Para automatizar máquinas que requieren solo dos o tres ejes de actuadores eléctricos, las salidas de pulso pueden ser el camino más simple.

El uso de salidas de pulso de un PLC es una forma rentable de obtener un movimiento simple. La mayoría, si no todos, los fabricantes de PLC proporcionan una forma de controlar los servos y los estepres utilizando una señal de tren de pulso. Entonces, cuando una máquina simple debe automatizarse en solo dos o tres ejes en actuadores eléctricos, las salidas de pulso pueden ser mucho más fáciles de configurar, cable y programa que usar señales analógicas. También puede costar menos que usar movimiento en red como Ethernet /IP.

Así que echemos un vistazo al control de un motor o servo paso a paso con un controlador o amplificador entre el controlador y el motor con énfasis en las señales de pulso utilizadas desde el controlador o indexador.

Conceptos básicos del tren de pulso

Los motores paso a paso y las versiones controladas por pulso de los servomotores pueden girar en ambas direcciones. Esto significa que un controlador necesita proporcionar, como mínimo, dos señales de control a la unidad. Hay dos formas de proporcionar estas señales, y diferentes fabricantes los llaman cosas diferentes. Hay dos formas comunes de referirse a los dos esquemas de señal de control que está utilizando: "Modo 1p", también conocido como "Modo de paso/dirección" y "Modo 2P", que se llama "Modo CW/CCW" o en sentido antihorario/en sentido antihorario. modo. Ambos modos requieren dos señales de control desde el controlador a la unidad.

En el modo 1p, una señal de control es un tren de pulso o una señal de "paso". La otra señal es una entrada direccional. Si la entrada direccional está encendida y una señal pulsada está presente en la entrada de paso, el motor gira en sentido horario. Por el contrario, si la señal de dirección está apagada y una señal pulsada está presente en la entrada de paso, el motor gira la otra dirección o en sentido antihorario. El tren de pulso siempre está en la misma entrada sin importar la dirección que se desee.

En modo 2p, ambas señales son un tren de pulso. Solo una entrada a la vez tendrá una frecuencia, por lo que si el tren de pulso CW está presente, el motor gira CW. Si el tren de pulso CCW está presente, el motor gira CCWS. Qué entrada recibe el tren de pulso depende de la dirección deseada.

La salida de pulsos del controlador hace que el motor se mueva. El motor gira una unidad incremental para cada pulso en la entrada de pulso de la unidad. Por ejemplo, si un motor de paso de dos fases tiene 200 pulsos por revolución (PPR), entonces un pulso hace que el motor gire 1/200 de una revolución o 1.8 grados, y 200 pulsos harán que el motor gire una revolución.

Por supuesto, diferentes motores tienen diferentes resoluciones. Los motores paso a paso pueden ser micro-gastados, dándoles miles de pulsos por revolución. Además, los servomotores generalmente tienen miles de pulsos por revolución como su resolución mínima. No importa cuál sea la resolución del motor, un pulso del controlador o indexador hace que gire solo una unidad incremental.

La velocidad a la que gira un motor depende de la frecuencia o la velocidad de los pulsos. Cuanto más rápido son los pulsos, más rápido gira el motor. En el ejemplo anterior, con un motor que tiene 200 PPR, una frecuencia de 200 pulsos por segundo (PPS) giraría el motor a una rotación por segundo (RPS) o 60 rotaciones por minuto (RPM). Cuantos más pulsos necesarios para convertir el motor One Revolution (PPR), más rápido se deben enviar los pulsos para obtener la misma velocidad. Por ejemplo, un motor con 1,000 PPR necesitaría tener los tiempos de frecuencia de pulso tan más altos como el de un motor con 200 PPR para ir las mismas rpm. Las matemáticas son bastante simples:

RPS = PPS/PPR (rotaciones por segundo = pulsos por segundo/pulsos por rotación)

RPM = RPS (60)

Controlando los pulsos

La mayoría de los controladores tienen un método para determinar si el motor debe girar CW o CCW y controlará las señales adecuadamente. En otras palabras, normalmente no se requiere que el programador descubra qué salidas se active. Por ejemplo, muchos PLC tienen funciones para controlar el movimiento utilizando una señal de pulso, y esa función controla automáticamente las salidas para obtener la dirección correcta de rotación independientemente de si el controlador está configurado para el modo 1p o 2p.

Considere dos movimientos como un simple ejemplo. Ambos movimientos son 1,000 pulsos. Uno está en la dirección positiva, el otro en la dirección negativa. El controlador enciende las salidas apropiadas, ya sea que 1p o 2p se usen, para que el motor gire en la dirección positiva (generalmente CW) cuando el número de pulsos ordenados es de 1,000. Por otro lado, si un programa ordena −1,000 pulsos, el controlador enciende las salidas apropiadas para moverse en la dirección negativa (generalmente CCW). Por lo tanto, no es necesario que el programador controle la dirección de la rotación del motor utilizando el código en el programa para seleccionar qué salidas se utiliza. El controlador lo hace automáticamente.

Los controladores y los controladores generalmente tienen una manera para que los usuarios seleccionen el tipo de pulso, ya sea mediante interruptor DIP o configuración de selección de software. Es importante asegurarse de que el controlador y el controlador estén configurados lo mismo. Si no, la operación puede ser errática o no funcionará en absoluto.

Movimientos absolutos e incrementales

Los dos comandos de movimiento más comunes en la programación de control de movimiento son los comandos de movimiento incrementales y absolutos. El concepto de movimientos absolutos e incrementales confunde a muchos usuarios, independientemente del método de control motor utilizado. Pero esta información se aplica si el motor está controlado con pulsos, una señal analógica o una red como Ethernet/IP o EtherCat.

Primero, si un motor tiene un codificador, sus tipos de movimientos no tienen nada que ver con el tipo de codificador. En segundo lugar, se pueden hacer movimientos absolutos e incrementales, ya sea que haya un codificador absoluto o incremental o ningún codificador en absoluto.

Al usar un motor para mover un eje lineal, como un actuador de tornillo de bola, hay (obviamente) una distancia finita entre un extremo del actuador al otro. En otras palabras, si el carro está en un extremo del actuador, el motor solo se puede girar para moverse hasta que el carro llegue al extremo opuesto. Esta es la longitud del trazo. Por ejemplo, en un actuador con 200 mm de viaje, un extremo del actuador es normalmente el "cero" o la posición de hogar.

Un movimiento absoluto transporta el carro a la posición ordenada independientemente de su posición actual. Por ejemplo, si la posición actual es cero y el movimiento ordenado es de 100 mm, el controlador envía suficientes pulsos para mover el actuador hacia adelante a la marca de 100 mm y detenerse.

Pero si la posición actual del actuador fuera de 150 mm, un movimiento absoluto de 100 mm haría que el controlador enviara pulsos en la dirección negativa para mover el actuador hacia atrás 50 mm y parar en la posición de 100 mm.

Usos prácticos

El problema más común con el uso de control de pulso está en el cableado. Las señales a menudo se conectan accidentalmente en reversa. En el modo 2P, esto significa que la salida CCW está conectada a la entrada CW y al viceversa. En el modo 1p, significa que la salida de la señal de pulso está conectada a la entrada de dirección, y la salida de la señal de dirección está conectada a la entrada de pulso.

En el modo 2p, este error de cableado hace que el motor Spin CW cuando se les ordena que Go CCW y CCW cuando se les ordene que Go CW. En el modo 1p, el problema es más difícil de diagnosticar. Si se intercambian las señales, el controlador envía un tren de pulso a la entrada de dirección, que no hace nada. También enviaría un cambio de dirección (active o apague la señal dependiendo de la dirección) a la entrada de paso que puede hacer que el motor gire un pulso. Un pulso de movimiento suele ser bastante difícil de ver.

El uso del modo 2P facilita la resolución de problemas, y generalmente es más fácil de entender para aquellos sin mucha experiencia en este tipo de control de movimiento.

Aquí hay un método para garantizar el menor tiempo posible se dedica a la solución de problemas de pulso y ejes de dirección. Permite a los ingenieros centrarse en una cosa a la vez. Esto debería evitar que pase días tratando de descubrir qué error de cableado está evitando el movimiento solo para descubrir que la función de salida de pulso está configurada incorrectamente en el PLC y nunca estaba emitiendo pulsos.

1. Determine el modo de pulso que se utilizará y use el mismo modo para todos los ejes.

2. Establezca el controlador para el modo adecuado.

3. Establezca la unidad para el modo adecuado.

4. Cree el programa más simple en su controlador (generalmente una función de JOG) para que se pueda ordenar al motor que gire en una dirección u otra a una velocidad lenta.

5. Commise un movimiento CW y observe cualquier estado en el controlador para indicar que los pulsos se están saliendo.

–Esto podría ser LED en las salidas del controlador o banderas de estado como la bandera ocupada en el PLC. El contador de salida de pulso en el controlador también se puede monitorear para ver que está cambiando el valor.

–El motor no necesita estar conectado a pulsos de salida.

6. Repita la prueba en la dirección CCW.

7. Si la salida de pulsos en ambas direcciones es exitoso, continúe. Si no, la programación debe resolverse primero.

8. Cablee el controlador al controlador.

9. Jog Motor en una dirección. Si funciona, vaya paso 10. Si no funciona, verifique el cableado.

10. Jote el motor en la dirección opuesta. Si funciona, ha tenido éxito. Si no funciona, consulte el cableado.

Se han desperdiciado muchas horas en esta primera fase porque la frecuencia de pulso es lo suficientemente baja como para hacer que el motor gire extremadamente lentamente, como 1/100 RPS. Si la única forma en que puede saber si está funcionando es observando el eje del motor, es posible que no parezca que se está moviendo a baja velocidad, lo que hace que uno crea que no está sacando pulsos. Es mejor calcular una velocidad segura basada en la resolución del motor y los parámetros de aplicación antes de que la velocidad se establezca para la prueba. Algunos creen que pueden establecer una velocidad utilizable con solo adivinar. Pero si el motor necesita 10,000 pulsos para rotar una revolución, y la frecuencia de pulso se establece en 1,000 PPS, el motor tomará 10 segundos. para mover una revolución. Por el contrario, si el motor necesita 1,000 pulsos para mover una revolución, y la frecuencia de pulso se establece en 1,000, el motor moverá una revolución por segundo o 60 rpm. Eso puede ser demasiado rápido para la prueba si el motor está unido a una carga como un actuador de tornillo de bola con distancia de movimiento limitado. Es fundamental observar indicadores que revelan que los pulsos están siendo emitidos (LED o contador de pulso).

Cálculos para la aplicación práctica

Los usuarios a menudo terminan con HMI que muestran la distancia y la velocidad de la máquina en unidades de pulsos en lugar de unidades de ingeniería como milímetros. A menudo, el programador se apresura a hacer que la máquina funcione y no se toma el tiempo para determinar las unidades de la máquina y convertirlas en unidades de ingeniería. Aquí hay algunos consejos para ayudar con esto.

Si conoce la resolución de pasos del motor (pulsos por revolución) y el movimiento realizado por revolución motor (mm), la constante de pulso de comando se calcula como resolución/distancia por revolución, o pulsos por revolución/distancia por revolución.

La constante puede ayudar a encontrar cuántos pulsos se necesitan para mover una distancia específica:

Posición actual (o distancia) = Conteo de pulso/pulsos de comando constantes.

Para convertir las unidades de ingeniería en pulsos, primero determine la constante que determina el número de pulsos necesarios para un movimiento dado. Suponga en el ejemplo anterior, el motor requiere 500 pulsos para rotar una revolución y una revolución es de 10 mm. El cálculo de la constante se puede hacer dividiendo 500 (PPR) por 10 (mm P/R). Entonces la constante es de 500 pulsos/10 mm o 50 pulsos/mm.

Esta constante se puede usar para calcular el número de pulsos necesarios para un movimiento de una distancia dada. Por ejemplo, para mover 15 mm, 15 mm × 50 ppm = 750 pulsos.

Para convertir una lectura de contador de pulso en unidades de ingeniería, simplemente divida el valor del contador de pulso por la constante de pulso de comando. Por lo tanto, si el contador de pulso lee 6,000, dividido por la constante de pulso de comando calculada a partir del ejemplo anterior, la posición del actuador sería de 6,000 pulsos/50 ppm = 120 mm.

Para comandar una velocidad en mm y hacer que el controlador calcule la frecuencia adecuada en Hz (pulsos por segundo), primero se debe determinar la constante de velocidad. Esto se hace al encontrar la constante del pulso de comando (como se muestra arriba), pero las unidades se cambian. En otras palabras, si el motor saca 500 PPR y el actuador se mueve 10 mm por revolución, entonces si se ordenan 500 pulsos por segundo, el actuador se moverá 10 mm por segundo. La división de 500 pulsos por segundo por 10 mm por segundo da como resultado 50 pulsos por segundo por mm. Por lo tanto, multiplicar la velocidad objetivo por 50 da como resultado la frecuencia de pulso adecuada.

Las fórmulas son las mismas, pero las unidades cambian:

Velocidad constante en PPS = pulsos por revolución/distancia por revolución

Velocidad de pulso (PPS) = (Velocidad constante) × Velocidad en mm

El uso de una configuración que utiliza señales de trenes de pulso para controlar el movimiento puede parecer desalentador al principio, sin embargo, prestar atención a los tipos de señales y la configuración en el controlador y unidades al principio puede reducir el tiempo dedicado a hacer que funcione. Además, si uno se toma el tiempo para hacer algunos cálculos básicos de inmediato, la programación de las velocidades y las distancias será más fácil y los operadores de máquinas tendrán información más intuitiva en sus HMI.