Thiết lập điều khiển chuyển động một trục với bộ truyền động servo CMZ

Điều khiển chuyển động vẫn là nền tảng của tự động hóa hiện đại

Điều khiển chuyển động chính xác đã trở thành một năng lực đặc trưng của các hệ thống sản xuất tiên tiến. Từ dây chuyền đóng gói và xử lý chất bán dẫn đến các trạm lắp ráp robot, các trục dẫn động servo hiện được kỳ vọng phải mang lại khả năng định vị lặp lại với độ phản hồi ở cấp độ mili giây.

Trong khi nhiều kỹ sư tự động hóa tập trung vào logic PLC và tích hợp mạng, điều khiển chuyển động hiệu quả bắt đầu sớm hơn nhiều, với việc chạy thử và đưa vào vận hành đúng cách chính bộ truyền động, động cơ và trục cơ khí. Việc cấu hình sai tỷ lệ hoặc chế độ về gốc có thể nhanh chóng dẫn đến lỗi định vị hoặc va chạm nghiêm trọng.

Dự án này trình bày cách chạy thử và đưa vào vận hành một bệ chuyển động một trục bằng bộ truyền động servo SBD của CMZ Sistemi Elettronici cùng các công cụ thiết lập tích hợp, trước cả khi bắt đầu lập trình PLC.

Xây dựng trục cơ khí trước khi quan tâm đến phần mềm

Mọi dự án chuyển động đều bắt đầu từ cơ khí. Trong thiết lập này, trục tuyến tính sử dụng cụm vít me bi với hành trình khoảng 8,5 mm cho mỗi vòng quay của động cơ và hành trình sử dụng được khoảng 450 mm.

Kích thước bàn trượt và hình học hành trình rất quan trọng vì các hệ thống servo vốn không tự hiểu các giới hạn vật lý. Kỹ sư phải xác định cẩn thận những giới hạn đó trong quá trình thiết lập.

Phải luôn xác minh phạm vi hành trình vật lý của trục trước khi kích hoạt các chuỗi chuyển động tự động.

Vì sao các phép đo cơ khí quan trọng

Một trong những bước chạy thử và đưa vào vận hành thường bị bỏ qua nhất là xác minh quãng đường di chuyển trên mỗi vòng quay. Các kỹ sư chuyển động thường giả định các giá trị tỷ lệ dựa trên tài liệu mà không xác nhận tỷ số truyền cơ khí thực tế.

Ngắt kết nối động cơ và xoay vít me bi thủ công một vòng đầy đủ sẽ cung cấp cơ sở đáng tin cậy để xác định quãng đường di chuyển trong thực tế. Phép đo này sau đó trở nên thiết yếu khi thiết lập tỷ lệ cho trục.

Hệ thống servo không chỉ có động cơ

Nền tảng chuyển động CMZ kết hợp ba thành phần thiết yếu: bộ truyền động servo SBD, động cơ servo có phản hồi từ bộ mã hóa, cùng hệ thống cáp nguồn và cáp phản hồi chuyên dụng.

Bộ truyền động hoạt động với nguồn điện xoay chiều một pha 230 VAC và có các đầu vào số có thể cấu hình cho chức năng về gốc và tích hợp an toàn. Trong quá trình thử nghiệm, các kênh STO (Tắt mô-men xoắn an toàn) được nối trực tiếp với 24 VDC, mặc dù trong các hệ thống sản xuất, thông thường chúng sẽ được tích hợp với mạch dừng khẩn cấp và các biện pháp giảm thiểu rủi ro của máy.

Cáp phản hồi servo và truyền thông với bộ mã hóa rất cần thiết để duy trì độ chính xác định vị vòng kín.

Không bao giờ được xem an toàn máy là việc bổ sung sau cùng

Các hệ thống servo có thể tạo ra gia tốc lớn và phản hồi mô-men xoắn nhanh ngay cả trong những ứng dụng bàn thử nhỏ. Vì vậy, chức năng STO không chỉ là một mục cần đánh dấu để đáp ứng quy định. Đây là một lớp an toàn máy quan trọng.

Nhiều nền tảng chuyển động công nghiệp tích hợp chức năng STO vào các kiến trúc an toàn rộng hơn, cùng với mô-đun an toàn công nghiệp và các liên động máy phân tán.

Phần mềm chạy thử giúp đơn giản hóa cấu hình trục

CMZ sử dụng môi trường SDSetup để cấu hình servo, chẩn đoán và lập trình PLC tích hợp. Không giống nhiều bộ truyền động cấp cơ bản, nền tảng SBD cho phép kỹ sư thực thi trực tiếp các chương trình dạng văn bản có cấu trúc ngay trên bộ truyền động.

Trong quá trình chạy thử và đưa vào vận hành, kết nối được thiết lập qua giao diện micro USB đơn giản, loại bỏ nhu cầu tích hợp EtherCAT hoặc PLC ngay lập tức.

Chạy thử qua USB là cách nhanh chóng để xác nhận hoạt động của bộ truyền động trước khi bắt đầu tích hợp mạng.

Kiểm tra trạng thái điện trước khi thử chuyển động

Trước khi ra lệnh chuyển động, kỹ sư nên xác nhận các giá trị điện áp bus, trạng thái STO và chức năng của các đầu vào số trong môi trường phần mềm. Đèn báo STO hoạt động bình thường cùng tín hiệu công tắc về gốc phản hồi chính xác cho thấy cả hệ thống an toàn và các phân hệ I/O đều đang hoạt động.

Những bước xác nhận này có vẻ đơn giản, nhưng thường phát hiện lỗi đấu sai cực tính hoặc vấn đề nối đất trước khi lệnh chuyển động đầu tiên được thực thi.

Chẩn đoán của bộ truyền động cung cấp khả năng quan sát tức thời trạng thái an toàn và truyền thông trong quá trình khởi động.

Thiết lập tỷ lệ cho trục quyết định độ chính xác chuyển động thực tế

Phần Tỷ lệ trục có thể xem là giai đoạn quan trọng nhất của quá trình chạy thử và đưa vào vận hành. Cấu hình này xác định cách các gia số của bộ mã hóa được chuyển đổi thành quãng đường di chuyển thực tế.

Trong ví dụ CMZ, giá trị mặc định 8000 gia số trên mỗi vòng quay được sử dụng để thử nghiệm. Kỹ sư có thể ra lệnh cho trục di chuyển tương đối và xác minh rằng quãng đường thực tế khớp với độ dịch chuyển cơ khí dự kiến.

Giá trị tỷ lệ không chính xác có thể gây ra lỗi định vị đủ lớn để làm hỏng các trục tuyến tính.

Chiến lược về gốc xác định độ ổn định của điểm tham chiếu

Cấu hình về gốc thiết lập điểm gốc tham chiếu cho tất cả các lệnh chuyển động sau này. Trong dự án này, phương pháp về gốc -27 di chuyển về phía công tắc, đảo chiều với tốc độ chậm cho đến khi công tắc nhả ra, sau đó xác định vị trí hiện tại là số không.

Chiến lược này cải thiện độ lặp lại vì điểm tham chiếu được thiết lập khi công tắc nhả ra thay vì khi va chạm vào công tắc.

Cấu hình về gốc đúng cách giúp ngăn hiện tượng trôi vị trí tích lũy trong các chu kỳ chuyển động lặp lại.

Bộ truyền động servo đang trở thành bộ điều khiển chuyển động độc lập

Một xu hướng quan trọng trong tự động hóa công nghiệp là trí thông minh ngày càng tăng bên trong chính các bộ truyền động servo. Các nền tảng chuyển động hiện đại ngày càng kết hợp điều khiển chuyển động, chẩn đoán, an toàn và chức năng PLC tích hợp vào một thiết bị duy nhất.

Sự chuyển đổi này làm giảm độ phức tạp của tủ điện và cho phép xây dựng các kiến trúc nhỏ gọn cho những máy có quy mô nhỏ hơn. Khi đánh giá các nền tảng chuyển động trong tương lai, kỹ sư ngày càng so sánh khả năng logic tích hợp cùng với hiệu suất mô-men xoắn và tốc độ.

Các ứng dụng liên quan đến đóng gói, hệ thống định bước và các trạm tự động hóa nhỏ gọn ngày càng dựa vào những giải pháp chuyển động tích hợp tương tự các giải pháp được sử dụng trong các hệ thống bộ truyền động servo hiện đại.

Góc nhìn kỹ thuật

Bài học giá trị nhất từ quá trình chạy thử và đưa vào vận hành này là độ tin cậy của chuyển động được thiết lập từ rất lâu trước khi sản xuất bắt đầu. Những kỹ sư bỏ qua việc xác minh cẩn thận tỷ lệ hoặc logic về gốc phù hợp thường phải dành nhiều thời gian hơn đáng kể để xử lý sự không ổn định về sau.

Từ góc độ tích hợp hệ thống, việc chạy thử và đưa vào vận hành servo nên được thực hiện với cùng mức độ kỷ luật như xây dựng kiến trúc mạng hoặc xác nhận PLC. Cơ khí chính xác và cấu hình phần mềm chính xác phải phối hợp với nhau như một hệ thống thống nhất.

Tác giả: Marcus Ellison | Chuyên viên phân tích hệ thống chuyển động

Marcus Ellison có hơn 12 năm kinh nghiệm trong lĩnh vực tự động hóa công nghiệp và tích hợp chuyển động servo. Nền tảng chuyên môn của ông bao gồm các dự án chạy thử và đưa vào vận hành liên quan đến nền tảng chuyển động Siemens, hệ thống Beckhoff EtherCAT và kiến trúc servo Rockwell tại các cơ sở đóng gói, xử lý vật liệu và sản xuất theo quy trình.