Logic chuyển động tích hợp đang làm giảm sự phụ thuộc vào PLC bên ngoài

Điều khiển chuyển động công nghiệp đang phát triển vượt ra ngoài các kiến trúc truyền thống lấy PLC làm trung tâm. Các bộ truyền động servo hiện đại ngày càng tích hợp khả năng xử lý trên thiết bị, cho phép kỹ sư thực thi hoàn chỉnh các chuỗi chuyển động trực tiếp bên trong chính bộ truyền động.

Nền tảng CMZ SBD thể hiện rõ quá trình chuyển đổi này. Sau khi chạy thử trục servo, kỹ sư có thể tạo và chạy các chương trình chuyển động bằng văn bản có cấu trúc mà không cần dựa vào bộ điều khiển PLC độc lập.

Đối với các cell tự động hóa nhỏ gọn và các ứng dụng chuyển động chuyên dụng, phương pháp này có thể đơn giản hóa yêu cầu phần cứng đồng thời giảm độ phức tạp khi chạy thử.

Tạo chương trình chuyển động bên trong SDSetup

Quy trình lập trình bắt đầu trong tab Program của môi trường SDSetup. Kỹ sư có thể tạo, chỉnh sửa, biên dịch và tải trực tiếp các chương trình văn bản có cấu trúc vào bộ điều khiển truyền động.

Không giống các hệ thống chuyển động thông thường, trong đó lệnh bắt nguồn từ PLC thông qua mạng EtherCAT hoặc mạng fieldbus, kiến trúc CMZ đặt trực tiếp bộ máy thực thi bên trong bộ truyền động servo.

Lập trình chuyển động tích hợp giúp giảm nhu cầu sử dụng bộ điều khiển chuyển động bên ngoài trong các hệ thống tự động hóa quy mô nhỏ.

Xác định biến trước khi thực thi chuyển động

Giai đoạn phát triển đầu tiên tập trung vào việc khai báo các biến chuyển động như vị trí mục tiêu, tốc độ tìm điểm gốc và tốc độ trục. Các tham số này xác định cách bộ truyền động tương tác với cơ cấu cơ khí thực tế được cấu hình trong quá trình chạy thử.

Trong ví dụ này, khoảng cách chuyển động được tính từ số gia encoder, số vòng quay của động cơ và bước vít me bi. Việc thiết lập tỷ lệ chính xác là yếu tố thiết yếu, vì các giá trị không phù hợp có thể khiến bàn trượt vượt quá giới hạn hành trình vật lý.

Các biến chuyển động thiết lập mối quan hệ giữa số đếm của encoder và hành trình thực tế của trục.

Hiểu rõ logic tìm điểm gốc là yếu tố then chốt để chuyển động an toàn

Các quy trình tìm điểm gốc xác định vị trí tham chiếu của máy, được sử dụng cho mọi lệnh chuyển động tiếp theo. Nền tảng CMZ SBD cung cấp nhiều chiến lược tìm điểm gốc, tùy thuộc vào các cảm biến sẵn có và kiến trúc máy.

Một số phương pháp dựa vào các công tắc home vật lý, trong khi những phương pháp khác tham chiếu các dấu chỉ mục của encoder hoặc các giá trị bù được xác định bằng phần mềm. Một số chế độ cũng duy trì các giá trị bù vị trí sau khi tắt rồi bật lại nguồn.

Vì sao việc lựa chọn chế độ chạy về gốc ảnh hưởng trực tiếp đến an toàn máy

Một trong những yếu tố kỹ thuật quan trọng nhất là tránh các tham chiếu không chính xác về điểm 0. Nếu bộ điều khiển xác định sai vị trí hiện tại là 0, lệnh chuyển động tiếp theo có thể vượt quá giới hạn hành trình thực tế của phần cứng.

Rủi ro đó đặc biệt nguy hiểm trong các ứng dụng servo tốc độ cao, nơi gia tốc nhanh có thể làm hỏng khớp nối, vít me bi hoặc thanh dẫn hướng tuyến tính chỉ trong vài mili giây.

Nhiều OEM công nghiệp tích hợp logic chuyển động với các nền tảng PLC và PAC tập trung để điều phối an toàn trục, liên động và đồng bộ hóa giữa nhiều kênh chuyển động.

Luồng chương trình sử dụng thực thi chuyển động theo từng bước

Logic chính của ứng dụng dựa trên cấu trúc trạng thái điều khiển theo chuỗi, sử dụng biến iStep. Cách tiếp cận này được sử dụng rộng rãi trong tự động hóa công nghiệp vì tạo ra các chuyển tiếp có thể dự đoán giữa các trạng thái vận hành.

Sau khi khởi tạo, bộ điều khiển servo trước tiên thực hiện một chu kỳ chạy về gốc. Khi chạy về gốc hoàn tất thành công, trục liên tục luân phiên giữa các vị trí đích được xác định trước.

Các quy trình khởi tạo xác minh bộ điều khiển đã sẵn sàng trước khi bắt đầu bất kỳ chuỗi chuyển động nào.

Các hàm chuyển động xử lý chu kỳ liên tục của trục

Sau khi quy trình chạy về gốc thiết lập vị trí tham chiếu hợp lệ, chương trình liên tục gọi các hàm chuyển động để luân phiên giữa các vị trí đích Move1 và Move2.

Cấu trúc này tạo ra một mô hình chuyển động tuần hoàn liên tục, thường được sử dụng trong các trạm định vị, thiết bị gắp và đặt, cũng như các hệ thống xử lý lặp lại.

Điều khiển chuyển động theo từng bước giúp đơn giản hóa các ứng dụng định vị lặp lại trong máy móc công nghiệp.

Xử lý ngoại lệ giúp nâng cao độ ổn định vận hành

Ngay cả các hệ thống chuyển động đơn giản cũng cần cơ chế quản lý ngoại lệ mạnh mẽ. Ví dụ CMZ bao gồm logic chuyên dụng để phát hiện lỗi, xử lý điều kiện dừng và giám sát hoạt động.

Mặc dù các quy trình này có vẻ chỉ mang tính thứ yếu trong quá trình kiểm thử trên bàn thử, chúng lại trở nên cực kỳ quan trọng trong môi trường sản xuất, nơi có thể xảy ra kẹt cơ khí, lỗi bộ mã hóa hoặc thao tác bất ngờ của người vận hành.

Các quy trình quản lý ngoại lệ giúp ngăn chuyển động không kiểm soát trong điều kiện vận hành bất thường.

Biên dịch và tải mã trực tiếp vào bộ truyền động

Sau khi hoàn tất quá trình phát triển, ứng dụng chuyển động được biên dịch và tải trực tiếp vào môi trường PLC tích hợp trên bộ truyền động SBD. Sau đó, công cụ thời gian chạy sẽ thực thi mã bên trong mà không cần các chu kỳ quét PLC bên ngoài.

Kiến trúc này có thể giảm độ trễ giao tiếp và đơn giản hóa thiết kế máy cho các ứng dụng chuyển động chuyên dụng.

Việc thực thi PLC nhúng cho phép các chương trình chuyển động chạy trực tiếp bên trong bộ điều khiển servo.

Kiến trúc chuyển động nhỏ gọn ngày càng phổ biến

Các nhà cung cấp giải pháp tự động hóa công nghiệp ngày càng tích hợp logic chuyển động, chức năng chẩn đoán, kết nối mạng và an toàn vào các nền tảng servo thông minh. Xu hướng này phản ánh nhu cầu ngày càng tăng về tủ điều khiển nhỏ gọn hơn, ít dây dẫn hơn và quy trình chạy thử đơn giản hơn.

Các ứng dụng liên quan đến hệ thống đóng gói, băng tải và định vị chính xác ngày càng triển khai các kiến trúc chuyển động tích hợp cùng với các nền tảng điều khiển chuyển động và bộ truyền động tiên tiến.

Đối với các nhà chế tạo máy, khả năng thực thi logic chuyển động cục bộ bên trong bộ truyền động cũng tạo ra cơ hội cho thiết kế máy mô-đun và các kiến trúc điều khiển phân tán.

Góc nhìn kỹ thuật

Chức năng PLC nhúng bên trong các bộ truyền động servo không còn là một khả năng chuyên biệt. Đây đang trở thành một công cụ kỹ thuật thiết thực cho các hệ thống tự động hóa nhỏ gọn, trong đó tốc độ, tính đơn giản và việc giảm không gian phần cứng là những yếu tố quan trọng.

Tuy nhiên, các kỹ sư vẫn nên tiếp cận logic chuyển động độc lập một cách thận trọng. Ngay cả những ứng dụng một trục nhỏ cũng cần xác thực quy trình về gốc có tính kỷ luật, xử lý lỗi và kiểm tra giới hạn hành trình trước khi triển khai vào máy móc sản xuất.

Tác giả: Ethan Caldwell | Phóng viên hệ thống chuyển động công nghiệp

Ethan Caldwell có 15 năm kinh nghiệm viết về các hệ thống điều khiển công nghiệp, công nghệ chuyển động servo và nền tảng tự động hóa nhúng. Kinh nghiệm dự án của ông bao gồm triển khai Siemens SINAMICS, tích hợp Beckhoff EtherCAT và các hệ thống điều khiển chuyển động Schneider Electric trong các ứng dụng đóng gói và sản xuất rời rạc.