การเคลื่อนไหวที่ซิงโครไนซ์สำหรับเซอร์โวและแกนที่ประสานงานใน Rockwell PLCs

การควบคุมการเคลื่อนที่หลายแกนก้าวข้ามการซิงโครไนซ์เซอร์โวแบบดั้งเดิม

ผู้สร้างเครื่องจักรสมัยใหม่คาดหวังให้ระบบเซอร์โวทำได้มากกว่าการกำหนดตำแหน่งแกนเดี่ยว สายการบรรจุ เซลล์หุ่นยนต์ และระบบจัดการวัสดุต่างต้องการการเคลื่อนที่หลายแกนที่ซิงโครไนซ์กันด้วยความแม่นยำสูงขึ้น เส้นทางการเคลื่อนที่ที่ราบรื่นกว่า และการเขียนโปรแกรมที่ง่ายขึ้น

ฟังก์ชันการเคลื่อนที่ประสานของ Rockwell Automation ภายใน Studio 5000 ตอบสนองความต้องการนี้โดยอนุญาตให้เซอร์โวสูงสุดหกแกนเคลื่อนที่ร่วมกันภายในระบบประสานเดียว แตกต่างจากเทคนิคเฟืองหรือแคมแบบดั้งเดิม การเคลื่อนที่ประสานเน้นที่การกำหนดตำแหน่งเชิงพื้นที่และการควบคุมเส้นทางการเคลื่อนที่หลายแกนพร้อมกัน

ความสามารถนี้มีคุณค่าอย่างยิ่งในงานจัดการหุ่นยนต์ แกนกานทรีความเร็วสูง และระบบการผลิตที่ยืดหยุ่นซึ่งคุณภาพการเคลื่อนที่ส่งผลโดยตรงต่ออัตราการผลิตและความสม่ำเสมอของผลิตภัณฑ์

รูปที่ 1. การเคลื่อนที่ประสานช่วยให้ระบบหุ่นยนต์ซิงโครไนซ์ข้อต่อเซอร์โวหลายแกนด้วยการควบคุมตำแหน่งที่ราบรื่น

ทำไมการเคลื่อนที่ประสานจึงแตกต่างจากเฟืองและโปรไฟล์แคม

วิธีการเคลื่อนที่ซิงโครไนซ์แบบดั้งเดิม เช่น เฟืองอิเล็กทรอนิกส์และโปรไฟล์แคม มักจัดการความสัมพันธ์แบบมาสเตอร์-ฟอลโลว์ระหว่างหนึ่งหรือสองแกน การเคลื่อนที่ประสานขยายแนวคิดนี้ไปสู่การควบคุมเส้นทางหลายแกนอย่างเต็มรูปแบบ

ในระบบประสาน แกนทุกแกนจะเคลื่อนที่ไปยังจุดหมายที่กำหนดไว้ในขณะที่รักษาเวลาการมาถึงที่ซิงโครไนซ์กัน ตัวควบคุมจะคำนวณการปรับความเร็วและความเร่งอย่างต่อเนื่องเพื่อให้แกนทั้งหมดเสร็จสิ้นการเคลื่อนที่พร้อมกัน

สถาปัตยกรรมนี้ช่วยให้นักออกแบบเครื่องจักรสร้างการเคลื่อนที่สไตล์หุ่นยนต์โดยไม่ต้องใช้ตัวควบคุมหุ่นยนต์เฉพาะ

พิกัดข้อต่อเทียบกับพิกัดคาร์ทีเซียน

หนึ่งในการตัดสินใจทางวิศวกรรมแรกคือการเลือกโมเดลการเคลื่อนที่ หุ่นยนต์แบบข้อหมุนมักทำงานโดยใช้พิกัดข้อต่อ ซึ่งแต่ละมอเตอร์หมุนอิสระรอบแกนที่กำหนด

อย่างไรก็ตาม ระบบกานทรีและคาร์ทีเซียนหลายระบบทำงานโดยตรงในพิกัด X, Y และ Z ซึ่งช่วยให้การเขียนโปรแกรมง่ายขึ้นเพราะตัวควบคุมคำนวณการเคลื่อนที่เชิงเส้นโดยตรงแทนการแปลงระหว่างพิกัดเครื่องมือและตำแหน่งข้อต่อ

Studio 5000 การเคลื่อนที่ประสานรองรับทั้งสองแนวคิด แม้ว่าระบบคาร์ทีเซียนจะยังคงง่ายต่อการตั้งค่าและแก้ไขปัญหาในระหว่างการติดตั้ง

การสร้างสภาพแวดล้อมการเคลื่อนที่ประสาน

การตั้งค่าระบบการเคลื่อนที่ประสานต้องการการเตรียมการมากกว่าการควบคุมเซอร์โวแกนเดียวแบบมาตรฐาน วิศวกรต้องกำหนดกลุ่มการเคลื่อนที่ กำหนดแกนเซอร์โว และสร้างวัตถุระบบประสานภายใน Studio 5000

ตัวช่วยสร้างระบบประสานอนุญาตให้ตั้งค่ารูปทรงแกน ออฟเซ็ต หน่วยวิศวกรรม และขีดจำกัดการเคลื่อนที่ พารามิเตอร์เหล่านี้กำหนดวิธีที่ตัวควบคุมตีความคำสั่งตำแหน่งทั่วเครือข่ายเซอร์โว

รูปที่ 2. การตั้งค่ากลุ่มการเคลื่อนที่กำหนดความสัมพันธ์แกน รูปทรง และพฤติกรรมระบบประสาน

ผู้ผลิตอุปกรณ์ดั้งเดิมหลายรายผสานการเคลื่อนที่ประสานกับแพลตฟอร์มเซอร์โวขั้นสูงและสถาปัตยกรรม I/O แบบกระจายเพื่อเพิ่มความสามารถในการขยายเครื่องจักร ระบบที่สร้างขึ้นรอบตัวควบคุม Allen-Bradley ControlLogix และ เซอร์โวไดรฟ์ สมัยใหม่ใช้การเคลื่อนที่ประสานมากขึ้นเพื่อทำให้งานหุ่นยนต์และกานทรีง่ายขึ้น

คำสั่งการเคลื่อนที่หลักภายใน Studio 5000

สภาพแวดล้อมการเคลื่อนที่ประสานของ Rockwell อาศัยบล็อกฟังก์ชันเฉพาะหลายตัวที่ออกแบบมาสำหรับการสร้างเส้นทางหลายแกน

การเคลื่อนที่เชิงเส้นด้วย MCLM

คำสั่ง Motion Coordinated Linear Move หรือ MCLM ให้การเคลื่อนที่เป็นเส้นตรงระหว่างตำแหน่งคาร์ทีเซียนที่กำหนด วิศวกรระบุพิกัด X, Y และ Z ขณะที่ตัวควบคุมจะซิงโครไนซ์ความเร็วแกนโดยอัตโนมัติ

คำสั่งนี้เหมาะอย่างยิ่งกับระบบกานทรีที่เครื่องมือต้องเคลื่อนที่อย่างราบรื่นระหว่างตำแหน่งหยิบและวาง

การเคลื่อนที่แบบวงกลมและตามเส้นทาง

คำสั่ง Motion Coordinated Circular Move รองรับเส้นทางโค้งในพื้นที่ 2D และ 3D ขณะที่ Motion Coordinated Path Move ขยายความสามารถโดยรองรับเส้นทางหุ่นยนต์แบบข้อหมุนและโปรไฟล์การเคลื่อนที่ขั้นสูง

ฟังก์ชันเหล่านี้ช่วยให้ผู้สร้างเครื่องจักรสร้างการเคลื่อนที่เครื่องมือที่ราบรื่นขึ้นในขณะลดการเปลี่ยนแปลงความเร่งอย่างฉับพลันซึ่งอาจทำลายระบบกลไก

รูปที่ 3. คำสั่ง MCLM ซิงโครไนซ์แกนเซอร์โวหลายแกนในระหว่างการเคลื่อนที่เชิงเส้นประสาน

จุดที่การเคลื่อนที่ประสานให้คุณค่ามากที่สุด

หนึ่งในแอปพลิเคชันที่แข็งแกร่งที่สุดสำหรับการเคลื่อนที่ประสานคือกานทรีเซอร์โว ในระบบเหล่านี้ แกนตั้งฉากสามแกนทำงานร่วมกันเพื่อกำหนดตำแหน่งเครื่องมือเหนือพื้นที่ทำงานขนาดใหญ่

แตกต่างจากหุ่นยนต์แบบข้อหมุน กานทรีมักทำงานโดยตรงในพื้นที่คาร์ทีเซียน ซึ่งลดความซับซ้อนของการแปลงและทำให้ง่ายต่อการบำรุงรักษา

ผู้ปฏิบัติงานสามารถเคลื่อนแกนด้วยตนเองเพื่อกำหนดตำแหน่ง บันทึกจุดพิกัด และใช้ตำแหน่งเหล่านั้นซ้ำในระหว่างการทำงานอัตโนมัติ ผลลัพธ์คือการเคลื่อนที่ที่ราบรื่นและทำซ้ำได้ทั่วทั้งพื้นที่เครื่องจักร

รูปที่ 4. กานทรีเซอร์โวได้รับประโยชน์จากการเคลื่อนที่ประสานเพราะแกนทั้งหมดมาถึงตำแหน่งเป้าหมายพร้อมกัน

การเคลื่อนที่ประสานยังขยายตัวเข้าสู่หุ่นยนต์ร่วมมือ การประกอบอัตโนมัติ ระบบจัดเรียงพาเลท และอุปกรณ์จัดการวัสดุในอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์

การเปลี่ยนแปลงในอุตสาหกรรมสู่การเคลื่อนที่ที่กำหนดโดยซอฟต์แวร์

อุตสาหกรรมอัตโนมัติในวงกว้างกำลังเคลื่อนตัวออกจากระบบการเคลื่อนที่ที่เน้นฮาร์ดแวร์แยกส่วนไปสู่สถาปัตยกรรมเครื่องจักรที่กำหนดโดยซอฟต์แวร์

แพลตฟอร์ม PLC สมัยใหม่รวมการควบคุมการเคลื่อนที่ การแสดงผล เครือข่าย และความปลอดภัยไว้ในสภาพแวดล้อมวิศวกรรมเดียว ซึ่งช่วยลดความซับซ้อนในการบูรณาการและย่นระยะเวลาการติดตั้ง

ผู้จำหน่ายอย่าง Rockwell, Siemens, Beckhoff และ Mitsubishi Electric ยังคงลงทุนอย่างหนักในเทคโนโลยีการเคลื่อนที่ซิงโครไนซ์เพราะผู้ผลิตต้องการระบบการผลิตที่ยืดหยุ่นซึ่งสามารถปรับเปลี่ยนได้รวดเร็ว

ผู้สร้างเครื่องจักรที่ทำงานกับสถาปัตยกรรมแบบกระจายและระบบอัตโนมัติความเร็วสูงมักจับคู่แพลตฟอร์มการเคลื่อนที่ประสานกับ ระบบ PLC และ PAC ขั้นสูงเพื่อรองรับแอปพลิเคชันการเคลื่อนที่ที่ขยายได้ในหลายเซลล์การผลิต

มุมมองทางวิศวกรรม

การเคลื่อนที่ประสานไม่ได้จำกัดเฉพาะการติดตั้งหุ่นยนต์ขนาดใหญ่เท่านั้น เทคโนโลยีนี้กลายเป็นเรื่องปฏิบัติได้สำหรับโครงการอัตโนมัติในอุตสาหกรรมทั่วไปด้วยโปรเซสเซอร์ PLC ที่เร็วขึ้น เครือข่ายเซอร์โวแบบบูรณาการ และเครื่องมือซอฟต์แวร์ที่ง่ายขึ้น

สำหรับ OEM และผู้รวมระบบ ข้อได้เปรียบที่แท้จริงไม่ใช่แค่การเคลื่อนที่ซิงโครไนซ์ แต่เป็นการลดภาระการเขียนโปรแกรมและพฤติกรรมเครื่องจักรที่คาดการณ์ได้มากขึ้นในระหว่างการทำงานหลายแกนที่ซับซ้อน

เมื่อระบบการผลิตพัฒนาต่อไปสู่ระบบอัตโนมัติแบบโมดูลาร์ การเคลื่อนที่ประสานน่าจะกลายเป็นความคาดหวังมาตรฐานแทนที่จะเป็นฟีเจอร์เฉพาะ

ผู้เขียน: Daniel Mercer | นักวิเคราะห์การควบคุมการเคลื่อนที่อาวุโส

Daniel Mercer มีประสบการณ์มากกว่า 14 ปีในระบบการเคลื่อนที่อุตสาหกรรม การรวม PLC และวิศวกรรมแอปพลิเคชันเซอร์โว เขาได้สนับสนุนโครงการอัตโนมัติที่เกี่ยวข้องกับ Rockwell Automation, Siemens, Beckhoff Automation และ Mitsubishi Electric ในอุตสาหกรรมบรรจุภัณฑ์ หุ่นยนต์ และการจัดการวัสดุ