การตั้งค่าควบคุมการเคลื่อนที่แกนเดี่ยวด้วยเซอร์โวไดรฟ์ CMZ

การควบคุมการเคลื่อนที่ยังคงเป็นแกนหลักของระบบอัตโนมัติสมัยใหม่

การควบคุมการเคลื่อนที่อย่างแม่นยำกลายเป็นขีดความสามารถสำคัญของระบบการผลิตขั้นสูง ตั้งแต่สายการบรรจุและการขนถ่ายเซมิคอนดักเตอร์ ไปจนถึงเซลล์ประกอบด้วยหุ่นยนต์ ปัจจุบันแกนที่ขับเคลื่อนด้วยเซอร์โวต้องสามารถกำหนดตำแหน่งซ้ำได้อย่างสม่ำเสมอ พร้อมการตอบสนองในระดับมิลลิวินาที

แม้ว่าวิศวกรระบบอัตโนมัติจำนวนมากจะมุ่งเน้นที่ลอจิก PLC และการเชื่อมต่อเครือข่าย แต่การควบคุมการเคลื่อนที่ที่ประสบความสำเร็จเริ่มต้นเร็วกว่านั้นมาก ด้วยการทดสอบเดินระบบไดรฟ์ มอเตอร์ และแกนกลไกอย่างเหมาะสม การกำหนดสเกลหรือการตั้งค่าการโฮมที่ไม่ถูกต้องอาจนำไปสู่ข้อผิดพลาดด้านตำแหน่งหรือการชนอย่างรุนแรงได้อย่างรวดเร็ว

โปรเจกต์นี้สาธิตวิธีทดสอบเดินระบบแพลตฟอร์มการเคลื่อนที่แบบแกนเดียวโดยใช้เซอร์โวไดรฟ์ CMZ Sistemi Elettronici SBD และเครื่องมือตั้งค่าภายในตัว ก่อนเริ่มเขียนโปรแกรม PLC

การสร้างแกนกลไกก่อนซอฟต์แวร์มีความสำคัญ

ทุกโปรเจกต์ด้านการเคลื่อนที่เริ่มต้นจากระบบกลไก ในชุดนี้ แกนเชิงเส้นใช้ชุดบอลสกรูที่มีระยะเคลื่อนที่ประมาณ 8.5 มม. ต่อการหมุนของมอเตอร์หนึ่งรอบ และมีระยะชักใช้งานประมาณ 450 มม.

ขนาดของแท่นเลื่อนและรูปทรงเรขาคณิตของระยะเคลื่อนที่มีความสำคัญอย่างยิ่ง เนื่องจากระบบเซอร์โวไม่ได้เข้าใจขีดจำกัดทางกายภาพโดยอัตโนมัติ วิศวกรจึงต้องกำหนดขอบเขตเหล่านั้นอย่างรอบคอบระหว่างการตั้งค่า

ต้องตรวจสอบช่วงการเคลื่อนที่ทางกายภาพของแกนทุกครั้งก่อนเปิดใช้งานลำดับการเคลื่อนที่อัตโนมัติ

เหตุใดการวัดระบบกลไกจึงมีความสำคัญ

หนึ่งในขั้นตอนการทดสอบเดินระบบที่มักถูกมองข้ามมากที่สุดคือการตรวจสอบระยะเคลื่อนที่ต่อการหมุนหนึ่งรอบ วิศวกรด้านการเคลื่อนที่มักสมมติค่าการสเกลจากเอกสารโดยไม่ยืนยันอัตราทดของระบบส่งกำลังจริง

การถอดมอเตอร์ออกแล้วหมุนบอลสกรูด้วยมือให้ครบหนึ่งรอบเป็นวิธีที่เชื่อถือได้ในการกำหนดระยะเคลื่อนที่จริง การวัดนี้จะมีความสำคัญในภายหลังระหว่างการสเกลแกน

ระบบเซอร์โวมีมากกว่ามอเตอร์เพียงอย่างเดียว

แพลตฟอร์มการเคลื่อนที่ CMZ ประกอบด้วยองค์ประกอบสำคัญสามส่วน ได้แก่ เซอร์โวไดรฟ์ SBD เซอร์โวมอเตอร์พร้อมสัญญาณป้อนกลับจากเอ็นโค้ดเดอร์ และสายไฟกำลังกับสายสัญญาณป้อนกลับโดยเฉพาะ

ไดรฟ์ทำงานด้วยแหล่งจ่ายไฟ 230 VAC แบบเฟสเดียว และมีอินพุตดิจิทัลที่กำหนดค่าได้สำหรับการโฮมและการเชื่อมต่อระบบความปลอดภัย ระหว่างการทดสอบ ช่อง STO (Safe Torque Off) ถูกต่อบริดจ์เข้ากับ 24 VDC โดยตรง อย่างไรก็ตาม ในระบบการผลิตจริงโดยปกติจะเชื่อมต่อวงจรหยุดฉุกเฉินและมาตรการลดความเสี่ยงของเครื่องจักร

สายสัญญาณป้อนกลับของเซอร์โวและการสื่อสารกับเอ็นโค้ดเดอร์มีความสำคัญต่อการรักษาความแม่นยำของตำแหน่งแบบวงรอบปิด

สถาปัตยกรรมความปลอดภัยไม่ควรถูกมองเป็นเรื่องภายหลัง

ระบบเซอร์โวสามารถสร้างความเร่งสูงและการตอบสนองแรงบิดที่รวดเร็วได้ แม้ในการใช้งานขนาดเล็กบนโต๊ะทดสอบ ดังนั้นฟังก์ชัน STO จึงไม่ใช่เพียงข้อกำหนดด้านกฎระเบียบที่ต้องทำให้ครบเท่านั้น แต่เป็นชั้นความปลอดภัยที่สำคัญของเครื่องจักร

แพลตฟอร์มการเคลื่อนที่ในอุตสาหกรรมจำนวนมากผสานฟังก์ชัน STO เข้ากับสถาปัตยกรรมความปลอดภัยที่กว้างขึ้น พร้อมด้วย โมดูลความปลอดภัยสำหรับอุตสาหกรรม และอินเตอร์ล็อกเครื่องจักรแบบกระจาย

ซอฟต์แวร์ทดสอบเดินระบบช่วยให้การกำหนดค่าแกนง่ายขึ้น

CMZ ใช้สภาพแวดล้อม SDSetup สำหรับการกำหนดค่าเซอร์โว การวินิจฉัย และการเขียนโปรแกรม PLC ภายในตัว ซึ่งแตกต่างจากไดรฟ์ระดับเริ่มต้นหลายรุ่น แพลตฟอร์ม SBD ช่วยให้วิศวกรสามารถเรียกใช้โปรแกรม Structured Text ได้โดยตรงภายในตัวไดรฟ์

การสื่อสารระหว่างการทดสอบเดินระบบทำผ่านอินเทอร์เฟซ micro USB แบบง่าย ๆ จึงไม่จำเป็นต้องเชื่อมต่อ EtherCAT หรือ PLC ในทันที

การทดสอบเดินระบบผ่าน USB เป็นวิธีที่รวดเร็วในการตรวจสอบการทำงานของไดรฟ์ก่อนเริ่มเชื่อมต่อเครือข่าย

การตรวจสอบสถานะทางไฟฟ้าก่อนทดสอบการเคลื่อนที่

ก่อนสั่งการเคลื่อนที่ วิศวกรควรยืนยันค่าทางแรงดันบัส สถานะ STO และการทำงานของอินพุตดิจิทัลภายในสภาพแวดล้อมซอฟต์แวร์ ไฟแสดงสถานะ STO ที่ทำงานปกติและสัญญาณสวิตช์โฮมที่ตอบสนองยืนยันได้ว่าทั้งระบบความปลอดภัยและระบบ I/O พร้อมใช้งาน

ขั้นตอนการตรวจสอบเหล่านี้อาจดูเรียบง่าย แต่บ่อยครั้งสามารถเปิดเผยข้อผิดพลาดด้านขั้วสายไฟหรือปัญหาการต่อลงกราวด์ได้ก่อนดำเนินการคำสั่งเคลื่อนที่ครั้งแรก

การวินิจฉัยของไดรฟ์ช่วยให้มองเห็นสถานะความปลอดภัยและการสื่อสารได้ทันทีระหว่างการเริ่มต้นระบบ

การสเกลแกนเป็นตัวกำหนดความแม่นยำของการเคลื่อนที่จริง

ส่วน Axis Scaling ถือเป็นขั้นตอนที่สำคัญที่สุดขั้นตอนหนึ่งของการทดสอบเดินระบบ การกำหนดค่านี้ระบุว่าอินครีเมนต์จากเอ็นโค้ดเดอร์จะแปลงเป็นระยะเคลื่อนที่ทางกายภาพอย่างไร

ในตัวอย่างของ CMZ ใช้ค่าเริ่มต้น 8000 อินครีเมนต์ต่อรอบสำหรับการทดสอบ วิศวกรสามารถสั่งการเคลื่อนที่แบบสัมพัทธ์และตรวจสอบว่าระยะเคลื่อนที่จริงตรงกับการเคลื่อนที่ทางกลที่คาดไว้หรือไม่

ค่าการสเกลที่ไม่ถูกต้องอาจทำให้เกิดข้อผิดพลาดด้านตำแหน่งมากพอที่จะสร้างความเสียหายแก่แกนเชิงเส้น

กลยุทธ์การโฮมเป็นตัวกำหนดความเสถียรของจุดอ้างอิง

การกำหนดค่าการโฮมจะสร้างจุดกำเนิดอ้างอิงสำหรับคำสั่งการเคลื่อนที่ทั้งหมดในอนาคต ในโปรเจกต์นี้ วิธีการโฮม -27 จะเคลื่อนที่เข้าหาสวิตช์ จากนั้นถอยกลับอย่างช้า ๆ จนสวิตช์ปล่อยตัว และกำหนดตำแหน่งปัจจุบันเป็นศูนย์

กลยุทธ์นี้ช่วยเพิ่มความสามารถในการทำซ้ำ เนื่องจากจุดอ้างอิงถูกกำหนดระหว่างการปล่อยสวิตช์ แทนที่จะกำหนดจากการกระแทกสวิตช์

การกำหนดค่าการโฮมอย่างเหมาะสมช่วยป้องกันการคลาดเคลื่อนของตำแหน่งที่สะสมระหว่างรอบการเคลื่อนที่ซ้ำ ๆ

เซอร์โวไดรฟ์กำลังกลายเป็นตัวควบคุมการเคลื่อนที่แบบครบวงจร

แนวโน้มสำคัญประการหนึ่งในระบบอัตโนมัติอุตสาหกรรมคือความชาญฉลาดที่เพิ่มขึ้นภายในตัวเซอร์โวไดรฟ์เอง แพลตฟอร์มการเคลื่อนที่สมัยใหม่ผสานการควบคุมการเคลื่อนที่ การวินิจฉัย ระบบความปลอดภัย และฟังก์ชัน PLC ภายในตัวไว้ในอุปกรณ์เดียวมากขึ้นเรื่อย ๆ

การเปลี่ยนแปลงนี้ช่วยลดความซับซ้อนของตู้ควบคุมและเปิดทางให้สถาปัตยกรรมขนาดกะทัดรัดสำหรับเครื่องจักรขนาดเล็ก วิศวกรที่ประเมินแพลตฟอร์มการเคลื่อนที่ในอนาคตจึงเปรียบเทียบความสามารถด้านลอจิกภายในตัวควบคู่ไปกับประสิทธิภาพด้านแรงบิดและความเร็วมากขึ้น

การใช้งานที่เกี่ยวข้องกับการบรรจุ ระบบจัดตำแหน่ง และเซลล์ระบบอัตโนมัติขนาดกะทัดรัดพึ่งพาโซลูชันการเคลื่อนที่แบบผสานรวมมากขึ้น ซึ่งคล้ายกับโซลูชันที่พบในระบบเซอร์โวไดรฟ์สมัยใหม่

มุมมองทางวิศวกรรม

บทเรียนที่มีค่าที่สุดจากกระบวนการทดสอบเดินระบบนี้คือ ความน่าเชื่อถือของการเคลื่อนที่ถูกสร้างขึ้นตั้งแต่ก่อนเริ่มการผลิตเป็นเวลานาน วิศวกรที่ละเลยการตรวจสอบการสเกลอย่างละเอียดหรือการกำหนดลอจิกการโฮมอย่างเหมาะสม มักต้องใช้เวลาแก้ไขปัญหาความไม่เสถียรในภายหลังมากกว่าหลายเท่า

จากมุมมองด้านการบูรณาการระบบ การทดสอบเดินระบบเซอร์โวควรดำเนินการอย่างมีวินัยเช่นเดียวกับการออกแบบสถาปัตยกรรมเครือข่ายหรือการตรวจสอบ PLC ระบบกลไกที่แม่นยำและการกำหนดค่าซอฟต์แวร์ที่ถูกต้องต้องทำงานร่วมกันเป็นระบบเดียว

ผู้เขียน: Marcus Ellison | นักวิเคราะห์ระบบการเคลื่อนที่

Marcus Ellison มีประสบการณ์มากกว่า 12 ปีในด้านระบบอัตโนมัติอุตสาหกรรมและการบูรณาการระบบเซอร์โวและการเคลื่อนที่ ประสบการณ์ของเขาครอบคลุมโปรเจกต์ทดสอบเดินระบบที่เกี่ยวข้องกับแพลตฟอร์มการเคลื่อนที่ของ Siemens ระบบ Beckhoff EtherCAT และสถาปัตยกรรมเซอร์โวของ Rockwell ในโรงงานด้านการบรรจุ การขนถ่ายวัสดุ และการผลิตแบบกระบวนการ