PLC หรือไมโครคอนโทรลเลอร์สำหรับควบคุมการเคลื่อนไหวในการเชื่อมอาร์ก?
PLC และไมโครคอนโทรลเลอร์สามารถสร้างการเคลื่อนไหวแบบสเต็ปและทิศทางได้ทั้งคู่ แต่การเชื่อมอาร์กเผยให้เห็นความแตกต่างที่สำคัญในด้าน EMC การป้องกัน I/O การวินิจฉัย การบำรุงรักษา การผสานรวมระบบความปลอดภ...
ตัวควบคุมแบบตั้งโต๊ะสามารถขับแกนสเต็ปเปอร์สามแกนได้อย่างแม่นยำจนกระทั่งเริ่มจุดอาร์กเชื่อม จากนั้นสัญญาณรบกวนที่นำผ่านสาย การรบกวนที่แผ่กระจาย ความต่างศักย์กราวด์ และ I/O ที่ป้องกันไม่ดี อาจเปลี่ยนการสาธิตการเคลื่อนที่ให้กลายเป็นเครื่องจักรที่ทำงานไม่น่าเชื่อถือ ดังนั้น การเลือกตัวควบคุมจึงไม่ได้ขึ้นอยู่กับว่าแผงวงจรใดสร้างพัลส์ได้ แต่ขึ้นอยู่กับว่าสถาปัตยกรรมใดจะทนต่อกระบวนการทำงานได้
ทั้ง PLC และไมโครคอนโทรลเลอร์สามารถควบคุมไดรฟ์แบบสเต็ปและทิศทางได้ ภาระทางวิศวกรรมของทั้งสองแบบแตกต่างกัน โดย PLC มาพร้อมอินเทอร์เฟซและระบบวินิจฉัยสำหรับงานอุตสาหกรรม ส่วนการออกแบบด้วยไมโครคอนโทรลเลอร์ต้องเพิ่มและตรวจสอบสิ่งเหล่านี้เอง
สัญญาณการเคลื่อนที่เป็นเพียงส่วนหนึ่งของระบบ
โดยทั่วไปไดรฟ์สเต็ปเปอร์จะรับสัญญาณพัลส์ ทิศทาง และบางครั้งรวมถึงสัญญาณเปิดใช้งานหรือรีเซ็ตสัญญาณเตือน อินเทอร์เฟซอาจเป็นแบบดิฟเฟอเรนเชียลหรือซิงเกิลเอนด์ แบบจ่ายกระแสหรือแบบรับกระแส และอาจต้องใช้แรงดันกับกระแสไฟฟ้าที่ต่างจากขาเอาต์พุตดั้งเดิมของตัวควบคุม อย่าสันนิษฐานว่าเอาต์พุตที่ระบุว่า “PWM” จะเข้ากันได้ทางไฟฟ้า
ไดรฟ์แยกขั้วต่อกำลังมอเตอร์ออกจากอินพุตพัลส์และทิศทาง ต้องตรวจสอบอินเทอร์เฟซแต่ละรายการกับคู่มือของไดรฟ์ ภาพภาคสนามคงไว้จากบทความสื่อฉบับดั้งเดิม แหล่งที่มา: Control.com.
คู่มือการกำหนดตำแหน่งของ Mitsubishi Electric ระบุการทำงาน DRVI, DRVA, PLSV และขีดจำกัดความถี่พัลส์สำหรับรุ่นที่มีเอาต์พุตทรานซิสเตอร์ที่รองรับ ส่วน PLC ที่มีเอาต์พุตรีเลย์ไม่ใช่เอาต์พุตสำหรับสร้างชุดพัลส์ควบคุมการเคลื่อนที่
เหตุใดอาร์กเชื่อมจึงเปลี่ยนการตัดสินใจเลือกตัวควบคุม
การจุดอาร์กและกระแสเชื่อมทำให้เกิดทรานเชียนต์ทางไฟฟ้าที่รวดเร็ว การจัดวางสายอาจเหนี่ยวนำสัญญาณเหล่านี้เข้าไปในสายพัลส์ สายคอมมอนของเซนเซอร์ การเชื่อมต่อ USB และรางจ่ายไฟ สัญญาณสเต็ปที่ไม่มีชีลด์และมีความยาวมากอาจทำให้เกิดการนับพัลส์เกิน ส่วนการรีเซ็ตตัวควบคุมอาจทำให้สถานะของลำดับการทำงานไม่สอดคล้องกับตำแหน่งจริง
โดยทั่วไป PLC สำหรับงานอุตสาหกรรมจะมีเกณฑ์อินพุต การแยกวงจร พิกัดสภาพแวดล้อม พฤติกรรมของวอทช์ด็อก และการทดสอบ EMC ที่ระบุไว้อย่างชัดเจน แต่ก็ไม่ได้หมายความว่าจะป้องกันปัญหาได้ทั้งหมด ตู้ควบคุมยังต้องแยกสายกำลังเชื่อมออกจากสายควบคุมอย่างเหมาะสม ใช้ชีลด์ที่ถูกต้อง ทำบอนดิ้งที่มีอิมพีแดนซ์ต่ำ ใช้อุปกรณ์ป้องกันแรงดันกระชาก ใช้แหล่งจ่ายไฟที่มีการกรอง และวางแผนการต่อลงกราวด์อย่างรอบคอบ
คู่มือวินิจฉัยแหล่งจ่ายไฟ 24 VDC มีความเกี่ยวข้อง เนื่องจากอาการขัดข้องของการเคลื่อนที่ที่ดูเหมือนเกิดจาก “ซอฟต์แวร์” หลายกรณีเริ่มจากแรงดันจ่ายตกหรือแรงดันบนเส้นทางคอมมอนระหว่างเกิดอาร์ก
สิ่งที่โซลูชันไมโครคอนโทรลเลอร์ต้องเพิ่ม
Arduino Mega มีขาลอจิก 5 V และรองรับกระแสต่อขาได้จำกัดตามที่ระบุในข้อมูลจำเพาะอย่างเป็นทางการ ตัวควบคุมสำหรับการผลิตที่ใช้บอร์ดดังกล่าวจำเป็นต้องมี I/O ที่มีการป้องกันและแยกวงจร การแปลงกำลังไฟที่เหมาะสม การกำกับดูแลด้วยวอทช์ด็อก การจัดการภาวะแรงดันตก การใช้คอนเน็กเตอร์สำหรับงานอุตสาหกรรม การออกแบบชีลด์และตู้ รวมถึงสถานะเริ่มต้นที่ผ่านการตรวจสอบแล้ว
นอกจากนี้ยังต้องมีตัวจัดตารางการเคลื่อนที่แบบไม่บล็อก การเขียนโค้ดสร้างพัลส์โดยอาศัยคำสั่งหน่วงเวลาอาจทำให้แกนอื่น ระบบวินิจฉัย และการจัดการสถานะที่เกี่ยวข้องกับความปลอดภัยไม่สามารถทำงานตามช่วงเวลาที่กำหนดได้อย่างแน่นอน เมื่อมีหลายแกนเคลื่อนที่พร้อมกัน จำเป็นต้องใช้ตัวตั้งเวลาในฮาร์ดแวร์ ไลบรารีการเคลื่อนที่ หรือสถาปัตยกรรมแบบเรียลไทม์
จุดที่ PLC คุ้มค่ากับต้นทุน
โดยทั่วไป PLC ช่วยให้ช่างเทคนิคในโรงงานวินิจฉัย สำรองข้อมูล เปลี่ยนทดแทน และผสานการทำงานกับอินเตอร์ล็อกและ HMI ได้ง่ายกว่า การดูสถานะออนไลน์ การเดินสายตามมาตรฐาน สัญญาณเตือนที่คงอยู่ และเครื่องมือเขียนโปรแกรมที่ผู้ผลิตรองรับ ช่วยลดเวลาในการกู้คืนระบบ สำหรับแกนแบบจุดต่อจุดที่ไม่ซับซ้อน เอาต์พุตพัลส์ในตัวอาจเพียงพอ
ข้อจำกัดจะปรากฏเมื่อกระบวนการต้องการการอินเตอร์โพเลชันแบบประสานกัน ความแม่นยำของเส้นทาง การอัปเดตด้วยอัตราสูง หรือการควบคุมตำแหน่งแบบวงปิด ในกรณีนี้ โมดูลการเคลื่อนที่ ตัวควบคุมการเคลื่อนที่สำหรับงานอุตสาหกรรม หรือระบบเซอร์โว อาจเหมาะสมกว่าลอจิกแลดเดอร์ทั่วไปหรือการสร้างพัลส์ระดับงานอดิเรก
การควบคุมสเต็ปเปอร์แบบวงเปิดต้องมีกลยุทธ์ด้านตำแหน่ง
การนับพัลส์ที่สั่งไม่ได้ยืนยันว่าแกนเคลื่อนที่จริง แรงต้านจากสายอาร์ก การติดขัดทางกล ขีดจำกัดการเร่ง และแรงดันตก อาจทำให้เกิดการพลาดสเต็ป ควรกำหนดขั้นตอนโฮมมิง การป้องกันด้วยลิมิต การตรวจจับความคลาดเคลื่อนของการติดตามเมื่อมีฟีดแบ็ก และวิธีกู้คืนที่ไม่สมมติว่าพิกัดภายในยังถูกต้อง
สำหรับคุณภาพของเส้นทางเชื่อม ควรกำหนดความสามารถในการทำซ้ำ ความคงที่ของความเร็ว พฤติกรรมขณะเข้าโค้ง และการซิงโครไนซ์กับการเปิดใช้งานอาร์ก การทดสอบเดินเครื่องเปล่าโดยยังไม่จ่ายพลังงานให้เครื่องเชื่อมถือเป็นเพียงการทดสอบขั้นแรกเท่านั้น
ความปลอดภัยต้องเป็นอิสระจากตัวควบคุมที่เลือกใช้เพื่อความสะดวก
การหยุดฉุกเฉิน การอินเตอร์ล็อกประตูนิรภัย และการควบคุมพลังงานอันตราย ต้องใช้ฟังก์ชันความปลอดภัยที่ผ่านการออกแบบทางวิศวกรรม โดยใช้อุปกรณ์ที่เหมาะสมและผ่านการตรวจรับรอง ไม่ควรถือว่าเอาต์พุตของ Arduino หรือรางแลดเดอร์มาตรฐานเป็นการหยุดที่ได้รับการจัดระดับความปลอดภัย เว้นแต่สถาปัตยกรรมทั้งหมดจะได้รับการออกแบบและรับรองสำหรับหน้าที่ดังกล่าว
PLC หรือไมโครคอนโทรลเลอร์อาจประสานคำขอหยุดได้ แต่สถานะของคอนแทคเตอร์ ระบบ safe-torque-off ของไดรฟ์ เบรก และระบบนิวแมติก ต้องสอดคล้องกับการประเมินความเสี่ยง
ทดสอบเดินเครื่องภายใต้สภาวะอาร์กจริง
เริ่มจากตรวจสอบกระแสมอเตอร์ การตั้งค่าไมโครสเต็ป ขั้วพัลส์ สวิตช์ลิมิต และระบบหยุดปลอดภัยอิสระ ทดสอบแต่ละแกนที่อัตราพัลส์สูงสุดที่สั่งได้ จากนั้นจึงเพิ่มการเคลื่อนที่พร้อมกันหลายแกน ตรวจสอบรางจ่ายไฟและสัญญาณควบคุมระหว่างการจุดอาร์ก การเชื่อมต่อเนื่อง และการดับอาร์ก
ตัดและจ่ายไฟใหม่ที่จุดต่าง ๆ ของลำดับการทำงานหลายตำแหน่ง ถอดฟีดแบ็กออก จำลองสัญญาณเตือนของไดรฟ์ และตรวจสอบพฤติกรรมขณะเริ่มทำงานใหม่ ขั้นตอนการคอมมิชชัน Micro800 เป็นแนวทางที่มีประโยชน์สำหรับการพิสูจน์ I/O อย่างเป็นระบบ แม้จะใช้ตัวควบคุมตระกูลอื่นก็ตาม
มุมมองด้านบรรณาธิการ: เปรียบเทียบวิศวกรรมตลอดอายุการใช้งาน ไม่ใช่ราคาแผงวงจร
PLC ProTech แนะนำให้ใช้อุตสาหกรรม PLC หรือตัวควบคุมการเคลื่อนที่สำหรับอุปกรณ์เชื่อมที่ใช้ในการผลิต เว้นแต่องค์กรจะพร้อมออกแบบ ทดสอบ จัดทำเอกสาร และสนับสนุนผลิตภัณฑ์ควบคุมที่ใช้ไมโครคอนโทรลเลอร์อย่างครบถ้วน บอร์ดพัฒนาสามารถเหมาะอย่างยิ่งสำหรับการพิสูจน์แนวคิดและอัลกอริทึมเฉพาะทาง แต่ราคาซื้อที่ต่ำไม่ได้รวมอินเทอร์เฟซสำหรับงานอุตสาหกรรมที่จำเป็นโดยรอบ
แพลตฟอร์มที่ชนะคือแพลตฟอร์มที่รักษาตำแหน่งได้ ทำงานเมื่อเกิดความขัดข้องอย่างคาดการณ์ได้ และสามารถซ่อมแซมโดยทีมงานที่รับผิดชอบเครื่องจักร
คำถามที่พบบ่อย
PLC ขับมอเตอร์สเต็ปเปอร์โดยตรงได้หรือไม่
เอาต์พุตพัลส์แบบทรานซิสเตอร์ที่เหมาะสมสามารถสั่งงานไดรฟ์สเต็ปเปอร์ที่เข้ากันได้ แต่ PLC ไม่ได้จ่ายกำลังให้เฟสมอเตอร์โดยตรง ต้องตรวจสอบแรงดัน กระแส ขั้ว ความถี่พัลส์ และการแยกวงจร
เหตุใดการเคลื่อนที่จึงล้มเหลวเฉพาะเมื่อเริ่มจุดอาร์กเชื่อม
เหตุการณ์อาร์กอาจฉีดสัญญาณรบกวนที่นำผ่านสายและแผ่กระจาย รบกวนเส้นทางคอมมอน หรือทำให้แหล่งจ่ายไฟควบคุมตก ตรวจสอบบอนดิ้ง ชีลด์ การแยกสาย คุณภาพไฟฟ้า และความสมบูรณ์ของสัญญาณก่อนเปลี่ยนโค้ด
Arduino ไม่เหมาะกับเครื่องจักรอุตสาหกรรมทุกประเภทหรือไม่
ไม่ใช่ แต่บอร์ดพัฒนาเพียงอย่างเดียวไม่ใช่ระบบควบคุมอุตสาหกรรม การออกแบบสำหรับการผลิตต้องมีอินเทอร์เฟซที่มีการป้องกัน การตรวจสอบ EMC และสภาพแวดล้อม วอทช์ด็อก เอกสาร และชุดติดตั้งที่บำรุงรักษาได้
ควรเปลี่ยนจากสเต็ปเปอร์เป็นเซอร์โวเมื่อใด
ควรพิจารณาใช้เซอร์โวเมื่อแอปพลิเคชันต้องการการยืนยันตำแหน่ง การตอบสนองเชิงพลวัตสูง การอินเตอร์โพเลชันแบบประสานกัน การควบคุมแรงบิด หรือการตรวจจับความคลาดเคลื่อนของการติดตามที่เชื่อถือได้