Para máquinas automatizadas que requieren sólo dos o tres ejes de actuadores eléctricos, las salidas de pulsos pueden ser la forma más sencilla de hacerlo.

Usar salidas de pulsos de un PLC es una forma rentable de lograr un movimiento simple. La mayoría, si no todos, los fabricantes de PLC ofrecen una forma de controlar servos y motores paso a paso mediante una señal de tren de impulsos. Entonces, cuando una máquina simple necesita automatizarse en solo dos o tres ejes en actuadores eléctricos, las salidas de pulsos pueden ser mucho más fáciles de configurar, cablear y programar que usar señales analógicas. También puede costar menos que usar movimiento en red como Ethernet/IP.

Entonces, echemos un vistazo al control de un motor paso a paso o servo 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 pulsos

Los motores paso a paso y las versiones de servomotores controladas por impulsos pueden girar en ambas direcciones. Esto significa que un controlador debe proporcionar, como mínimo, dos señales de control al variador. Hay dos formas de proporcionar estas señales y los diferentes fabricantes las llaman de diferentes maneras. 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 denomina “modo CW/CCW” o en sentido horario/antihorario. modo. Ambos modos requieren dos señales de control desde el controlador al variador.

En el modo 1P, una señal de control es un tren de pulsos o una señal de "paso". La otra señal es una entrada direccional. Si la entrada direccional está activada y hay una señal pulsada en la entrada escalonada, el motor gira en el sentido de las agujas del reloj. Por el contrario, si la señal de dirección está apagada y hay una señal pulsada en la entrada escalonada, el motor gira en la otra dirección o en el sentido contrario a las agujas del reloj. El tren de pulsos siempre está en la misma entrada sin importar la dirección que se desee.

En modo 2P, ambas señales son un tren de impulsos. Sólo una entrada a la vez tendrá una frecuencia, por lo que si el tren de pulsos CW está presente, el motor gira en sentido horario. Si el tren de impulsos CCW está presente, el motor gira en sentido antihorario. La entrada que recibe el tren de impulsos depende de la dirección deseada.

Los pulsos emitidos por el controlador hacen que el motor se mueva. El motor gira una unidad incremental por cada pulso en la entrada de pulsos del variador. Por ejemplo, si un motor paso a paso de dos fases tiene 200 pulsos por revolución (ppr), entonces un pulso hace que el motor gire 1/200 de 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 micropasados, dándoles muchos miles de pulsos por revolución. Además, los servomotores generalmente tienen miles de pulsos por revolución como 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 velocidad de los pulsos. Cuanto más rápidos 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) haría girar el motor a una rotación por segundo (rps) o 60 rotaciones por minuto (rpm). Cuantos más pulsos se necesiten para hacer girar el motor una revolución (ppr), más rápido se deberán enviar los pulsos para obtener la misma velocidad. Por ejemplo, un motor con 1000 ppr necesitaría tener una frecuencia de pulso tan alta como la de un motor con 200 ppr para alcanzar 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 en sentido horario o antihorario y controlará las señales de manera adecuada. En otras palabras, normalmente no es necesario que el programador determine qué salidas activar. Por ejemplo, muchos PLC tienen funciones para controlar el movimiento mediante una señal de pulso, y esa función controla automáticamente las salidas para obtener la dirección de rotación correcta independientemente de si el controlador está configurado para el modo 1P o 2P.

Considere dos movimientos como un ejemplo simple. Ambos movimientos son de 1.000 pulsos. Uno va en dirección positiva y el otro en dirección negativa. El controlador activa las salidas apropiadas, ya sea que se use 1P o 2P, para hacer que el motor gire en la dirección positiva (generalmente CW) cuando el número de pulsos comandados es 1000. Por otro lado, si un programa ordena −1000 pulsos, el controlador activa las salidas apropiadas para moverse en la dirección negativa (generalmente CCW). Por lo tanto, no es necesario que el programador controle la dirección de rotación del motor usando código en el programa para seleccionar qué salidas usar. El controlador lo hace automáticamente.

Los controladores y controladores generalmente tienen una forma para que los usuarios seleccionen el tipo de pulso, ya sea mediante un interruptor DIP o una configuración de selección de software. Es importante asegurarse de que el controlador y el controlador estén configurados de la misma manera. De lo contrario, el funcionamiento puede ser errático o no funcionar 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 del motor utilizado. Pero esta información se aplica ya sea que el motor esté 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 realizar movimientos absolutos e incrementales tanto si hay un codificador absoluto o incremental como si no hay ningún codificador.

Cuando se utiliza un motor para mover un eje lineal, como un actuador de husillo de bolas, existe (obviamente) una distancia finita entre un extremo del actuador y el otro. En otras palabras, si el carro está en un extremo del actuador, el motor sólo puede girarse 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 recorrido, un extremo del actuador normalmente está en la posición "cero" o de inicio.

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 impulsos para mover el actuador hacia adelante hasta 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 dirección negativa para mover el actuador hacia atrás 50 mm y se detuviera en la posición de 100 mm.

Usos prácticos

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

En el modo 2P, este error de cableado hace que el motor gire en sentido horario cuando se le ordena que vaya en sentido antihorario y en sentido antihorario cuando se le ordena que vaya en sentido horario. En modo 1P, el problema es más difícil de diagnosticar. Si se intercambian las señales, el controlador envía un tren de impulsos a la entrada de dirección, que no hace nada. También enviaría un cambio de dirección (activa o desactiva la señal según la dirección) a la entrada de paso, lo 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, por lo general, es más fácil de entender para quienes no tienen mucha experiencia en este tipo de control de movimiento.

A continuación se presenta un método para garantizar que se dedique el menor tiempo posible a solucionar problemas de los ejes de pulso y 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 impide el movimiento solo para descubrir que la función de salida de pulsos está configurada incorrectamente en el PLC y que nunca estuvo emitiendo pulsos.

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

2. Configure el controlador en el modo adecuado.

3. Configure la unidad en el modo adecuado.

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

5. Ordene un movimiento CW y observe cualquier estado en el controlador que indique que se están emitiendo pulsos.

–Estos podrían ser LED en las salidas del controlador o indicadores de estado como el indicador de ocupado en el PLC. El contador de salida de pulsos en el controlador también se puede monitorear para ver si está cambiando de valor.

–No es necesario conectar el motor a los impulsos de salida.

6. Repita la prueba en la dirección CCW.

7. Si la emisión de pulsos en ambas direcciones tiene éxito, continúe. De lo contrario, primero se debe descubrir la programación.

8. Conecte el controlador al controlador.

9. Mueva el motor en una dirección. Si funciona, vaya al paso 10. Si no funciona, verifique el cableado.

10. Mueva el motor en la dirección opuesta. Si funciona, lo has conseguido. Si no funciona, revisa el cableado.

Se han perdido muchas horas en esta primera fase porque la frecuencia del pulso es lo suficientemente baja como para hacer que el motor gire extremadamente lento, como 1/100 rps. Si la única forma de saber si está funcionando es observando el eje del motor, es posible que no parezca que se está moviendo a baja velocidad, lo que lleva a creer que no está emitiendo pulsos. Es mejor calcular una velocidad segura según la resolución del motor y los parámetros de la aplicación antes de configurar la velocidad para la prueba. Algunos creen que pueden establecer una velocidad utilizable simplemente adivinando. Pero si el motor necesita 10.000 pulsos para girar una revolución y la frecuencia del pulso se establece en 1.000 pps, el motor tardará 10 segundos. para mover una revolución. Por el contrario, si el motor necesita 1000 pulsos para moverse una revolución y la frecuencia de pulso se establece en 1000, el motor se moverá una revolución por segundo o 60 rpm. Esto puede ser demasiado rápido para la prueba si el motor está conectado a una carga como un actuador de husillo de bolas con una distancia de movimiento limitada. Es fundamental observar los indicadores que revelan que se están emitiendo pulsos (LED o contador de pulsos).

Cálculos para 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 funcionar la máquina y no se toma el tiempo para determinar las unidades de la máquina y convertirlas en unidades de ingeniería. A continuación se ofrecen algunos consejos que le ayudarán con esto.

Si conoce la resolución de paso del motor (pulsos por revolución) y el movimiento realizado por revolución del 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 moverse una distancia específica:

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

Para convertir unidades de ingeniería en pulsos, primero determine la constante que determina la cantidad de pulsos necesarios para un movimiento determinado. Supongamos que en el ejemplo anterior el motor requiere 500 pulsos para girar una revolución y una revolución es de 10 mm. El cálculo de la constante se puede realizar dividiendo 500 (ppr) por 10 (mm p/r). Entonces la constante es 500 pulsos/10 mm o 50 pulsos/mm.

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

Para convertir una lectura del contador de pulsos en unidades de ingeniería, simplemente divida el valor del contador de pulsos por la constante del pulso de comando. Por lo tanto, si el contador de pulsos indica 6000, dividido por la constante de pulso de comando calculada en el ejemplo anterior, la posición del actuador sería 6000 pulsos/50 ppm = 120 mm.

Para ordenar 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 encontrando la constante del pulso de comando (como se muestra arriba), pero las unidades se cambian. En otras palabras, si el motor produce 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. Dividir 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:

Constante de velocidad en pps = pulsos por revolución/distancia por revolución

Velocidad de pulso (pps) = (constante de velocidad) × velocidad en mm

Usar una configuración que utiliza señales de tren de pulsos para controlar el movimiento puede parecer desalentador al principio; sin embargo, prestar mucha atención a los tipos de señales y configuraciones en el controlador y los variadores al principio puede reducir el tiempo dedicado a hacerlo funcionar. Además, si uno se toma el tiempo para hacer algunos cálculos básicos de inmediato, programar las velocidades y distancias será más fácil y los operadores de máquinas tendrán información más intuitiva mostrada en sus HMI.