PLC hay vi điều khiển để điều khiển chuyển động hàn hồ quang?

Bộ điều khiển để bàn có thể di chuyển chính xác ba trục động cơ bước cho đến khi hồ quang hàn bắt đầu. Khi đó, nhiễu dẫn truyền, nhiễu bức xạ, chênh lệch điện thế đất và các ngõ vào/ra được bảo vệ kém có thể biến một bản trình diễn chuyển động thành một cỗ máy hoạt động không ổn định. Vì vậy, lựa chọn bộ điều khiển không chỉ là xem bo mạch nào có thể tạo xung, mà còn là xem kiến trúc nào có thể chịu được quá trình này.

Cả PLC và vi điều khiển đều có thể điều khiển các bộ truyền động bước-và-hướng. Gánh nặng kỹ thuật được phân bổ khác nhau: PLC cung cấp sẵn các giao diện và chức năng chẩn đoán công nghiệp; thiết kế vi điều khiển phải bổ sung và kiểm định các thành phần đó.

Tín hiệu chuyển động chỉ là một phần của hệ thống

Bộ truyền động động cơ bước thường nhận các tín hiệu xung, hướng và đôi khi là cho phép hoặc đặt lại cảnh báo. Giao diện có thể là vi sai hoặc một đầu, kiểu cấp dòng hoặc kéo dòng, đồng thời có thể yêu cầu điện áp và dòng điện khác với mức mà các chân gốc của bộ điều khiển cung cấp. Không bao giờ mặc định rằng một ngõ ra được ghi là “PWM” tương thích về điện.

Bộ truyền động tách các đầu nối nguồn động cơ khỏi các ngõ vào xung và hướng; cần kiểm tra từng giao diện theo tài liệu hướng dẫn của thiết bị. Hình ảnh thực địa được giữ lại từ bài viết gốc trên phương tiện truyền thông; nguồn: Control.com.

Tài liệu hướng dẫn định vị FX của Mitsubishi Electric mô tả DRVI, DRVA, PLSV và các giới hạn tần số xung đối với những mẫu có ngõ ra transistor được hỗ trợ. PLC có ngõ ra rơ-le không phải là ngõ ra chuyển động dạng chuỗi xung.

Vì sao hồ quang hàn làm thay đổi quyết định chọn bộ điều khiển

Mồi hồ quang và dòng hàn tạo ra các quá độ điện nhanh. Bố trí cáp có thể ghép nhiễu vào đường xung, dây chung của cảm biến, kết nối USB và các đường nguồn. Tín hiệu bước dài, không được che chắn có thể tạo thêm xung đếm; việc bộ điều khiển khởi động lại có thể khiến trạng thái trình tự không còn nhất quán với vị trí thực tế.

PLC công nghiệp thường cung cấp ngưỡng ngõ vào được quy định, khả năng cách ly, cấp bảo vệ môi trường, cơ chế giám sát thời gian và kiểm thử EMC. Tuy nhiên, điều đó không khiến PLC miễn nhiễm. Tủ điện vẫn cần tách biệt nguồn hàn và dây điều khiển, che chắn đúng cách, liên kết trở kháng thấp, triệt xung, nguồn đã lọc và phương án nối đất có chủ đích.

Hướng dẫn chẩn đoán bộ nguồn 24 VDC có liên quan vì nhiều lỗi chuyển động được cho là “do phần mềm” thực chất bắt đầu từ sụt áp nguồn hoặc điện áp trên đường chung trong các sự kiện hồ quang.

Giải pháp vi điều khiển phải bổ sung những gì

Arduino Mega cung cấp các chân logic 5 V và dòng điện giới hạn trên chân, như thông số kỹ thuật chính thức cho thấy. Một bộ điều khiển dùng bo mạch này trong sản xuất cần có ngõ vào/ra được bảo vệ và cách ly, mạch chuyển đổi nguồn phù hợp, giám sát watchdog, xử lý sụt áp, đầu nối công nghiệp, che chắn, thiết kế vỏ và trạng thái khởi động đã được xác minh.

Nó cũng cần một bộ lập lịch chuyển động không chặn. Mã tạo xung dựa trên hàm trễ có thể ngăn các trục khác, chức năng chẩn đoán và việc xử lý trạng thái liên quan đến an toàn chạy theo các khoảng thời gian dự đoán được. Khi nhiều trục chuyển động đồng thời, cần có bộ định thời phần cứng, thư viện chuyển động hoặc kiến trúc thời gian thực.

PLC xứng đáng với chi phí ở đâu

PLC thường dễ hơn cho kỹ thuật viên nhà máy trong việc chẩn đoán, sao lưu, thay thế và tích hợp với các mạch liên động cùng HMI. Trạng thái trực tuyến, hệ thống dây tiêu chuẩn, cảnh báo được lưu giữ và công cụ lập trình do nhà cung cấp hỗ trợ giúp giảm thời gian khôi phục. Đối với các trục định vị điểm-điểm ở mức vừa phải, các ngõ ra xung tích hợp có thể là đủ.

Giới hạn xuất hiện khi quy trình cần nội suy phối hợp, độ chính xác đường bao, tốc độ cập nhật cao hoặc điều khiển vị trí vòng kín. Khi đó, mô-đun chuyển động, bộ điều khiển chuyển động công nghiệp hoặc hệ thống servo có thể phù hợp hơn so với logic thang tổng quát hay tạo xung kiểu thiết bị không chuyên.

Điều khiển động cơ bước vòng hở cần có chiến lược vị trí

Đếm các xung đã ra lệnh không chứng minh rằng trục đã di chuyển. Lực kéo của cáp hồ quang, kẹt cơ khí, giới hạn gia tốc và sụt áp có thể gây mất bước. Hãy thiết lập quy trình về gốc, bảo vệ giới hạn, phát hiện sai số bám khi có phản hồi và phương pháp khôi phục không giả định rằng tọa độ bên trong vẫn chính xác.

Để bảo đảm chất lượng đường hàn, hãy xác định độ lặp lại, độ ổn định tốc độ, đặc tính khi qua góc và khả năng đồng bộ với tín hiệu cho phép hồ quang. Một lần chạy thử thành công khi chưa cấp năng lượng cho máy hàn mới chỉ là phép thử đầu tiên.

An toàn phải độc lập với bộ điều khiển tiện dụng

Dừng khẩn cấp, liên động bảo vệ và kiểm soát năng lượng nguy hiểm cần một chức năng an toàn được thiết kế bài bản, sử dụng các thành phần phù hợp và được thẩm định. Không nên xem một ngõ ra Arduino hay một nhánh lệnh PLC tiêu chuẩn là cơ cấu dừng đạt chuẩn an toàn, trừ khi toàn bộ kiến trúc được thiết kế và chứng nhận cho vai trò đó.

PLC hoặc vi điều khiển có thể phối hợp yêu cầu dừng, nhưng trạng thái của công tắc tơ, chức năng ngắt mô-men an toàn của bộ truyền động, phanh và khí nén phải phù hợp với đánh giá rủi ro.

Chạy thử trong điều kiện hồ quang thực tế

Bắt đầu bằng việc xác minh dòng động cơ, cài đặt vi bước, cực tính xung, công tắc giới hạn và cơ cấu dừng an toàn độc lập. Kiểm tra từng trục ở tốc độ xung được ra lệnh tối đa, sau đó bổ sung chuyển động đồng thời. Quan sát các đường nguồn và tín hiệu điều khiển trong quá trình mồi hồ quang, hàn ổn định và tắt hồ quang.

Ngắt rồi cấp lại nguồn tại nhiều điểm khác nhau trong trình tự, ngắt phản hồi, tạo cảnh báo bộ truyền động và xác minh hành vi khởi động lại. Quy trình đưa Micro800 vào vận hành cung cấp một phương pháp hữu ích để kiểm chứng ngõ vào/ra có kiểm soát, ngay cả khi sử dụng dòng bộ điều khiển khác.

Quan điểm biên tập: hãy so sánh kỹ thuật vòng đời, không chỉ giá bo mạch

PLC ProTech khuyến nghị sử dụng PLC công nghiệp hoặc bộ điều khiển chuyển động cho thiết bị hàn sản xuất, trừ khi tổ chức sẵn sàng thiết kế, kiểm thử, lập tài liệu và hỗ trợ một sản phẩm điều khiển hoàn chỉnh dựa trên vi điều khiển. Bo mạch phát triển có thể rất phù hợp cho bằng chứng khái niệm và các thuật toán chuyên dụng, nhưng mức giá mua thấp của nó không bao gồm các giao diện công nghiệp xung quanh.

Nền tảng phù hợp nhất là nền tảng duy trì được vị trí, chuyển sang trạng thái an toàn theo cách có thể dự đoán và có thể được đội ngũ sở hữu máy sửa chữa.

Câu hỏi thường gặp

PLC có thể điều khiển trực tiếp động cơ bước không?

Ngõ ra xung transistor phù hợp có thể điều khiển một bộ truyền động động cơ bước tương thích; PLC không trực tiếp cấp nguồn cho các pha động cơ. Hãy xác minh điện áp, dòng điện, cực tính, tần số xung và khả năng cách ly.

Vì sao chuyển động chỉ hỏng khi hồ quang hàn bắt đầu?

Các sự kiện hồ quang có thể đưa nhiễu dẫn truyền và nhiễu bức xạ vào hệ thống, làm nhiễu đường chung hoặc gây sụt nguồn điều khiển. Hãy kiểm tra liên kết, che chắn, khoảng cách cáp, chất lượng nguồn và tính toàn vẹn tín hiệu trước khi thay đổi mã.

Arduino có không phù hợp với mọi máy công nghiệp không?

Không, nhưng riêng bo mạch phát triển chưa phải là một hệ thống điều khiển công nghiệp. Thiết kế sản xuất cần các giao diện được bảo vệ, kiểm định EMC và môi trường, watchdog, tài liệu và cách đóng gói có thể bảo trì.

Khi nào nên thay động cơ bước bằng servo?

Hãy cân nhắc servo khi ứng dụng cần xác minh vị trí, đáp ứng động cao, nội suy phối hợp, điều khiển mô-men hoặc phát hiện sai số bám đáng tin cậy.

Biên soạn bởi Đội ngũ biên tập PLC ProTech