بالنسبة للآلات الآلية التي تتطلب فقط محورين أو ثلاثة محاور من المحركات الكهربائية، قد تكون مخرجات النبض هي أبسط طريقة.

يعد استخدام مخرجات النبض من PLC طريقة فعالة من حيث التكلفة للحصول على حركة بسيطة. توفر معظم الشركات المصنعة للـ PLC، إن لم يكن كلها، طريقة للتحكم في الماكينات وأجهزة السائر باستخدام إشارة قطار النبض. لذلك، عندما تحتاج آلة بسيطة إلى التشغيل الآلي على محورين أو ثلاثة محاور فقط على مشغلات كهربائية، يمكن أن يكون إعداد مخرجات النبض وتوصيلها وبرمجتها أسهل بكثير من استخدام الإشارات التناظرية. قد تكون أيضًا أقل تكلفة من استخدام الحركة عبر الشبكة مثل Ethernet /IP.

لذلك دعونا نلقي نظرة على التحكم في محرك متدرج أو مؤازر باستخدام محرك أو مكبر للصوت بين وحدة التحكم والمحرك مع التركيز على إشارات النبض المستخدمة من وحدة التحكم أو المفهرس.

أساسيات القطار النبضي

يمكن لمحركات السائر والإصدارات التي يتم التحكم فيها بالنبض من المحركات المؤازرة أن تدور في كلا الاتجاهين. وهذا يعني أن وحدة التحكم تحتاج إلى توفير إشارتي تحكم على الأقل لمحرك الأقراص. هناك طريقتان لتقديم هذه الإشارات، ويطلق عليها المصنعون المختلفون أسماء مختلفة. هناك طريقتان شائعتان للإشارة إلى نظامي إشارة التحكم اللذين تستخدمهما: "وضع 1P"، المعروف أيضًا باسم "وضع الخطوة/الاتجاه"، و"وضع 2P"، والذي يسمى "وضع CW/CCW" أو في اتجاه عقارب الساعة/عكس اتجاه عقارب الساعة وضع. يتطلب كلا الوضعين إشارتي تحكم من وحدة التحكم إلى محرك الأقراص.

في وضع 1P، تكون إشارة التحكم الواحدة عبارة عن قطار نبضي أو إشارة "خطوة". الإشارة الأخرى هي مدخلات الاتجاه. إذا كان إدخال الاتجاه قيد التشغيل، وكانت هناك إشارة نبضية على إدخال الخطوة، فإن المحرك يدور في اتجاه عقارب الساعة. على العكس من ذلك، إذا كانت إشارة الاتجاه متوقفة وكانت هناك إشارة نبضية على مدخل الخطوة، فإن المحرك يدور في الاتجاه الآخر، أو عكس اتجاه عقارب الساعة. يكون قطار النبض دائمًا على نفس المدخلات بغض النظر عن الاتجاه المطلوب.

في الوضع 2P، تكون كلتا الإشارتين عبارة عن قطار نبضي. سيكون لمدخل واحد فقط في كل مرة تردد، لذلك في حالة وجود قطار نبض CW، يقوم المحرك بتدوير CW. في حالة وجود قطار نبض CCW، يقوم المحرك بتدوير CCWs. يعتمد المدخل الذي يستقبل قطار النبض على الاتجاه المطلوب.

النبضات الناتجة من وحدة التحكم تجعل المحرك يتحرك. يقوم المحرك بتدوير وحدة إضافية واحدة لكل نبضة على مدخلات نبض المحرك. على سبيل المثال، إذا كان محرك متدرج ثنائي الطور يحتوي على 200 نبضة لكل دورة (ppr)، فإن نبضة واحدة تجعل المحرك يدور بمقدار 1/200 دورة أو 1.8 درجة، و200 نبضة ستجعل المحرك يدور دورة واحدة.

بالطبع، المحركات المختلفة لها دقة مختلفة. يمكن أن تكون المحركات السائرة ذات خطوات متناهية الصغر، مما يمنحها عدة آلاف من النبضات في كل دورة. بالإضافة إلى ذلك، تحتوي المحركات المؤازرة بشكل عام على عدة آلاف من النبضات لكل دورة كحد أدنى لدقة الوضوح. بغض النظر عن دقة المحرك، فإن النبضة الصادرة من وحدة التحكم أو المفهرس تجعله يدور وحدة إضافية واحدة فقط.

تعتمد السرعة التي يدور بها المحرك على تردد النبضات أو سرعتها. كلما كانت النبضات أسرع، كلما كان المحرك أسرع. في المثال أعلاه، مع محرك يحتوي على 200 PPR، فإن تردد 200 نبضة في الثانية (pps) سوف يدور المحرك بمعدل دورة واحدة في الثانية (rps) أو 60 دورة في الدقيقة (rpm). كلما زاد عدد النبضات اللازمة لتشغيل المحرك دورة واحدة (ppr)، كلما زادت سرعة إرسال النبضات للحصول على نفس السرعة. على سبيل المثال، يحتاج المحرك الذي تبلغ سرعته 1000 PPR إلى أن تكون مرات تردد النبض أعلى من المحرك الذي تبلغ سرعته 200 PPR ليذهب بنفس عدد الدورات في الدقيقة. الرياضيات بسيطة جدًا:

rps = pps/ppr (عدد الدورات في الثانية = نبضات في الثانية/نبضات في كل دورة)

دورة في الدقيقة = دورة في الدقيقة (60)

التحكم في البقوليات

تمتلك معظم وحدات التحكم طريقة لتحديد ما إذا كان المحرك يجب أن يدور CW أو CCW وسيتحكم في الإشارات بشكل مناسب. بمعنى آخر، ليس مطلوبًا عادةً من المبرمج معرفة المخرجات التي سيتم تشغيلها. على سبيل المثال، تحتوي العديد من أجهزة PLC على وظائف للتحكم في الحركة باستخدام إشارة نبضية، وتتحكم هذه الوظيفة تلقائيًا في المخرجات للحصول على الاتجاه الصحيح للدوران بغض النظر عما إذا تم تكوين وحدة التحكم لوضع 1P أو 2P.

خذ بعين الاعتبار حركتين كمثال بسيط. كلتا الحركتين عبارة عن 1000 نبضة. أحدهما في الاتجاه الإيجابي والآخر في الاتجاه السلبي. تقوم وحدة التحكم بتشغيل المخارج المناسبة، سواء تم استخدام 1P أو 2P، لجعل المحرك يدور في الاتجاه الإيجابي (عادة CW) عندما يكون عدد النبضات المطلوبة 1000. من ناحية أخرى، إذا طلب برنامج ما −1000 نبضة، تقوم وحدة التحكم بتشغيل المخرجات المناسبة للتحرك في الاتجاه السلبي (عادةً CCW). لذلك، ليس من الضروري أن يتحكم المبرمج في اتجاه دوران المحرك باستخدام الكود الموجود في البرنامج لتحديد المخرجات التي سيتم استخدامها. وحدة التحكم تفعل ذلك تلقائيًا.

تتمتع وحدات التحكم وبرامج التشغيل بشكل عام بطريقة تتيح للمستخدمين تحديد نوع النبض، إما عن طريق مفتاح الغمس أو إعداد اختيار البرنامج. من المهم التأكد من إعداد وحدة التحكم وبرنامج التشغيل بنفس الطريقة. إذا لم يكن الأمر كذلك، فقد تكون العملية غير منتظمة أو لن تعمل على الإطلاق.

التحركات المطلقة والتزايدية

أمرا الحركة الأكثر شيوعًا في برمجة التحكم في الحركة هما أوامر الحركة التزايدية والمطلقة. إن مفهوم الحركات المطلقة والمتزايدة يربك العديد من المستخدمين بغض النظر عن طريقة التحكم في المحرك المستخدمة. لكن هذه المعلومات تنطبق سواء تم التحكم في المحرك عن طريق نبضات أو إشارة تناظرية أو شبكة مثل Ethernet/IP أو Ethercat.

أولاً، إذا كان المحرك يحتوي على جهاز تشفير، فإن أنواع حركاته لا علاقة لها بنوع التشفير. ثانيًا، يمكن إجراء التحركات المطلقة والتزايدية سواء كان هناك برنامج تشفير مطلق أو تزايدي أو لا يوجد برنامج تشفير على الإطلاق.

عند استخدام محرك لتحريك محور خطي، مثل المشغل اللولبي الكروي، توجد (من الواضح) مسافة محدودة بين أحد طرفي المشغل والطرف الآخر. بمعنى آخر، إذا كان الحامل عند أحد طرفي المشغل، فلا يمكن تدوير المحرك إلا للتحرك حتى يصل الحامل إلى الطرف المقابل. هذا هو طول السكتة الدماغية. على سبيل المثال، في مشغل بمسافة 200 ملم، يكون أحد طرفي المشغل عادةً على الوضع "صفر" أو الوضع الأصلي.

تنقل الحركة المطلقة حامل الحامل إلى الموضع المتحكم به بغض النظر عن موضعه الحالي. على سبيل المثال، إذا كان الموضع الحالي هو صفر والحركة المطلوبة هي 100 مم، فإن وحدة التحكم ترسل نبضات كافية لتحريك المشغل للأمام إلى علامة 100 مم والتوقف.

ولكن إذا كان الموضع الحالي للمشغل 150 مم، فإن الحركة المطلقة بمقدار 100 مم ستجعل وحدة التحكم ترسل نبضات في الاتجاه السلبي لتحريك المشغل للخلف 50 مم والتوقف عند موضع 100 مم.

الاستخدامات العملية

المشكلة الأكثر شيوعًا في استخدام التحكم في النبض هي في الأسلاك. غالبًا ما يتم توصيل الإشارات بالعكس عن طريق الخطأ. في وضع 2P، هذا يعني أن مخرج CCW متصل بمدخل CW والعكس صحيح. في وضع 1P، فهذا يعني أن خرج إشارة النبض متصل بمدخل الاتجاه، ويتم توصيل مخرج إشارة الاتجاه بإدخال النبض.

في وضع 2P، يؤدي خطأ الأسلاك هذا إلى جعل المحرك يدور CW عندما يُطلب منه الانتقال إلى CCW وCCW عندما يُطلب منه الانتقال إلى CW. في وضع 1P، يكون تشخيص المشكلة أكثر صعوبة. إذا تم تبديل الإشارات، ترسل وحدة التحكم قطارًا نبضيًا إلى مدخل الاتجاه، والذي لا يفعل شيئًا. سيرسل أيضًا تغييرًا في الاتجاه (تشغيل الإشارة أو إيقاف تشغيلها اعتمادًا على الاتجاه) إلى إدخال الخطوة مما قد يتسبب في تدوير المحرك للنبض. عادةً ما يكون من الصعب جدًا رؤية نبضة واحدة من الحركة.

يؤدي استخدام وضع 2P إلى تسهيل استكشاف الأخطاء وإصلاحها، وعادة ما يكون من الأسهل فهمها بالنسبة لأولئك الذين ليس لديهم خبرة كبيرة في هذا النوع من التحكم في الحركة.

فيما يلي طريقة لضمان قضاء أقل وقت ممكن في استكشاف أخطاء محاور النبض والاتجاه وإصلاحها. فهو يتيح للمهندسين التركيز على شيء واحد في كل مرة. من المفترض أن يمنعك هذا من قضاء أيام في محاولة معرفة خطأ الأسلاك الذي يمنع الحركة فقط لتكتشف أن وظيفة إخراج النبض تم تكوينها بشكل غير صحيح في PLC ولم تكن تخرج نبضات أبدًا.

1. تحديد وضع النبضة المراد استخدامه واستخدام نفس الوضع لجميع المحاور.

2. اضبط وحدة التحكم على الوضع المناسب.

3. اضبط محرك الأقراص على الوضع المناسب.

4. قم بإنشاء أبسط برنامج في وحدة التحكم الخاصة بك (عادةً وظيفة الركض) بحيث يمكن توجيه المحرك للدوران في اتجاه أو آخر بسرعة بطيئة.

5. قم بقيادة حركة CW وراقب أي حالات في وحدة التحكم للإشارة إلى إخراج النبضات.

– يمكن أن يكون هذا عبارة عن مصابيح LED على مخرجات وحدة التحكم أو أعلام الحالة مثل علامة الانشغال في PLC. يمكن أيضًا مراقبة عداد إخراج النبض في وحدة التحكم لمعرفة قيمته المتغيرة.

– لا يحتاج المحرك إلى أن يكون متصلاً بنبضات الإخراج.

6. كرر الاختبار في اتجاه CCW.

7. إذا كان إخراج النبضات في كلا الاتجاهين ناجحًا، فاستمر. إذا لم يكن الأمر كذلك، يجب معرفة البرمجة أولا.

8. قم بتوصيل وحدة التحكم بالسائق.

9. تحريك المحرك في اتجاه واحد. إذا نجح الأمر، فانتقل إلى الخطوة 10. وإذا لم ينجح، فتحقق من الأسلاك.

10. قم بتشغيل المحرك في الاتجاه المعاكس. إذا نجحت، فقد نجحت. إذا لم يعمل، تحقق من الأسلاك.

لقد تم إهدار العديد من الساعات في هذه المرحلة الأولى لأن تردد النبضة منخفض بدرجة كافية لجعل المحرك يدور ببطء شديد، مثل 1/100 دورة في الثانية. إذا كانت الطريقة الوحيدة التي يمكنك من خلالها معرفة ما إذا كان يعمل هي من خلال مراقبة عمود المحرك، فقد لا يبدو أنه يتحرك بسرعة منخفضة، مما يدفع المرء إلى الاعتقاد بأنه لا يصدر نبضات. من الأفضل حساب السرعة الآمنة بناءً على دقة المحرك ومعلمات التطبيق قبل ضبط السرعة للاختبار. يعتقد البعض أنه يمكنهم تحديد سرعة قابلة للاستخدام فقط عن طريق التخمين. لكن إذا كان المحرك يحتاج إلى 10000 نبضة لتدوير دورة واحدة، وكان تردد النبض مضبوطًا على 1000 نقطة في الثانية، فسيستغرق المحرك 10 ثوانٍ. لتحريك ثورة واحدة. على العكس من ذلك، إذا كان المحرك يحتاج إلى 1000 نبضة لتحريك دورة واحدة، وتم ضبط تردد النبضة على 1000، فإن المحرك سيتحرك دورة واحدة في الثانية أو 60 دورة في الدقيقة. قد يكون ذلك سريعًا جدًا بالنسبة للاختبار إذا كان المحرك متصلاً بحمل مثل المشغل اللولبي الكروي مع مسافة حركة محدودة. من المهم مراقبة المؤشرات التي تكشف عن خروج النبضات (مصابيح LED، أو عداد النبض).

حسابات للتطبيق العملي

غالبًا ما ينتهي الأمر بالمستخدمين بإظهار أجهزة HMI مسافة الجهاز وسرعته بوحدات النبضات بدلاً من الوحدات الهندسية مثل المليمترات. في كثير من الأحيان يندفع المبرمج لتشغيل الآلة ولا يأخذ الوقت الكافي لتحديد وحدات الآلة وتحويلها إلى وحدات هندسية. فيما يلي بعض النصائح للمساعدة في هذا.

إذا كنت تعرف دقة خطوة المحرك (نبضات لكل دورة) والحركة التي تتم لكل ثورة محرك (مم)، يتم حساب ثابت نبض الأمر كدقة/مسافة لكل دورة، أو نبضات لكل دورة/مسافة لكل ثورة.

يمكن أن يساعد الثابت في معرفة عدد النبضات اللازمة لتحريك مسافة معينة:

الموقع الحالي (أو المسافة) = عدد النبضات/ثابت نبضات الأمر.

لتحويل الوحدات الهندسية إلى نبضات، عليك أولاً تحديد الثابت الذي يحدد عدد النبضات اللازمة لحركة معينة. لنفترض في المثال أعلاه أن المحرك يحتاج إلى 500 نبضة لتدوير دورة واحدة وثورة واحدة تبلغ 10 مم. يمكن حساب الثابت عن طريق قسمة 500 (ppr) على 10 (mm p/r). وبالتالي فإن الثابت هو 500 نبضة/10 مم أو 50 نبضة/مم.

يمكن بعد ذلك استخدام هذا الثابت لحساب عدد النبضات اللازمة لحركة مسافة معينة. على سبيل المثال، لتحريك 15 مم، 15 مم × 50 جزء في المليون = 750 نبضة.

لتحويل قراءة عداد النبض إلى وحدات هندسية، ما عليك سوى قسمة قيمة عداد النبض على ثابت نبض الأمر. وبالتالي، إذا قرأ عداد النبض 6000، مقسومًا على ثابت نبض الأمر المحسوب من المثال أعلاه، فإن موضع المشغل سيكون 6000 نبضة/50 جزء في المليون = 120 مم.

للتحكم في السرعة بالملليمتر وجعل وحدة التحكم تحسب التردد المناسب بالهرتز (نبضات في الثانية)، يجب أولاً تحديد ثابت السرعة. ويتم ذلك عن طريق إيجاد ثابت نبض الأمر (كما هو موضح أعلاه)، ولكن يتم تغيير الوحدات. بمعنى آخر، إذا قام المحرك بإخراج 500 PPR وتحرك المشغل 10 مم لكل دورة، ثم إذا تم طلب 500 نبضة في الثانية، فسيتحرك المشغل 10 مم في الثانية. يؤدي تقسيم 500 نبضة في الثانية على 10 ملم في الثانية إلى الحصول على 50 نبضة في الثانية لكل ملم. ولذلك، فإن ضرب السرعة المستهدفة في 50 يؤدي إلى الحصول على تردد النبض المناسب.

الصيغ هي نفسها، ولكن الوحدات تتغير:

ثابت السرعة بوحدة pps = النبضات لكل دورة/المسافة لكل ثورة

سرعة النبض (pps) = (السرعة الثابتة) × السرعة بالملليمتر

قد يبدو استخدام الإعداد الذي يستخدم إشارات قطار النبض للتحكم في الحركة أمرًا شاقًا في البداية، ومع ذلك، فإن الاهتمام الشديد بأنواع الإشارات والإعدادات الموجودة على وحدة التحكم ومحركات الأقراص في البداية يمكن أن يقلل الوقت المستغرق في تشغيلها. بالإضافة إلى ذلك، إذا أخذ المرء وقتًا لإجراء بعض الحسابات الأساسية على الفور، فستكون برمجة السرعات والمسافات أسهل وسيحصل مشغلو الماكينات على معلومات أكثر سهولة معروضة على أجهزة HMI الخاصة بهم.