Pour les machines automatisées qui ne nécessitent que deux ou trois axes d'actionneurs électriques, les sorties d'impulsions peuvent être la solution la plus simple.

L'utilisation des sorties d'impulsions d'un automate est un moyen économique d'obtenir un mouvement simple. La plupart, sinon la totalité, des fabricants d'API proposent un moyen de contrôler les servos et les moteurs pas à pas à l'aide d'un signal de train d'impulsions. Ainsi, lorsqu'une machine simple doit être automatisée sur seulement deux ou trois axes sur des actionneurs électriques, les sorties d'impulsions peuvent être beaucoup plus faciles à configurer, à câbler et à programmer que l'utilisation de signaux analogiques. Cela peut également coûter moins cher que l’utilisation d’un mouvement en réseau tel qu’Ethernet/IP.

Jetons donc un coup d'œil au contrôle d'un moteur pas à pas ou d'un servo avec un pilote ou un amplificateur entre le contrôleur et le moteur en mettant l'accent sur les signaux d'impulsion utilisés par le contrôleur ou l'indexeur.

Bases du train d’impulsions

Les moteurs pas à pas et les versions de servomoteurs à commande par impulsions peuvent tourner dans les deux sens. Cela signifie qu'un contrôleur doit fournir, au minimum, deux signaux de commande au variateur. Il existe deux manières de fournir ces signaux, et différents fabricants les appellent différemment. Il existe deux manières courantes de faire référence aux deux schémas de signaux de commande que vous utilisez : le « mode 1P », également appelé « mode Pas/Direction », et le « mode 2P », appelé « mode CW/CCW » ou dans le sens des aiguilles d'une montre/dans le sens inverse des aiguilles d'une montre. mode. Les deux modes nécessitent deux signaux de commande du contrôleur au variateur.

En mode 1P, un signal de commande est un train d'impulsions ou un signal « étape ». L'autre signal est une entrée directionnelle. Si l'entrée directionnelle est activée et qu'un signal pulsé est présent sur l'entrée pas à pas, le moteur tourne dans le sens des aiguilles d'une montre. À l'inverse, si le signal de direction est désactivé et qu'un signal pulsé est présent sur l'entrée pas à pas, le moteur tourne dans l'autre sens, ou dans le sens inverse des aiguilles d'une montre. Le train d'impulsions est toujours sur la même entrée, quelle que soit la direction souhaitée.

En mode 2P, les deux signaux sont un train d'impulsions. Une seule entrée à la fois aura une fréquence, donc si le train d'impulsions CW est présent, le moteur tourne dans le sens horaire. Si le train d'impulsions CCW est présent, le moteur tourne CCW. L'entrée qui reçoit le train d'impulsions dépend de la direction souhaitée.

Les impulsions émises par le contrôleur font bouger le moteur. Le moteur fait tourner une unité incrémentielle pour chaque impulsion sur l'entrée d'impulsion du variateur. Par exemple, si un moteur pas à pas biphasé a 200 impulsions par tour (ppr), alors une impulsion fait tourner le moteur de 1/200 de tour ou 1,8 degrés, et 200 impulsions feront tourner le moteur d'un tour.

Bien entendu, différents moteurs ont des résolutions différentes. Les moteurs pas à pas peuvent être micro-pas, leur donnant plusieurs milliers d'impulsions par tour. De plus, les servomoteurs ont généralement plusieurs milliers d’impulsions par tour comme résolution minimale. Quelle que soit la résolution du moteur, une impulsion du contrôleur ou de l'indexeur lui fait tourner une seule unité incrémentielle.

La vitesse à laquelle un moteur tourne dépend de la fréquence ou de la vitesse des impulsions. Plus les impulsions sont rapides, plus le moteur tourne vite. Dans l'exemple ci-dessus, avec un moteur de 200 ppr, une fréquence de 200 impulsions par seconde (pps) ferait tourner le moteur à une rotation par seconde (rps) ou 60 rotations par minute (rpm). Plus il faut d'impulsions pour faire tourner le moteur d'un tour (ppr), plus les impulsions doivent être envoyées rapidement pour obtenir la même vitesse. Par exemple, un moteur de 1 000 ppr devrait avoir une fréquence d'impulsion aussi élevée que celle d'un moteur de 200 ppr pour atteindre le même régime. Le calcul est assez simple :

rps = pps/ppr (rotations par seconde = impulsions par seconde/impulsions par rotation)

tr/min = rps(60)

Contrôler les impulsions

La plupart des contrôleurs disposent d'une méthode pour déterminer si le moteur doit tourner dans le sens horaire ou antihoraire et contrôleront les signaux de manière appropriée. En d’autres termes, il n’est normalement pas nécessaire que le programmeur détermine quelles sorties activer. Par exemple, de nombreux automates disposent de fonctions permettant de contrôler le mouvement à l'aide d'un signal d'impulsion, et cette fonction contrôle automatiquement les sorties pour obtenir le sens de rotation correct, que le contrôleur soit configuré pour le mode 1P ou 2P.

Considérons deux mouvements comme exemple simple. Les deux mouvements comportent 1 000 impulsions. L’un est dans le sens positif, l’autre dans le sens négatif. Le contrôleur active les sorties appropriées, que 1P ou 2P soient utilisées, pour faire tourner le moteur dans le sens positif (généralement CW) lorsque le nombre d'impulsions commandées est de 1 000. D'un autre côté, si un programme commande -1 000 impulsions, le contrôleur active les sorties appropriées pour se déplacer dans le sens négatif (généralement CCW). Par conséquent, il n'est pas nécessaire que le programmeur contrôle le sens de rotation du moteur en utilisant le code du programme pour sélectionner les sorties à utiliser. Le contrôleur le fait automatiquement.

Les contrôleurs et les pilotes permettent généralement aux utilisateurs de sélectionner le type d'impulsion, soit par commutateur DIP, soit par paramètre de sélection logicielle. Il est important de s'assurer que le contrôleur et le pilote sont configurés de la même manière. Dans le cas contraire, le fonctionnement pourrait être irrégulier ou ne fonctionnerait pas du tout.

Mouvements absolus et incrémentaux

Les deux commandes de mouvement les plus courantes dans la programmation de contrôle de mouvement sont les commandes de mouvement incrémentielles et absolues. Le concept de mouvements absolus et incrémentaux confond de nombreux utilisateurs, quelle que soit la méthode de contrôle moteur utilisée. Mais cette information s'applique si le moteur est contrôlé par des impulsions, un signal analogique ou un réseau comme Ethernet/IP ou Ethercat.

Premièrement, si un moteur est équipé d'un encodeur, ses types de mouvements n'ont rien à voir avec le type d'encodeur. Deuxièmement, des mouvements absolus et incrémentaux peuvent être effectués, qu'il y ait un encodeur absolu ou incrémental ou qu'il n'y ait aucun encodeur du tout.

Lorsque vous utilisez un moteur pour déplacer un axe linéaire, tel qu'un actionneur à vis à billes, il existe (évidemment) une distance finie entre une extrémité de l'actionneur à l'autre. En d’autres termes, si le chariot se trouve à une extrémité de l’actionneur, le moteur ne peut tourner que pour se déplacer jusqu’à ce que le chariot atteigne l’extrémité opposée. C'est la longueur du trait. Par exemple, sur un actionneur avec une course de 200 mm, une extrémité de l'actionneur est normalement en position « zéro » ou position d'origine.

Un déplacement absolu transporte le chariot vers la position commandée quelle que soit sa position actuelle. Par exemple, si la position actuelle est zéro et que le mouvement commandé est de 100 mm, le contrôleur envoie suffisamment d'impulsions pour faire avancer l'actionneur jusqu'à la marque des 100 mm et s'arrêter.

Mais si la position actuelle de l'actionneur était de 150 mm, un mouvement absolu de 100 mm obligerait le contrôleur à envoyer des impulsions dans le sens négatif pour déplacer l'actionneur vers l'arrière de 50 mm et s'arrêter à la position de 100 mm.

Utilisations pratiques

Le problème le plus courant lié à l’utilisation du contrôle par impulsions réside dans le câblage. Les signaux sont souvent accidentellement câblés à l’envers. En mode 2P, cela signifie que la sortie CCW est connectée à l'entrée CW et vice-versa. En mode 1P, cela signifie que la sortie du signal d'impulsion est câblée à l'entrée de direction et que la sortie du signal de direction est connectée à l'entrée d'impulsion.

En mode 2P, cette erreur de câblage fait tourner le moteur dans le sens horaire lorsqu'il est commandé d'aller dans le sens anti-horaire et dans le sens anti-horaire lorsqu'il est commandé pour aller dans le sens horaire. En mode 1P, le problème est plus difficile à diagnostiquer. Si les signaux sont inversés, le contrôleur envoie un train d'impulsions à l'entrée de direction, ce qui ne fait rien. Il enverrait également un changement de direction (activer ou désactiver le signal en fonction de la direction) à l'entrée pas à pas, ce qui pourrait amener le moteur à faire tourner une impulsion. Une impulsion de mouvement est généralement assez difficile à voir.

L'utilisation du mode 2P facilite le dépannage et est généralement plus facile à comprendre pour ceux qui n'ont pas beaucoup d'expérience dans ce type de contrôle de mouvement.

Voici une méthode pour garantir que le moins de temps possible soit consacré au dépannage des axes d'impulsion et de direction. Cela permet aux ingénieurs de se concentrer sur une chose à la fois. Cela devrait vous éviter de passer des jours à essayer de comprendre quelle erreur de câblage empêche le mouvement pour découvrir que la fonction de sortie d'impulsions est mal configurée dans l'automate et que vous n'avez jamais émis d'impulsions.

1. Déterminez le mode d'impulsion à utiliser et utilisez le même mode pour tous les axes.

2. Réglez le contrôleur sur le mode approprié.

3. Réglez le lecteur sur le mode approprié.

4. Créez le programme le plus simple dans votre contrôleur (généralement une fonction Jog) afin que le moteur puisse recevoir l'ordre de tourner dans un sens ou dans l'autre à une vitesse lente.

5. Commandez un mouvement CW et surveillez les états du contrôleur pour indiquer que des impulsions sont émises.

–Il peut s'agir de LED sur les sorties du contrôleur ou d'indicateurs d'état comme l'indicateur d'occupation dans l'automate. Le compteur de sortie d'impulsions du contrôleur peut également être surveillé pour voir sa valeur changer.

–Le moteur n'a pas besoin d'être connecté aux impulsions de sortie.

6. Répétez le test dans le sens CCW.

7. Si la sortie d'impulsions dans les deux sens réussit, continuez. Sinon, il faut d'abord comprendre la programmation.

8. Câblez le contrôleur au pilote.

9. Joignez le moteur dans une direction. Si cela fonctionne, passez à l'étape 10. Si cela ne fonctionne pas, vérifiez le câblage.

10. Faites tourner le moteur dans la direction opposée. Si cela fonctionne, vous avez réussi. Si cela ne fonctionne pas, vérifiez le câblage.

De nombreuses heures ont été perdues lors de cette première phase car la fréquence d'impulsion est suffisamment basse pour faire tourner le moteur extrêmement lentement, comme 1/100 tr/s. Si la seule façon de savoir s'il fonctionne est d'observer l'arbre du moteur, il se peut qu'il ne semble pas se déplacer à faible vitesse, ce qui laisse croire qu'il n'émet pas d'impulsions. Il est préférable de calculer une vitesse sûre en fonction de la résolution du moteur et des paramètres d'application avant de définir la vitesse pour le test. Certains pensent qu’ils peuvent définir une vitesse utilisable simplement en devinant. Mais si le moteur a besoin de 10 000 impulsions pour faire un tour et que la fréquence d'impulsion est réglée à 1 000 pps, le moteur prendra 10 secondes. faire un tour. À l'inverse, si le moteur a besoin de 1 000 impulsions pour effectuer un tour et que la fréquence d'impulsion est réglée sur 1 000, le moteur effectuera un tour par seconde ou 60 tr/min. Cela peut être trop rapide pour le test si le moteur est attaché à une charge comme un actionneur à vis à billes avec une distance de mouvement limitée. Il est essentiel de surveiller les indicateurs qui révèlent que des impulsions sont émises (LED ou compteur d'impulsions).

Calculs pour une application pratique

Les utilisateurs se retrouvent souvent avec des IHM affichant la distance et la vitesse de la machine en unités d'impulsions plutôt qu'en unités techniques telles que les millimètres. Souvent, le programmeur est pressé de faire fonctionner la machine et ne prend pas le temps de déterminer les unités de la machine et de les convertir en unités d'ingénierie. Voici quelques conseils pour vous aider.

Si vous connaissez la résolution des pas du moteur (impulsions par tour) et le mouvement effectué par tour du moteur (mm), la constante d'impulsion de commande est calculée en résolution/distance par tour, ou en impulsions par tour/distance par tour.

La constante peut aider à déterminer le nombre d’impulsions nécessaires pour parcourir une distance spécifique :

Position actuelle (ou distance) = nombre d'impulsions/impulsions de commande constantes.

Pour convertir des unités techniques en impulsions, déterminez d’abord la constante qui détermine le nombre d’impulsions nécessaires pour un mouvement donné. Supposons que dans l'exemple ci-dessus, le moteur nécessite 500 impulsions pour faire un tour et qu'un tour équivaut à 10 mm. Le calcul de la constante peut être effectué en divisant 500 (ppr) par 10 (mm p/r). La constante est donc de 500 impulsions/10 mm ou 50 impulsions/mm.

Cette constante peut ensuite être utilisée pour calculer le nombre d'impulsions nécessaires pour un déplacement d'une distance donnée. Par exemple, pour déplacer 15 mm, 15 mm × 50 ppm = 750 impulsions.

Pour convertir une lecture du compteur d'impulsions en unités techniques, divisez simplement la valeur du compteur d'impulsions par la constante d'impulsion de commande. Ainsi, si le compteur d'impulsions indique 6 000, divisé par la constante d'impulsion de commande calculée à partir de l'exemple ci-dessus, la position de l'actionneur serait de 6 000 impulsions/50 ppm = 120 mm.

Pour commander une vitesse en mm et que le contrôleur calcule la fréquence appropriée en Hz (impulsions par seconde), la constante de vitesse doit d'abord être déterminée. Cela se fait en trouvant la constante de l'impulsion de commande (comme indiqué ci-dessus), mais les unités sont modifiées. En d'autres termes, si le moteur produit 500 ppr et que l'actionneur bouge de 10 mm par tour, alors si 500 impulsions par seconde sont commandées, l'actionneur se déplacera de 10 mm par seconde. En divisant 500 impulsions par seconde par 10 mm par seconde, on obtient 50 impulsions par seconde par mm. Par conséquent, en multipliant la vitesse cible par 50, on obtient la fréquence d’impulsion appropriée.

Les formules sont les mêmes, mais les unités changent :

Constante de vitesse en pps = impulsions par tour/distance par tour

Vitesse d'impulsion (pps) = (constante de vitesse) × vitesse en mm

Utiliser une configuration qui utilise des signaux de train d'impulsions pour contrôler le mouvement peut sembler intimidant au début, cependant, prêter une attention particulière aux types de signaux et aux paramètres du contrôleur et des variateurs au début peut réduire le temps passé à le faire fonctionner. De plus, si l’on prend le temps d’effectuer immédiatement quelques calculs de base, la programmation des vitesses et des distances sera plus facile et les opérateurs de machines disposeront d’informations plus intuitives affichées sur leur IHM.