การควบคุมการเคลื่อนที่ยังคงเป็นหัวใจสำคัญของระบบอัตโนมัติสมัยใหม่

การควบคุมการเคลื่อนที่อย่างแม่นยำได้กลายเป็นความสามารถที่กำหนดศักยภาพของระบบการผลิตขั้นสูง ตั้งแต่สายการบรรจุหีบห่อและการจัดการเซมิคอนดักเตอร์ ไปจนถึงเซลล์ประกอบชิ้นงานด้วยหุ่นยนต์ ปัจจุบันแกนที่ขับเคลื่อนด้วยเซอร์โวได้รับการคาดหวังให้สามารถกำหนดตำแหน่งซ้ำได้อย่างแม่นยำ พร้อมการตอบสนองในระดับมิลลิวินาที

แม้ว่าวิศวกรระบบอัตโนมัติจำนวนมากจะให้ความสำคัญกับลอจิก PLC และการผสานรวมเครือข่าย แต่การควบคุมการเคลื่อนที่ที่ประสบความสำเร็จเริ่มต้นเร็วกว่านั้นมาก ด้วยการทดสอบเดินระบบไดรฟ์ มอเตอร์ และแกนกลไกอย่างเหมาะสม การกำหนดสเกลหรือการตั้งค่าการโฮมที่ไม่ถูกต้องอาจนำไปสู่ข้อผิดพลาดในการกำหนดตำแหน่งหรือการชนอย่างรุนแรงได้อย่างรวดเร็ว

โปรเจกต์นี้สาธิตวิธีทดสอบเดินระบบแพลตฟอร์มการเคลื่อนที่แบบแกนเดียวโดยใช้เซอร์โวไดรฟ์ SBD จาก CMZ Sistemi Elettronici และเครื่องมือตั้งค่าบนตัวอุปกรณ์ ก่อนเริ่มเขียนโปรแกรม PLC

การสร้างแกนกลไกก่อนเริ่มจัดการซอฟต์แวร์

ทุกโปรเจกต์ด้านการเคลื่อนที่เริ่มต้นจากระบบกลไก ในการติดตั้งนี้ แกนเชิงเส้นใช้ชุดบอลสกรูที่มีระยะเคลื่อนที่ประมาณ 8.5 มม. ต่อการหมุนของมอเตอร์หนึ่งรอบ และมีระยะชักใช้งานประมาณ 450 มม.

ขนาดของแท่นเลื่อนและรูปทรงเรขาคณิตของระยะเคลื่อนที่มีความสำคัญอย่างยิ่ง เนื่องจากระบบเซอร์โวไม่สามารถเข้าใจขีดจำกัดทางกายภาพได้โดยอัตโนมัติ วิศวกรจึงต้องกำหนดขอบเขตเหล่านี้อย่างรอบคอบระหว่างการตั้งค่า

ต้องตรวจสอบช่วงการเคลื่อนที่ทางกายภาพของแกนทุกครั้งก่อนเปิดใช้งานลำดับการเคลื่อนที่อัตโนมัติ

เหตุใดการวัดระบบกลไกจึงมีความสำคัญ

หนึ่งในขั้นตอนการทดสอบเดินระบบที่มักถูกมองข้ามมากที่สุดคือการตรวจสอบระยะเคลื่อนที่ต่อการหมุนหนึ่งรอบ วิศวกรระบบการเคลื่อนที่มักสมมติค่าการสเกลจากเอกสารโดยไม่ยืนยันอัตราทดของระบบส่งกำลังจริง

การถอดมอเตอร์ออกแล้วหมุนบอลสกรูด้วยมือครบหนึ่งรอบช่วยให้ได้ค่าพื้นฐานที่เชื่อถือได้สำหรับกำหนดระยะเคลื่อนที่จริง การวัดนี้จะมีความสำคัญอย่างยิ่งในภายหลังระหว่างการสเกลแกน

ระบบเซอร์โวมีมากกว่ามอเตอร์เพียงอย่างเดียว

แพลตฟอร์มการเคลื่อนที่ของ CMZ ประกอบด้วยส่วนสำคัญสามส่วน ได้แก่ เซอร์โวไดรฟ์ SBD เซอร์โวมอเตอร์พร้อมสัญญาณป้อนกลับจากเอ็นโคเดอร์ และสายไฟเลี้ยงกับสายสัญญาณป้อนกลับโดยเฉพาะ

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

สายสัญญาณป้อนกลับของเซอร์โวและการสื่อสารกับเอ็นโคเดอร์มีความสำคัญต่อการรักษาความแม่นยำของการกำหนดตำแหน่งแบบวงรอบปิด

ไม่ควรมองข้ามสถาปัตยกรรมความปลอดภัย

ระบบเซอร์โวสามารถสร้างความเร่งสูงและการตอบสนองแรงบิดอย่างรวดเร็วได้ แม้ในการใช้งานบนโต๊ะทดสอบขนาดเล็ก ดังนั้นฟังก์ชัน STO จึงไม่ใช่เพียงข้อกำหนดเพื่อให้ผ่านมาตรฐานเท่านั้น แต่ยังเป็นชั้นความปลอดภัยที่สำคัญของเครื่องจักร

แพลตฟอร์มการเคลื่อนที่ในอุตสาหกรรมจำนวนมากผสานฟังก์ชัน STO เข้ากับสถาปัตยกรรมความปลอดภัยที่ครอบคลุมยิ่งขึ้น พร้อมด้วยโมดูลความปลอดภัยสำหรับอุตสาหกรรมและอินเตอร์ล็อกเครื่องจักรแบบกระจาย

ซอฟต์แวร์ทดสอบเดินระบบช่วยให้การกำหนดค่าแกนง่ายขึ้น

CMZ ใช้สภาพแวดล้อม SDSetup สำหรับการกำหนดค่าเซอร์โว การวินิจฉัย และการเขียนโปรแกรม PLC แบบฝังตัว แตกต่างจากไดรฟ์ระดับเริ่มต้นจำนวนมาก แพลตฟอร์ม SBD ช่วยให้วิศวกรสามารถเรียกใช้โปรแกรม Structured Text ได้โดยตรงบนตัวไดรฟ์

การสื่อสารระหว่างการทดสอบเดินระบบทำผ่านอินเทอร์เฟซ micro USB แบบง่าย ซึ่งช่วยลดความจำเป็นในการเชื่อมต่อ EtherCAT หรือ PLC ทันที

การทดสอบเดินระบบผ่าน USB เป็นวิธีที่รวดเร็วในการตรวจสอบการทำงานของไดรฟ์ก่อนเริ่มผสานรวมเครือข่าย

การตรวจสอบสถานะทางไฟฟ้าก่อนทดสอบการเคลื่อนที่

ก่อนสั่งให้เกิดการเคลื่อนที่ วิศวกรควรยืนยันค่าการอ่านแรงดันบัส สถานะ STO และการทำงานของอินพุตดิจิทัลภายในสภาพแวดล้อมซอฟต์แวร์ ไฟแสดงสถานะ STO ที่ทำงานปกติและสัญญาณจากสวิตช์โฮมที่ตอบสนองได้ ยืนยันว่าทั้งระบบความปลอดภัยและระบบ I/O พร้อมทำงาน

ขั้นตอนการตรวจสอบเหล่านี้อาจดูเรียบง่าย แต่บ่อยครั้งสามารถเปิดเผยข้อผิดพลาดเรื่องขั้วสายไฟหรือปัญหาการต่อลงกราวด์ได้ ก่อนที่จะมีการส่งคำสั่งการเคลื่อนที่ครั้งแรก

ระบบวินิจฉัยของไดรฟ์ช่วยให้เห็นสถานะความปลอดภัยและการสื่อสารได้ทันทีระหว่างการเริ่มต้นระบบ

การสเกลแกนเป็นตัวกำหนดความแม่นยำของการเคลื่อนที่จริง

ส่วน Axis Scaling ถือเป็นขั้นตอนที่สำคัญที่สุดขั้นตอนหนึ่งของการทดสอบเดินระบบ การกำหนดค่านี้ระบุว่าอินครีเมนต์จากเอ็นโคเดอร์จะแปลงเป็นระยะเคลื่อนที่ทางกายภาพอย่างไร

ในตัวอย่างของ CMZ ใช้ค่าเริ่มต้น 8000 อินครีเมนต์ต่อรอบสำหรับการทดสอบ วิศวกรสามารถสั่งการเคลื่อนที่แบบสัมพัทธ์และตรวจสอบว่าระยะเคลื่อนที่จริงตรงกับระยะเคลื่อนที่ทางกลที่คาดไว้หรือไม่

ค่าการสเกลที่ไม่ถูกต้องอาจทำให้เกิดข้อผิดพลาดในการกำหนดตำแหน่งมากจนสร้างความเสียหายให้กับแกนเชิงเส้นได้

กลยุทธ์การโฮมเป็นตัวกำหนดความเสถียรของจุดอ้างอิง

การกำหนดค่าการโฮมจะสร้างจุดกำเนิดอ้างอิงสำหรับคำสั่งการเคลื่อนที่ทั้งหมดในอนาคต ในโปรเจกต์นี้ วิธีการโฮม -27 จะเคลื่อนที่เข้าหาสวิตช์ จากนั้นถอยกลับด้วยความเร็วต่ำจนสวิตช์ปลดการทำงาน แล้วกำหนดตำแหน่งปัจจุบันเป็นศูนย์

กลยุทธ์นี้ช่วยเพิ่มความสามารถในการทำซ้ำ เนื่องจากจุดอ้างอิงถูกกำหนดขณะสวิตช์กำลังปลดการทำงาน แทนที่จะกำหนดจากการกระแทกสวิตช์

การกำหนดค่าการโฮมอย่างเหมาะสมช่วยป้องกันการคลาดเคลื่อนของตำแหน่งที่สะสมระหว่างรอบการเคลื่อนที่ซ้ำ ๆ

เซอร์โวไดรฟ์กำลังกลายเป็นตัวควบคุมการเคลื่อนที่ในตัว

แนวโน้มสำคัญประการหนึ่งของระบบอัตโนมัติในอุตสาหกรรมคือความฉลาดที่เพิ่มขึ้นภายในตัวเซอร์โวไดรฟ์เอง แพลตฟอร์มการเคลื่อนที่สมัยใหม่ผสานการควบคุมการเคลื่อนที่ การวินิจฉัย ระบบความปลอดภัย และฟังก์ชัน PLC แบบฝังตัวไว้ในอุปกรณ์เดียวมากขึ้น

การเปลี่ยนแปลงนี้ช่วยลดความซับซ้อนของตู้ควบคุม และทำให้สามารถสร้างสถาปัตยกรรมขนาดกะทัดรัดสำหรับเครื่องจักรขนาดเล็กได้ วิศวกรที่ประเมินแพลตฟอร์มการเคลื่อนที่ในอนาคตจึงเปรียบเทียบความสามารถด้านลอจิกแบบฝังตัวควบคู่ไปกับประสิทธิภาพด้านแรงบิดและความเร็วมากขึ้น

การใช้งานที่เกี่ยวข้องกับการบรรจุหีบห่อ ระบบจัดตำแหน่ง และเซลล์ระบบอัตโนมัติขนาดกะทัดรัด ต่างพึ่งพาโซลูชันการควบคุมการเคลื่อนที่แบบผสานรวมที่คล้ายกับโซลูชันในระบบเซอร์โวไดรฟ์สมัยใหม่มากขึ้น

มุมมองทางวิศวกรรม

บทเรียนที่มีคุณค่าที่สุดจากกระบวนการทดสอบเดินระบบนี้คือ ความน่าเชื่อถือของการเคลื่อนที่ถูกสร้างขึ้นตั้งแต่ก่อนเริ่มการผลิตเป็นเวลานาน วิศวกรที่ข้ามการตรวจสอบการสเกลอย่างละเอียดหรือการกำหนดลอจิกการโฮมที่เหมาะสม มักต้องใช้เวลาแก้ไขปัญหาความไม่เสถียรในภายหลังมากกว่าหลายเท่า

จากมุมมองด้านการผสานรวมระบบ การทดสอบเดินระบบเซอร์โวควรดำเนินการด้วยความรอบคอบในระดับเดียวกับการออกแบบสถาปัตยกรรมเครือข่ายหรือการตรวจสอบ PLC ระบบกลไกที่มีความแม่นยำและการกำหนดค่าซอฟต์แวร์ที่ถูกต้องต้องทำงานร่วมกันเป็นระบบเดียว

ผู้เขียน: Marcus Ellison | นักวิเคราะห์ระบบการเคลื่อนที่

Marcus Ellison มีประสบการณ์มากกว่า 12 ปีในด้านระบบอัตโนมัติในอุตสาหกรรมและการผสานรวมระบบเซอร์โวและการเคลื่อนที่ ประสบการณ์ของเขาครอบคลุมโครงการทดสอบเดินระบบที่ใช้แพลตฟอร์มการเคลื่อนที่ของ Siemens ระบบ Beckhoff EtherCAT และสถาปัตยกรรมเซอร์โวของ Rockwell ในโรงงานด้านการบรรจุหีบห่อ การจัดการวัสดุ และการผลิตแบบกระบวนการ