Szinkronizált mozgás szervomotorokhoz és koordinált tengelyekhez Rockwell PLC-kben
A Rockwell Automation koordinált mozgástechnológiája lehetővé teszi, hogy akár hat szervotengely is egyidejűleg mozogjon egy egységes kartéziánus rendszerben. Ez a cikk a koordinált tengelyeket, a ...
A többtengelyes mozgásvezérlés túllép a hagyományos szervoszinkronizáláson
A modern gépgyártók egyre inkább azt várják el a szervorendszerektől, hogy az elszigetelt tengelypozicionálásnál többre legyenek képesek. A csomagolósorok, robotcellák és anyagmozgató rendszerek ma már nagyobb pontosságú, egyenletesebb pályájú és egyszerűbben programozható, szinkronizált többtengelyes mozgást igényelnek.
A Rockwell Automation Studio 5000-ben elérhető koordinált mozgásfunkciói ezt az igényt elégítik ki azzal, hogy egyetlen koordinált rendszerben akár hat szervotengely együttes mozgatását is lehetővé teszik. A hagyományos áttételezési vagy bütyökprofil-alapú technikákkal ellentétben a koordinált mozgás a több tengely egyidejű térbeli pozicionálására és pályavezérlésére összpontosít.
Ez a képesség különösen értékessé válik robotizált anyagmozgatásban, nagy sebességű portálrendszerekben és rugalmas gyártórendszerekben, ahol a mozgás minősége közvetlenül befolyásolja az átbocsátást és a termékek egyenletességét.
1. ábra. A koordinált mozgás lehetővé teszi, hogy a robotrendszerek egyenletes pozicionálásvezérléssel szinkronizálják több szervocsukló mozgását.
Miért különbözik a koordinált 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–követőtengely kapcsolatot kezelnek. A koordinált mozgás ezt a koncepciót teljes többtengelyes pályavezérléssé bővíti.
Koordinált rendszerben minden tengely a hozzárendelt cél felé mozog, miközben megtartja a szinkronizált érkezési időt. 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.
Ízületi koordináták és derékszögű koordináták
Az első mérnöki döntések egyike a mozgásmodell kiválasztása. Az ipari robotok általában ízületi koordinátákkal működnek, amelyekben minden motor egy meghatározott tengely körül, egymástól függetlenül forog.
Számos portál- és derékszögű rendszer azonban közvetlenül X, Y és Z koordinátákban működik. Ez egyszerűsíti a programozást, mivel a vezérlő közvetlenül számítja ki a lineáris mozgást, és nem kell átszámítania a szerszámkoordináták és az ízületi pozíciók között.
A Studio 5000 koordinált mozgása mindkét koncepciót támogatja, bár a derékszögű rendszerek üzembe helyezéskor általában könnyebben konfigurálhatók és hibaelháríthatók.
A koordinált mozgási környezet kialakítása
Koordinált mozgási rendszer konfigurálása több előkészítést igényel, mint a hagyományos egytengelyes szervovezérlés. A mérnököknek először meg kell határozniuk egy mozgáscsoportot, hozzá kell rendelniük a szervotengelyeket, majd létre kell hozniuk egy koordinált rendszerobjektumot a Studio 5000-ben.
A koordinált rendszer varázslója lehetővé teszi a tengelygeometria, az eltolások, a mértékegységek és a mozgási korlátok konfigurálását. Ezek a paraméterek határozzák meg, hogyan értelmezi a vezérlő a szervohálózaton keresztül érkező pozícióparancsokat.
2. ábra. A mozgáscsoport konfigurációja határozza meg a tengelyek kapcsolatát, geometriáját és a koordinált rendszer működését.
Számos eredeti berendezésgyártó a koordinált mozgást fejlett szervoplatformokkal és elosztott I/O-architektúrákkal kombinálja a gépek skálázhatóságának javítása érdekében. Az Allen-Bradley ControlLogix vezérlőkre és modern szervohajtásokra épülő rendszerekben egyre gyakrabban alkalmaznak koordinált mozgást a robotikai és portálalkalmazások egyszerűsítésére.
A Studio 5000 alapvető mozgásutasításai
A Rockwell koordinált mozgási környezete több, többtengelyes pályagenerálásra tervezett dedikált funkcióblokkon alapul.
Lineáris mozgás MCLM-mel
A Motion Coordinated Linear Move, vagyis az MCLM utasítás egyenes vonalú mozgást biztosít meghatározott derékszögű pozíciók között. A mérnökök megadják az X, Y és Z koordinátákat, a vezérlő pedig automatikusan szinkronizálja a tengelysebességeket.
Ez az utasítás különösen jól alkalmazható portálrendszerekben, ahol a szerszámnak egyenletesen kell mozognia a felvételi és lerakási pozíciók között.
Körmozgás és pályaalapú mozgás
A Motion Coordinated Circular Move utasítás ív mentén haladó pályákat támogat 2D és 3D térben egyaránt. Eközben a Motion Coordinated Path Move tovább bővíti a lehetőségeket azáltal, hogy csuklós robotpályákat és fejlett mozgásprofilokat is támogat.
Ezek a funkciók lehetővé teszik a gépgyártók számára, hogy egyenletesebb szerszámmozgást hozzanak létre, miközben csökkentik a mechanikai rendszereket károsító hirtelen gyorsulásváltozásokat.
3. ábra. Az MCLM utasítás koordinált lineáris mozgás közben szinkronizálja a több szervotengelyt.
Hol biztosítja a koordinált mozgás a legnagyobb értéket?
A koordinált mozgás egyik legfontosabb alkalmazási területe továbbra is a szervohajtású portálrendszer. Ezekben a rendszerekben három egymásra merőleges tengely működik együtt a szerszám pozicionálásához egy nagy munkatérben.
A csuklós robotokkal ellentétben a portálrendszerek általában közvetlenül derékszögű térben működnek, ami csökkenti a transzformáció összetettségét és egyszerűsíti a karbantartást.
A kezelők manuálisan pozícióba állíthatják a tengelyeket, elmenthetik a koordinátapontokat, majd automatikus üzem közben újra felhasználhatják ezeket a pozíciókat. Az eredmény egyenletes és ismételhető mozgás a teljes gépmunkatérben.
4. ábra. A szervoportálok azért profitálnak a koordinált mozgásból, mert minden tengely egyszerre érkezik meg a célpozícióba.
A koordinált mozgás egyre inkább elterjed a kollaboratív robotikában, az automatizált összeszerelésben, a raklapozórendszerekben és a félvezetőipari anyagmozgató berendezésekben is.
Az ipar elmozdulása a szoftveralapú mozgásvezérlés felé
Az automatizálási ipar szélesebb körben fokozatosan eltávolodik az elszigetelt, hardverközpontú mozgásrendszerektől a szoftveralapú géparchitektúrák felé.
A modern PLC-platformok ma már egyesítik a mozgásvezérlést, a megjelenítést, a hálózatkezelést és a biztonsági funkciókat egységes mérnöki környezetekben. Ez csökkenti az integráció összetettségét és lerövidíti az üzembe helyezési időt.
A Rockwell, a Siemens, a Beckhoff és a Mitsubishi Electric többek között azért is jelentős összegeket fektet a szinkronizált mozgástechnológiába, mert a gyártók egyre inkább olyan rugalmas gyártórendszereket igényelnek, amelyek gyorsan átkonfigurálhatók.
Az elosztott architektúrákkal és nagy sebességű automatizálással dolgozó gépgyártók gyakran fejlett PLC- és PAC-rendszerekkel párosítják a koordinált mozgásplatformokat, hogy több gyártócellán átívelő, skálázható mozgásalkalmazásokat támogassanak.
Mérnöki nézőpont
A koordinált mozgás már nem korlátozódik a nagy 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 eredeti berendezésgyártók és rendszerintegrátorok számára a valódi előny nem csupán a szinkronizált mozgás. A nagyobb haszon az alacsonyabb programozási ráfordításból és a bonyolult többtengelyes műveletek során kiszámíthatóbb gépműködésből származik.
Ahogy a gyártórendszerek tovább fejlődnek a moduláris automatizálás irányába, a koordinált mozgás várhatóan inkább alapvető elvárássá, mintsem speciális funkcióvá válik.
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 platformjait alkalmazták a csomagolás, a robotika és az anyagmozgatás területén.