Automaatiokoneissa, jotka vaativat vain kaksi tai kolme akselia sähkötoimilaitteita, pulssilähdöt voivat olla yksinkertaisin tapa.

PLC:n pulssilähtöjen käyttäminen on kustannustehokas tapa saada yksinkertainen liike. Useimmat, elleivät kaikki, PLC-valmistajat tarjoavat tavan ohjata servoja ja steppereita käyttämällä pulssijonosignaalia. Joten kun yksinkertainen kone on automatisoitava vain kahdelle tai kolmelle akselille sähkötoimilaitteissa, pulssilähdöt voivat olla paljon helpompia määrittää, johdottaa ja ohjelmoida kuin analogisten signaalien käyttäminen. Se voi myös maksaa vähemmän kuin verkkoliikkeiden, kuten Ethernet/IP, käyttö.

Tarkastellaan siis askelmoottorin tai servon ohjaamista ohjaimella tai vahvistimella ohjaimen ja moottorin välissä painottaen ohjaimen tai indeksointilaitteen käyttämiä pulssisignaaleja.

Pulssijunan perusteet

Askelmoottorit ja servomoottorien pulssiohjatut versiot voivat pyöriä molempiin suuntiin. Tämä tarkoittaa, että ohjaimen on annettava taajuusmuuttajalle vähintään kaksi ohjaussignaalia. Näitä signaaleja voidaan tarjota kahdella tavalla, ja eri valmistajat kutsuvat niitä eri asioiksi. On olemassa kaksi yleistä tapaa viitata kahteen käyttämääsi ohjaussignaalimalliin: "1P-tila", eli "Step/Direction mode" ja "2P-tila", jota kutsutaan "CW/CCW-tilaksi" tai myötä-/vastapäivään. tila. Molemmat tilat vaativat kaksi ohjaussignaalia ohjaimesta taajuusmuuttajaan.

1P-tilassa yksi ohjaussignaali on pulssijono tai "askel"-signaali. Toinen signaali on suuntatulo. Jos suuntatulo on päällä ja askeltulossa on pulssisignaali, moottori pyörii myötäpäivään. Päinvastoin, jos suuntasignaali on pois päältä ja askeltulossa on pulssisignaali, moottori pyörii toiseen suuntaan tai vastapäivään. Pulssijono on aina samassa tulossa riippumatta siitä, mihin suuntaan halutaan.

2P-tilassa molemmat signaalit ovat pulssijonoa. Vain yhdellä tulolla kerrallaan on taajuus, joten jos CW-pulssijono on läsnä, moottori pyörii CW. Jos CCW-pulssijono on olemassa, moottori pyörii vastapäivään. Se, mikä tulo vastaanottaa pulssijonon, riippuu halutusta suunnasta.

Säätimestä tulevat pulssit saavat moottorin liikkumaan. Moottori pyörittää yhden inkrementtiyksikön jokaista pulssia kohden taajuusmuuttajan pulssitulossa. Jos esimerkiksi kaksivaiheisessa askelmoottorissa on 200 pulssia per kierros (ppr), niin yksi pulssi saa moottorin pyörimään 1/200 kierrosta tai 1,8 astetta, ja 200 pulssia saa moottorin pyörimään yhden kierroksen.

Tietysti eri moottoreilla on eri resoluutiot. Askelmoottorit voivat olla mikroporrastettuja, jolloin niille saadaan useita tuhansia pulsseja kierrosta kohden. Lisäksi servomoottoreiden vähimmäisresoluutio on yleensä useita tuhansia pulsseja kierrosta kohti. Riippumatta moottorin resoluutiosta, ohjaimen tai indeksointilaitteen pulssi saa sen pyörimään vain yhden inkrementtiyksikön.

Nopeus, jolla moottori pyörii, riippuu pulssien taajuudesta tai nopeudesta. Mitä nopeammat pulssit, sitä nopeammin moottori pyörii. Yllä olevassa esimerkissä moottorilla, jossa on 200 ppr, taajuus 200 pulssia sekunnissa (pps) pyörittää moottoria yhdellä kierrosnopeudella sekunnissa (rps) tai 60 kierrosta minuutissa (rpm). Mitä enemmän pulsseja tarvitaan moottorin pyörittämiseen yksi kierros (ppr), sitä nopeammin pulssit on lähetettävä saman nopeuden saavuttamiseksi. Esimerkiksi 1 000 ppr:n moottorin pulssitaajuuden tulee olla yhtä korkeampi kuin 200 ppr:n moottorin pulssitaajuuden, jotta se pyörii samalla kierrosluvulla. Matematiikka on melko yksinkertaista:

rps = pps/ppr (kierrokset sekunnissa = pulsseja sekunnissa / pulsseja kierrosta kohti)

rpm = rpm (60)

Pulssien hallinta

Useimmilla säätimillä on menetelmä sen määrittämiseksi, pitäisikö moottorin pyöriä vastapäivään vai vastapäivään ja ohjaako se signaaleja asianmukaisesti. Toisin sanoen ohjelmoijan ei normaalisti tarvitse selvittää, mitkä lähdöt kytketään päälle. Esimerkiksi monissa PLC:issä on toimintoja liikkeen ohjaamiseen pulssisignaalin avulla, ja tämä toiminto ohjaa automaattisesti lähtöjä oikean pyörimissuunnan saamiseksi riippumatta siitä, onko ohjain konfiguroitu 1P- vai 2P-moodiin.

Harkitse kahta liikettä yksinkertaisena esimerkkinä. Molemmat liikkeet ovat 1000 pulssia. Toinen on positiiviseen, toinen negatiiviseen suuntaan. Säädin kytkee päälle sopivat lähdöt riippumatta siitä, käytetäänkö 1P:tä tai 2P:tä, saadakseen moottorin pyörimään positiiviseen suuntaan (yleensä CW), kun käskettyjen pulssien määrä on 1 000. Toisaalta, jos ohjelma käskee −1000 pulssia, säädin kytkee asianmukaiset lähdöt päälle liikkuakseen negatiiviseen suuntaan (yleensä CCW). Siksi ohjelmoijan ei tarvitse ohjata moottorin pyörimissuuntaa käyttämällä ohjelmassa olevaa koodia valitakseen käytettävät lähdöt. Ohjain tekee sen automaattisesti.

Ohjaimet ja ajurit voivat yleensä valita pulssityypin joko dip-kytkimen tai ohjelmiston valintaasetuksen avulla. On tärkeää varmistaa, että ohjain ja ohjain ovat samat. Jos ei, toiminta voi olla epäsäännöllistä tai ei toimi ollenkaan.

Absoluuttiset ja inkrementaaliset liikkeet

Liikkeenohjauksen ohjelmoinnin kaksi yleisintä liikekäskyä ovat inkrementaaliset ja absoluuttiset liikekomennot. Absoluuttisten ja inkrementaalisten liikkeiden käsite hämmentää monia käyttäjiä käytetystä moottorin ohjausmenetelmästä riippumatta. Mutta nämä tiedot ovat voimassa riippumatta siitä, ohjataanko moottoria pulsseilla, analogisella signaalilla tai verkossa, kuten Ethernet/IP tai Ethercat.

Ensinnäkin, jos moottorissa on kooderi, sen liiketyypeillä ei ole mitään tekemistä kooderin tyypin kanssa. Toiseksi, absoluuttisia ja inkrementaalisia liikkeitä voidaan tehdä riippumatta siitä, onko käytössä absoluuttinen tai inkrementaalinen kooderi tai ei kooderia ollenkaan.

Käytettäessä moottoria lineaarisen akselin liikuttamiseen, kuten kuularuuvitoimilaitetta, toimilaitteen pään ja toisen pään välillä on (ilmeisesti) rajallinen etäisyys. Toisin sanoen, jos kelkka on toimilaitteen toisessa päässä, moottoria voidaan pyörittää vain liikkumaan, kunnes vaunu saavuttaa vastakkaisen pään. Tämä on iskun pituus. Esimerkiksi toimilaitteessa, jonka liikematka on 200 mm, toimilaitteen toinen pää on normaalisti "nolla" tai kotiasento.

Absoluuttinen liike kuljettaa vaunun käskettyyn asentoon riippumatta sen nykyisestä sijainnista. Esimerkiksi jos nykyinen sijainti on nolla ja käsketty liike on 100 mm, ohjain lähettää tarpeeksi pulsseja toimilaitteen siirtämiseksi eteenpäin 100 mm:n merkkiin ja pysähtymiseen.

Mutta jos toimilaitteen nykyinen asento oli 150 mm, 100 mm:n absoluuttinen liike saa ohjaimen lähettämään pulsseja negatiiviseen suuntaan siirtämään toimilaitetta taaksepäin 50 mm ja pysähtymään 100 mm:n asentoon.

Käytännön käyttötarkoitukset

Yleisin pulssiohjauksen käytön ongelma on johdotuksessa. Signaalit kytketään usein vahingossa taaksepäin. 2P-tilassa tämä tarkoittaa, että CCW-lähtö on kytketty CW-tuloon ja päinvastoin. 1P-tilassa se tarkoittaa, että pulssisignaalin lähtö on kytketty suuntatuloon ja suuntasignaalin lähtö on kytketty pulssituloon.

2P-tilassa tämä johdotusvirhe saa moottorin pyörimään vastapäivään, kun käsketään mennä vastapäivään, ja vastapäivään, kun käsketään mennä vastapäivään. 1P-tilassa ongelma on vaikeampi diagnosoida. Jos signaalit vaihtuvat, ohjain lähettää pulssijonon suuntatuloon, joka ei tee mitään. Se lähettäisi myös suunnanmuutoksen (signaalin kytkeminen päälle tai pois suunnasta riippuen) askeltuloon, mikä saattaa saada moottorin pyörittämään pulssia. Yksi liikepulssi on yleensä melko vaikea nähdä.

2P-tilan käyttö helpottaa vianmääritystä, ja se on yleensä helpompi ymmärtää niille, joilla ei ole paljon kokemusta tämäntyyppisestä liikkeenhallinnasta.

Tässä on menetelmä varmistaaksesi, että pulssi- ​​ja suuntaakseleiden vianetsintään kuluu mahdollisimman vähän aikaa. Sen avulla insinöörit voivat keskittyä yhteen asiaan kerrallaan. Tämän pitäisi estää sinua käyttämästä päiviä yrittäessäsi selvittää, mikä johdotusvirhe estää liikkeen vain saadakseen selville, että pulssilähtötoiminto on määritetty väärin PLC:ssä ja et koskaan lähettänyt pulsseja.

1. Määritä käytettävä pulssitila ja käytä samaa tilaa kaikille akseleille.

2. Aseta ohjain oikeaan tilaan.

3. Aseta asema oikeaan tilaan.

4. Luo ohjaimeen yksinkertaisin ohjelma (yleensä jog-toiminto), jotta moottori voidaan käskeä pyörimään yhteen tai toiseen suuntaan hitaalla nopeudella.

5. Komento CW-liikettä ja tarkkaile ohjaimen tiloja, jotka osoittavat, että pulsseja lähetetään.

– Tämä voi olla LED-valoja ohjaimen lähtöissä tai tilalippuja, kuten PLC:n varattu lippu. Säätimen pulssilähtölaskuria voidaan myös tarkkailla sen arvon muutoksen näkemiseksi.

– Moottoria ei tarvitse kytkeä lähtöpulsseihin.

6. Toista testi CCW-suunnassa.

7. Jos pulssien tulostaminen molempiin suuntiin onnistuu, siirry eteenpäin. Jos ei, ohjelmointi on ensin selvitettävä.

8. Kytke ohjain ohjaimeen.

9. Pyöritä moottoria yhteen suuntaan. Jos se toimii, siirry vaiheeseen 10. Jos se ei toimi, tarkista johdotus.

10. Käytä moottoria vastakkaiseen suuntaan. Jos se toimii, olet onnistunut. Jos se ei toimi, tarkista johdot.

Monta tuntia on mennyt hukkaan tässä ensimmäisessä vaiheessa, koska pulssitaajuus on tarpeeksi alhainen saamaan moottorin pyörimään erittäin hitaasti, kuten 1/100 rps. Jos ainoa tapa, jolla voit selvittää, toimiiko se, on katsoa moottorin akselia, se ei ehkä näytä siltä, ​​​​että se liikkuisi alhaisella nopeudella, mikä saa ihmisen uskomaan, että se ei anna pulsseja. Turvallinen nopeus on parasta laskea moottorin resoluution ja sovellusparametrien perusteella ennen kuin nopeus asetetaan testiä varten. Jotkut uskovat voivansa asettaa käyttökelpoisen nopeuden vain arvaamalla. Mutta jos moottori tarvitsee 10 000 pulssia pyörittääkseen yhden kierroksen ja pulssitaajuus on asetettu arvoon 1 000 pps, moottori kestää 10 sekuntia. siirtää yhden vallankumouksen. Kääntäen, jos moottori tarvitsee 1 000 pulssia liikkuakseen yhden kierroksen ja pulssin taajuus on asetettu arvoon 1 000, moottori liikkuu yhden kierroksen sekunnissa tai 60 rpm. Se voi olla liian nopea testiä varten, jos moottori on kiinnitetty kuormaan, kuten kuularuuvitoimilaite, jolla on rajoitettu liikeetäisyys. On tärkeää tarkkailla ilmaisimia, jotka osoittavat pulssien tulostuksen (LEDit tai pulssilaskurit).

Laskelmat käytännön soveltamista varten

Usein käyttäjät päätyvät käyttöliittymään, joka näyttää koneen etäisyyden ja nopeuden pulssiyksiköinä eikä teknisinä yksiköinä, kuten millimetreinä. Usein ohjelmoijalla on kiire saada kone toimimaan, eikä hän käytä aikaa koneen yksiköiden määrittämiseen ja muuntamiseen suunnitteluyksiköiksi. Tässä on muutamia vinkkejä avuksi tässä.

Jos tiedät moottorin askelresoluution (pulsseja kierrosta kohti) ja liikkeen moottorin kierrosta kohti (mm), komentopulssivakio lasketaan resoluutiona/etäisyydenä kierrosta kohti tai pulsseja kierrosta kohti/etäisyys kierrosta kohti.

Vakio voi auttaa selvittämään, kuinka monta pulssia tarvitaan tietyn etäisyyden siirtämiseen:

Nykyinen sijainti (tai etäisyys) = pulssimäärä/komentopulssit vakio.

Muuntaaksesi tekniset yksiköt pulsseiksi määritä ensin vakio, joka määrittää tiettyyn siirtoon tarvittavien pulssien lukumäärän. Oletetaan, että yllä olevassa esimerkissä moottori vaatii 500 pulssia pyörittääkseen yhden kierroksen ja yksi kierros on 10 mm. Vakion laskeminen voidaan tehdä jakamalla 500 (ppr) luvulla 10 (mm p/r). Vakio on siis 500 pulssia/10 mm tai 50 pulssia/mm.

Tätä vakiota voidaan sitten käyttää laskemaan pulssien lukumäärä, joka tarvitaan tietyn matkan liikkeelle. Jos esimerkiksi siirretään 15 mm, 15 mm × 50 ppm = 750 pulssia.

Jos haluat muuntaa pulssilaskurin lukeman teknisiksi yksiköiksi, jaa pulssilaskurin arvo komentopulssivakiolla. Jos pulssilaskuri siis lukee 6 000 jaettuna yllä olevasta esimerkistä lasketulla komentopulssivakiolla, toimilaitteen asento olisi 6 000 pulssia/50 ppm = 120 mm.

Jotta nopeus määrätään millimetreinä ja säädin laskee oikean taajuuden hertseinä (pulsseja sekunnissa), on ensin määritettävä nopeusvakio. Tämä tehdään etsimällä komentopulssivakio (kuten yllä on esitetty), mutta yksiköitä muutetaan. Toisin sanoen, jos moottori tuottaa 500 ppr ja toimilaite liikkuu 10 mm per kierros, niin jos käsketään 500 pulssia sekunnissa, toimilaite liikkuu 10 mm sekunnissa. Jakamalla 500 pulssia sekunnissa 10 mm:llä sekunnissa saadaan 50 pulssia sekunnissa per mm. Siksi tavoitenopeuden kertominen 50:llä johtaa oikean pulssin taajuuteen.

Kaavat ovat samat, mutta yksiköt muuttuvat:

Nopeusvakio pps = pulsseja per kierros/matka per kierros

Pulssin nopeus (pps) = (nopeusvakio) × nopeus millimetreinä

Pulssijonon signaaleja käyttävän asennuksen käyttäminen liikkeen ohjaamiseen saattaa tuntua aluksi pelottavalta, mutta ohjaimen ja taajuusmuuttajien signaalityyppien ja asetusten tarkka huomioiminen alussa voi lyhentää sen toimimiseen kuluvaa aikaa. Lisäksi jos ottaa hetken aikaa peruslaskelmien tekemiseen, nopeuksien ja etäisyyksien ohjelmointi on helpompaa ja koneenkäyttäjät näkevät käyttöliittymänsä intuitiivisemmin.