócellán át.

Mérnöki szemlélet

A koordinált mozgás már nem korlátozódik nagy robotikai telepítésekre. A technológia a gyorsabb PLC processzoroknak, integrált szervóhálózatoknak és egyszerűsített szoftvereszközöknek köszönhetően a mainstream ipari automatizálási projektek számára is gyakorlati megoldássá vált.

Az OEM-ek és rendszerintegrátorok számára az igazi előny nem csupán a szinkronizált mozgás. A nagyobb haszon a csökkentett programozási ráfordításból és a kiszámíthatóbb gépviselkedésből ered összetett többtengelyes műveletek során.

Ahogy a gyártórendszerek tovább fejlődnek moduláris automatizálás irányába, a koordinált mozgás valószínűleg standard elvárássá válik, nem pedig speciális funkcióvá.

Szerző: Daniel Mercer | Vezető mozgásvezérlési elemző

Daniel Mercer több mint 14 éves tapasztalattal rendelkezik ipari mozgásrendszerek, PLC integráció és szervóalkalmazás-mérnökség területén. Támogatta az automatizálási projekteket Rockwell Automation, Siemens, Beckhoff Automation és Mitsubishi Electric platformokon a csomagolás, robotika és anyagmozgatás iparágakban.