Chuyển động servo đồng bộ và logic truyền động bánh răng trong hệ thống PLC

Khi điều khiển chuyển động trở thành sự phối hợp kỹ thuật số

Tự động hóa hiện đại không còn xem động cơ là những cơ cấu chấp hành riêng lẻ. Các hệ thống servo hiện hoạt động như những thực thể kỹ thuật số phối hợp, được điều khiển bằng logic PLC.

Trong sản xuất tiên tiến, chuyển động đồng bộ quyết định độ chính xác của hoạt động lắp ráp, xử lý bằng robot và các dây chuyền đóng gói tốc độ cao. PLC quyết định không chỉ chuyển động mà còn cả mối quan hệ về thời gian giữa các trục.

Đồng bộ đa trục biến các bộ truyền động servo riêng lẻ thành một hệ thống chuyển động thống nhất.

Sự khác nhau thực sự giữa chuyển động bánh răng, cam và phối hợp

Chuyển động bánh răng hoạt động giống như một hộp số kỹ thuật số

Đồng bộ bánh răng liên kết một trục chủ động và một trục bị động thông qua một tỷ lệ được xác định. Trục chủ động xác định đặc tính chuyển động, còn trục bị động mô phỏng theo tỷ lệ tương ứng.

Cấu trúc này tạo ra sự ghép nối cơ khí có thể dự đoán mà không cần bánh răng vật lý. Tỷ lệ xác định trục bị động tăng tốc nhanh hơn, chậm hơn hay thậm chí chuyển động ngược chiều.

Nó mô phỏng sát các hệ thống truyền động cơ khí nhưng vận hành hoàn toàn bằng phần mềm.

Biên dạng cam định hình chuyển động theo thời gian

Chuyển động cam tạo ra biến thiên theo thời gian thay vì các tỷ lệ cố định. Một trục bị động bám theo một đường cong xác định, gắn với vị trí hoặc góc quay của trục chủ động.

Điều này cho phép thực hiện các dạng chuyển động phức tạp như dừng chờ, tăng tốc đột ngột và đảo chiều trong một chu kỳ duy nhất.

Chuyển động phối hợp đảm bảo đến đích đồng bộ

Chuyển động phối hợp đảm bảo cả hai trục đồng thời đạt đến điểm cuối. PLC tự động điều chỉnh vận tốc dựa trên khoảng cách và vị trí mục tiêu.

Phương pháp này được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống vận chuyển đồng bộ và robot xử lý chính xác.

Bên trong logic truyền động bánh răng Allen-Bradley và điều khiển MAG

Trong môi trường Studio 5000, việc đồng bộ servo được triển khai thông qua các lệnh chuyển động như MAG và MAM. Trục chủ động thực hiện các lệnh chuyển động, trong khi trục bị động bám theo một tỷ lệ được xác định.

Lệnh MAG kích hoạt sự ghép nối giữa các trục. Sau khi kết nối, đặc tính chuyển động được liên kết theo toán học thay vì được điều khiển độc lập.

Một ưu điểm then chốt nằm ở khả năng kết nối động. Các hệ thống có thể vào và thoát chế độ đồng bộ khi đang chuyển động mà không cần dừng quy trình.

Điều khiển tỷ lệ xác định mức độ chi phối chuyển động

Tham số tỷ lệ xác định mức độ bám theo trục chủ động của trục bị động. Tỷ lệ 1.5 làm tăng tốc độ của bộ dẫn động phụ theo tỷ lệ tương ứng.

Các giá trị âm đảo ngược hướng, cho phép tạo ra các hành vi chuyển động ngược trong các hệ thống đồng bộ.

Hoạt động của ly hợp giúp chuyển tiếp cơ học êm ái hơn

Logic ly hợp ngăn chặn việc đồng bộ hóa đột ngột. Các tham số tăng tốc và giảm tốc kiểm soát mức độ êm của quá trình bộ dẫn động phụ kết nối với bộ dẫn động chính.

Điều này làm giảm ứng suất cơ học và cải thiện độ ổn định của hệ thống trong những thay đổi tải động.

Chuyển động đồng bộ thực sự được sử dụng ở đâu

Đồng bộ hóa servo giữ vai trò chủ đạo trong các quy trình công nghiệp có độ chính xác cao. Các dây chuyền lắp ráp ô tô dựa vào công nghệ này cho các tác vụ hàn, định vị và kiểm tra.

Công nghệ này cũng được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống đóng gói, nơi tính ổn định của tốc độ quyết định tính toàn vẹn của sản phẩm. Ngay cả việc mất đồng bộ nhẹ cũng có thể gây kẹt cơ khí hoặc làm phát sinh lỗi chất lượng.

Các nền tảng chuyển động công nghiệp từ những hệ sinh thái như Các hệ thống chuyển động và truyền động Allen-Bradley tích hợp chặt chẽ với logic đồng bộ hóa dựa trên PLC.

Trong các kiến trúc chuyển động cao cấp, sự đồng bộ hóa mở rộng vượt ra ngoài động cơ để bao quát việc phối hợp toàn bộ hệ thống bằng cách sử dụng các nền tảng truyền động và chuyển động tiên tiến.

Vì sao đồng bộ hóa servo đang trở thành hoạt động do phần mềm định nghĩa

Điều khiển chuyển động đang chuyển từ truyền động bánh răng bằng phần cứng sang đồng bộ hóa do phần mềm định nghĩa. Các chương trình PLC giờ đây xác định hành vi cơ khí theo thời gian thực.

Điều này làm giảm sự phụ thuộc vào các liên kết cơ khí và tăng tính linh hoạt của hệ thống. Các dây chuyền sản xuất có thể được cấu hình lại thông qua việc cập nhật logic thay vì thiết kế lại phần cứng.

Các bộ điều khiển biên và mạng trường tốc độ cao đang thúc đẩy quá trình chuyển đổi này.

Góc nhìn kỹ thuật: độ chính xác giờ đây nằm ở bộ điều khiển

Đổi mới thực sự trong chuyển động đồng bộ không nằm ở bản thân servo. Đó là lớp phối hợp mang tính xác định bên trong PLC.

Khi độ phức tạp của chuyển động tăng lên, logic điều khiển trở thành yếu tố khác biệt chính trong hiệu suất hệ thống. Giờ đây, thiết kế cơ khí tuân theo hành vi của phần mềm thay vì ngược lại.

Các hệ thống sản xuất tương lai sẽ xem các biên dạng chuyển động là tài sản có thể lập trình thay vì những ràng buộc kỹ thuật cố định.

Tác giả: Michael Turner Phóng viên về hệ thống chuyển động công nghiệp | 12 năm kinh nghiệm Cựu kỹ sư tự động hóa từng tham gia các dự án của Siemens, Rockwell Automation và Beckhoff Automation trên các dây chuyền robot, đóng gói và sản xuất ô tô. Tập trung vào hệ thống servo và kiến trúc điều khiển chuyển động bằng PLC.