การเคลื่อนที่ของเซอร์โวแบบซิงโครไนซ์และตรรกะการทดรอบในระบบ PLC

เมื่อการควบคุมการเคลื่อนที่กลายเป็นการประสานงานดิจิทัล

ระบบอัตโนมัติสมัยใหม่ไม่มองมอเตอร์เป็นแอคชูเอเตอร์ที่แยกจากกันอีกต่อไป ปัจจุบันระบบเซอร์โวทำงานเสมือนสิ่งมีชีวิตดิจิทัลที่ประสานงานกัน โดยขับเคลื่อนด้วยตรรกะของ PLC

ในการผลิตขั้นสูง การเคลื่อนที่แบบซิงโครไนซ์กำหนดความแม่นยำของการประกอบ การจัดการด้วยหุ่นยนต์ และสายการบรรจุความเร็วสูง PLC ไม่ได้ตัดสินใจเพียงการเคลื่อนที่เท่านั้น แต่ยังจัดการความสัมพันธ์ด้านเวลาระหว่างแกนต่าง ๆ ด้วย

การซิงโครไนซ์หลายแกนจะเปลี่ยนเซอร์โวไดรฟ์แต่ละตัวให้เป็นระบบการเคลื่อนที่แบบรวมเป็นหนึ่งเดียว

ความแตกต่างที่แท้จริงระหว่างการเคลื่อนที่แบบเฟือง แบบแคม และแบบประสานงาน

การเคลื่อนที่แบบเฟืองทำงานเสมือนชุดเกียร์ดิจิทัล

การซิงโครไนซ์แบบเฟืองจะเชื่อมโยงแกนหลักและแกนรองด้วยอัตราส่วนที่กำหนด แกนหลักกำหนดพฤติกรรมการเคลื่อนที่ ขณะที่แกนรองเลียนแบบตามสัดส่วน

โครงสร้างนี้สร้างการเชื่อมต่อเชิงกลที่คาดการณ์ได้โดยไม่ต้องใช้เฟืองจริง อัตราส่วนจะกำหนดว่าแกนรองจะเร่งเร็วกว่า ช้ากว่า หรือแม้แต่เคลื่อนที่ย้อนกลับ

วิธีนี้เลียนแบบระบบส่งกำลังเชิงกลอย่างใกล้เคียง แต่ทำงานทั้งหมดด้วยซอฟต์แวร์

โปรไฟล์แคมจะกำหนดรูปแบบการเคลื่อนที่ตลอดเวลา

การเคลื่อนที่แบบแคมทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงตามเวลาแทนอัตราส่วนคงที่ แกนรองจะเคลื่อนที่ตามเส้นโค้งที่กำหนด ซึ่งเชื่อมโยงกับตำแหน่งหรือการหมุนของแกนหลัก

วิธีนี้ช่วยให้เกิดรูปแบบการเคลื่อนที่ที่ซับซ้อน เช่น การหยุดค้าง การเร่งความเร็วเป็นช่วง ๆ และการกลับทิศทางภายในหนึ่งรอบการทำงาน

การเคลื่อนที่แบบประสานงานจะบังคับให้ไปถึงพร้อมกัน

การเคลื่อนที่แบบประสานงานช่วยให้แกนทั้งสองไปถึงจุดสิ้นสุดพร้อมกัน PLC จะปรับความเร็วแบบไดนามิกตามระยะทางและตำแหน่งเป้าหมาย

วิธีนี้ใช้กันอย่างแพร่หลายในระบบขนส่งแบบซิงโครไนซ์และหุ่นยนต์จัดการที่มีความแม่นยำสูง

ภายในตรรกะการทดเฟืองของ Allen-Bradley และการควบคุม MAG

ในสภาพแวดล้อม Studio 5000 การซิงโครไนซ์เซอร์โวดำเนินการผ่านคำสั่งการเคลื่อนที่ เช่น MAG และ MAM แกนหลักจะดำเนินการตามคำสั่งการเคลื่อนที่ ขณะที่แกนรองติดตามด้วยอัตราส่วนที่กำหนด

คำสั่ง MAG จะเปิดใช้งานการเชื่อมต่อระหว่างแกน เมื่อเข้าคู่แล้ว พฤติกรรมการเคลื่อนที่จะเชื่อมโยงกันทางคณิตศาสตร์แทนที่จะควบคุมแยกจากกัน

ข้อได้เปรียบสำคัญอยู่ที่การเข้าคู่แบบไดนามิก ระบบสามารถเข้าเกียร์และปลดเกียร์ระหว่างการเคลื่อนที่ได้โดยไม่ต้องหยุดกระบวนการ

การควบคุมอัตราส่วนจะกำหนดความโดดเด่นของการเคลื่อนที่

พารามิเตอร์อัตราส่วนจะกำหนดว่าแกนรองจะติดตามแกนหลักอย่างเข้มงวดเพียงใด อัตราส่วน 1.5 จะเพิ่มความเร็วของตัวตามตามสัดส่วน

ค่าลบจะกลับทิศทาง ทำให้เกิดพฤติกรรมการเคลื่อนที่ย้อนกลับในระบบที่ซิงโครไนซ์

พฤติกรรมของคลัตช์ช่วยให้การเปลี่ยนผ่านทางกลเป็นไปอย่างราบรื่น

ลอจิกคลัตช์ช่วยป้องกันการซิงโครไนซ์ที่ฉับพลัน พารามิเตอร์การเร่งและการชะลอจะควบคุมว่าตัวตามจะเข้าประกบตัวนำได้ราบรื่นเพียงใด

สิ่งนี้ช่วยลดแรงเค้นทางกลและเพิ่มเสถียรภาพของระบบระหว่างการเปลี่ยนแปลงโหลดแบบไดนามิก

การเคลื่อนที่แบบซิงโครไนซ์ถูกใช้งานจริงที่ใดบ้าง

การซิงโครไนซ์เซอร์โวมีบทบาทสำคัญในกระบวนการอุตสาหกรรมที่ต้องการความแม่นยำสูง สายการประกอบยานยนต์พึ่งพาระบบนี้สำหรับงานเชื่อม การจัดตำแหน่ง และการตรวจสอบ

นอกจากนี้ยังมีการใช้งานอย่างแพร่หลายในระบบบรรจุภัณฑ์ ซึ่งความสม่ำเสมอของความเร็วเป็นตัวกำหนดความสมบูรณ์ของผลิตภัณฑ์ แม้การไม่ซิงโครไนซ์เพียงเล็กน้อยก็อาจทำให้เครื่องจักรติดขัดหรือเกิดข้อบกพร่องด้านคุณภาพได้

แพลตฟอร์มการเคลื่อนที่ในอุตสาหกรรมจากระบบนิเวศอย่าง ระบบการเคลื่อนที่และไดรฟ์ของ Allen-Bradley ผสานการทำงานอย่างใกล้ชิดกับลอจิกการซิงโครไนซ์ที่ใช้ PLC

ในสถาปัตยกรรมการเคลื่อนที่ระดับสูง การซิงโครไนซ์ขยายขอบเขตจากมอเตอร์ไปสู่การประสานงานทั้งระบบโดยใช้ แพลตฟอร์มไดรฟ์และการควบคุมการเคลื่อนที่ขั้นสูง.

เหตุใดการซิงโครไนซ์เซอร์โวจึงกำลังเปลี่ยนไปสู่การกำหนดด้วยซอฟต์แวร์

การควบคุมการเคลื่อนที่กำลังเปลี่ยนจากการทดเฟืองด้วยฮาร์ดแวร์ไปสู่การซิงโครไนซ์ที่กำหนดด้วยซอฟต์แวร์ ปัจจุบันโปรแกรม PLC เป็นตัวกำหนดพฤติกรรมเชิงกลแบบเรียลไทม์

สิ่งนี้ช่วยลดการพึ่งพาชุดกลไกเชื่อมโยงและเพิ่มความยืดหยุ่นของระบบ สามารถปรับโครงสร้างสายการผลิตใหม่ได้ด้วยการอัปเดตลอจิก แทนการออกแบบฮาร์ดแวร์ใหม่

ตัวควบคุมที่เอดจ์และเครือข่ายฟิลด์ความเร็วสูงกำลังเร่งการเปลี่ยนแปลงนี้

ข้อสังเกตเชิงวิศวกรรม: ปัจจุบันความแม่นยำอยู่ที่ตัวควบคุม

นวัตกรรมที่แท้จริงของการเคลื่อนที่แบบซิงโครไนซ์ไม่ใช่ตัวเซอร์โวเอง มันคือชั้นการประสานงานแบบกำหนดแน่นอนภายใน PLC

เมื่อความซับซ้อนของการเคลื่อนที่เพิ่มขึ้น ลอจิกควบคุมจะกลายเป็นปัจจัยหลักที่สร้างความแตกต่างด้านประสิทธิภาพของระบบ ปัจจุบันการออกแบบเชิงกลดำเนินตามพฤติกรรมของซอฟต์แวร์ แทนที่จะเป็นในทางกลับกัน

ระบบการผลิตในอนาคตจะถือว่าโปรไฟล์การเคลื่อนที่เป็นทรัพยากรที่ตั้งโปรแกรมได้ แทนที่จะเป็นข้อจำกัดทางวิศวกรรมที่ตายตัว

ผู้เขียน: Michael Turner ผู้รายงานข่าวระบบการเคลื่อนที่ในอุตสาหกรรม | ประสบการณ์ 12 ปี อดีตวิศวกรระบบอัตโนมัติที่มีประสบการณ์ในโครงการของ Siemens, Rockwell Automation และ Beckhoff Automation ครอบคลุมหุ่นยนต์ บรรจุภัณฑ์ และสายการผลิตยานยนต์ มุ่งเน้นระบบเซอร์โวและสถาปัตยกรรมการควบคุมการเคลื่อนที่ของ PLC