Per l'automazione di macchine che richiedono solo da due a tre assi di attuatori elettrici, le uscite degli impulsi possono essere il modo più semplice da percorrere.

L'uso delle uscite di impulsi da un PLC è un modo economico per ottenere un movimento semplice. La maggior parte, se non tutti, i produttori di PLC forniscono un modo per controllare servi e stepper utilizzando un segnale del treno a impulsi. Quindi, quando una semplice macchina deve essere automatizzata solo su due o tre assi su attuatori elettrici, le uscite degli impulsi possono essere molto più facili da impostare, filo e programma rispetto all'utilizzo di segnali analogici. Può anche costare meno rispetto all'utilizzo di movimenti in rete come Ethernet /IP.

Quindi diamo un'occhiata al controllo di un motore passo -passo o servo con un driver o un amplificatore tra il controller e il motore con l'enfasi sui segnali di impulso utilizzati dal controller o dall'indicizzatore.

Nozioni di base sul treno di polso

I motori a passo di passo e le versioni controllate da impulsi di servomotori possono ruotare in entrambe le direzioni. Ciò significa che un controller deve fornire, come minimo, due segnali di controllo all'unità. Esistono due modi per fornire questi segnali e diversi produttori li chiamano cose diverse. Esistono due modi comuni per fare riferimento ai due schemi di segnale di controllo che si stanno usando: "Modalità 1P", AKA come "Modalità Step/Direzione" e "Modalità 2P", che si chiama "Modalità CW/CCW" o in senso orario/in senso antiorario. Entrambe le modalità richiedono due segnali di controllo dal controller all'unità.

In modalità 1p, un segnale di controllo è un treno di impulsi o un segnale "Step". L'altro segnale è un ingresso direzionale. Se l'ingresso direzionale è acceso e un segnale pulsato è presente sull'ingresso del passaggio, il motore ruota in senso orario. Al contrario, se il segnale di direzione è spento e un segnale pulsato è presente sull'ingresso del gradino, il motore ruota l'altra direzione o in senso antiorario. Il treno di impulsi è sempre sullo stesso input, indipendentemente dalla direzione desiderata.

In modalità 2P, entrambi i segnali sono un treno a impulsi. Solo un input alla volta avrà una frequenza, quindi se è presente il treno di impulsi CW, il motore ruota CW. Se è presente il treno a impulsi CCW, il motore ruota CCWS. Quale input riceve il treno a impulsi dipende dalla direzione desiderata.

Gli impulsi che usciranno dal controller fanno muovere il motore. Il motore ruota un'unità incrementale per ogni impulso sull'ingresso dell'impulso dell'unità. Ad esempio, se un motore a passo a due fasi ha 200 impulsi per rivoluzione (PPR), allora un impulso fa ruotare il motore 1/200 di una rivoluzione o 1,8 gradi e 200 impulsi faranno ruotare il motore una rivoluzione.

Naturalmente, motori diversi hanno risoluzioni diverse. I motori a passo di passo possono essere micro-step, dando loro molte migliaia di impulsi per rivoluzione. Inoltre, i servi motori hanno generalmente molte migliaia di impulsi per rivoluzione come risoluzione minima. Indipendentemente dalla risoluzione del motore, un impulso dal controller o dall'indicizzatore lo fa ruotare solo un'unità incrementale.

La velocità con cui un motore ruota dipende dalla frequenza o dalla velocità degli impulsi. Più velocemente gli impulsi, più velocemente gira il motore. Nell'esempio sopra, con un motore che ha 200 PPR, una frequenza di 200 impulsi al secondo (PPS) ruoterebbe il motore a una rotazione al secondo (RPS) o 60 rotazioni al minuto (RPM). Più impulsi necessari per trasformare il motore One Revolution (PPR), più velocemente gli impulsi devono essere inviati per ottenere la stessa velocità. Ad esempio, un motore con 1.000 PPR dovrebbe avere i tempi di frequenza degli impulsi più alti di quello di un motore con 200 PPR per andare allo stesso RPM. La matematica è piuttosto semplice:

RPS = PPS/PPR (rotazioni al secondo = impulsi al secondo/impulsi per rotazione)

RPM = RPS (60)

Controllo degli impulsi

La maggior parte dei controller ha un metodo per determinare se il motore deve ruotare CW o CCW e controllerà i segnali in modo appropriato. In altre parole, normalmente non è necessario affinché il programmatore capisca quali uscite si accendono. Ad esempio, molti PLC hanno funzioni per il controllo del movimento usando un segnale di impulso e tale funzione controlla automaticamente le uscite per ottenere la corretta direzione di rotazione indipendentemente dal fatto che il controller sia configurato per la modalità 1p o 2p.

Considera due mosse come un semplice esempio. Entrambe le mosse sono 1.000 impulsi. Uno è nella direzione positiva, l'altro nella direzione negativa. Il controller accende le uscite appropriate, che vengano utilizzati 1p o 2p, per far ruotare il motore nella direzione positiva (di solito CW) quando il numero di impulsi comandati è 1.000. D'altra parte, se un programma comanda -1000 impulsi, il controller accende le uscite appropriate per muoversi nella direzione negativa (di solito CCW). Pertanto, non è necessario che il programmatore controlli la direzione della rotazione del motore utilizzando il codice nel programma per selezionare quali uscite da utilizzare. Il controller lo fa automaticamente.

I controller e i driver hanno generalmente un modo per gli utenti di selezionare il tipo di impulso, tramite impostazione di selezione Switch o software. È importante garantire che il controller e il driver siano impostati allo stesso modo. In caso contrario, il funzionamento potrebbe essere irregolare o non funzionerà affatto.

Mosse assolute e incrementali

I due comandi di movimento più comuni nella programmazione del controllo del movimento sono comandi di mossa incrementale e assoluta. Il concetto di mosse assolute e incrementali confonde molti utenti indipendentemente dal metodo di controllo del motore utilizzato. Ma queste informazioni si applicano se il motore è controllato con impulsi, un segnale analogico o una rete come Ethernet/IP o Ethercat.

Innanzitutto, se un motore ha un encoder su di esso, i suoi tipi di mosse non hanno nulla a che fare con il tipo di codificatore. In secondo luogo, si possono fare mosse assolute e incrementali, se esiste un codificatore assoluto o incrementale o nessun encoder.

Quando si utilizza un motore per spostare un asse lineare, come un attuatore a vite a sfera, c'è (ovviamente) una distanza finita tra un'estremità dell'attuatore all'altra. In altre parole, se il carrello è a un'estremità dell'attuatore, il motore può essere ruotato solo per muoversi fino a quando il carrello raggiunge l'estremità opposta. Questa è la lunghezza della corsa. Ad esempio, su un attuatore con 200 mm di viaggio, un'estremità dell'attuatore è normalmente lo "zero" o la posizione domestica.

Una mossa assoluta trasporta il trasporto nella posizione comandata indipendentemente dalla sua posizione attuale. Ad esempio, se la posizione corrente è zero e la mossa comandata è a 100 mm, il controller invia abbastanza impulsi per spostare l'attuatore in avanti sul segno da 100 mm e fermarsi.

Ma se l'attuale posizione dell'attuatore fosse di 150 mm, una mossa assoluta di 100 mm farebbe inviare il controller a impulsi nella direzione negativa per spostare l'attuatore all'indietro 50 mm e fermarsi nella posizione di 100 mm.

Usi pratici

Il problema più comune con l'utilizzo del controllo dell'impulso è nel cablaggio. I segnali spesso vengono accidentalmente cablati al contrario. In modalità 2P, ciò significa che l'output CCW è collegato all'ingresso CW e al viceversa. In modalità 1p, significa che l'uscita del segnale dell'impulso è cablata sull'ingresso di direzione e l'uscita del segnale di direzione è collegata all'ingresso dell'impulso.

In modalità 2P, questo errore di cablaggio fa girare il motore CW quando è stato comandato di andare CCW e CCW quando è stato comandato di andare CW. In modalità 1p, il problema è più difficile da diagnosticare. Se i segnali vengono scambiati, il controller invia un treno a impulsi all'input di direzione, che non fa nulla. Invierebbe anche una modifica della direzione (attivare o disattivare il segnale a seconda della direzione) sull'ingresso del passaggio che può causare la ruota di un impulso. Un impulso di movimento è di solito piuttosto difficile da vedere.

L'uso della modalità 2P semplifica la risoluzione dei problemi e di solito è più facile da capire per coloro che hanno molta esperienza in questo tipo di controllo del movimento.

Ecco un metodo per garantire che il minor tempo possibile venga trascorso i problemi di impulso e assi di direzione. Permette agli ingegneri di concentrarsi su una cosa alla volta. Ciò dovrebbe impedirti di trascorrere giorni a cercare di capire quale errore di cablaggio impedisce il movimento solo per scoprire che la funzione di uscita dell'impulso è configurata in modo errato nel PLC e non si stavano mai eliminando gli impulsi.

1. Determinare la modalità impulso da utilizzare e utilizzare la stessa modalità per tutti gli assi.

2. Impostare il controller per la modalità corretta.

3. Impostare l'unità per la modalità corretta.

4. Creare il programma più semplice nel controller (di solito una funzione jogging) in modo che il motore possa essere comandato di ruotare in una direzione o nell'altra a una velocità a lenta velocità.

5. Comporre un movimento CW e guardare qualsiasi stato nel controller per indicare che gli impulsi vengono emessi.

–Questo potrebbe essere LED sulle uscite dal controller o flag di stato come la bandiera impegnata nel PLC. Il contatore dell'uscita dell'impulso nel controller può anche essere monitorato per vedere che sta cambiando il valore.

–Il motore non deve essere collegato agli impulsi di uscita.

6. Ripetere il test nella direzione CCW.

7. Se si verifica esito posizionando gli impulsi in entrambe le direzioni, vai avanti. In caso contrario, la programmazione deve essere capita prima.

8. Collegare il controller al driver.

9. Jog Motor in una direzione. Se funziona, vai al passaggio 10. Se non funziona, controlla il cablaggio.

10. Jog the Motor nella direzione opposta. Se funziona, ci sei riuscito. Se non funziona, controlla il cablaggio.

Molte ore sono state sprecate in questa prima fase perché la frequenza dell'impulso è abbastanza bassa da far girare il motore estremamente lentamente, come 1/100 RPS. Se l'unico modo in cui puoi dire se è funzionante è guardare l'albero del motore, potrebbe non sembrare che si stia muovendo a bassa velocità, portando a credere che non stia mettendo fuori impulsi. È meglio calcolare una velocità sicura in base alla risoluzione del motore e ai parametri dell'applicazione prima che la velocità sia impostata per il test. Alcuni credono di poter impostare una velocità utilizzabile solo indovinando. Ma se il motore ha bisogno di 10.000 impulsi per ruotare una rivoluzione e la frequenza dell'impulso è impostata a 1.000 pps, il motore richiederà 10 sec. per spostare una rivoluzione. Al contrario, se il motore ha bisogno di 1.000 impulsi per spostare una rivoluzione e la frequenza dell'impulso è impostata su 1.000, il motore sposterà una rivoluzione al secondo o 60 giri / min. Potrebbe essere troppo veloce per il test se il motore è collegato a un carico come un attuatore a vite a sfera con una distanza di movimento limitata. È fondamentale guardare gli indicatori che rivelano che gli impulsi vengono emettiti (LED o contatore di impulsi).

Calcoli per l'applicazione pratica

Gli utenti spesso finiscono con HMI che mostrano la distanza e la velocità della macchina in unità di impulsi piuttosto che unità ingegneristiche come millimetri. Spesso il programmatore viene affrettato a far funzionare la macchina e non si prende il tempo di determinare le unità della macchina e convertirle in unità ingegneristiche. Ecco alcuni suggerimenti per aiutare con questo.

Se conosci la risoluzione del passo del motore (impulsi per rivoluzione) e il movimento effettuato per rivoluzione del motore (mm), la costante di impulso di comando viene calcolata come risoluzione/distanza per rivoluzione o impulsi per rivoluzione/distanza per rivoluzione.

La costante può aiutare a trovare quanti impulsi sono necessari per spostare una distanza specifica:

Posizione corrente (o distanza) = conteggio dell'impulso/impulsi di comando costante.

Per convertire le unità ingegneristiche in impulsi, determinare prima la costante che determina il numero di impulsi necessari per una determinata mossa. Supponiamo che nell'esempio sopra il motore richieda 500 impulsi per ruotare una rivoluzione e una rivoluzione è di 10 mm. Il calcolo della costante può essere fatto dividendo 500 (PPR) di 10 (mm P/R). Quindi la costante è di 500 impulsi/10 mm o 50 impulsi/mm.

Questa costante può quindi essere utilizzata per calcolare il numero di impulsi necessari per una mossa di una determinata distanza. Ad esempio, per spostare 15 mm, 15 mm × 50 ppm = 750 impulsi.

Per convertire una lettura di un contatore di impulsi in unità ingegneristiche, basta dividere il valore del contatore dell'impulso in base alla costante di impulsi di comando. Pertanto, se il contatore degli impulsi legge 6.000, diviso per la costante di impulsi di comando calcolato dall'esempio sopra, la posizione dell'attuatore sarebbe di 6.000 impulsi/50 ppm = 120 mm.

Per comandare una velocità in mm e consentire al controller di calcolare la frequenza corretta in Hz (impulsi al secondo), la costante di velocità deve prima essere determinata. Questo viene fatto trovando la costante di impulsi di comando (come mostrato sopra), ma le unità vengono modificate. In altre parole, se il motore emette 500 PPR e l'attuatore sposta 10 mm per rivoluzione, quindi se vengono comandati 500 impulsi al secondo, l'attuatore si sposterà 10 mm al secondo. La divisione di 500 impulsi al secondo per 10 mm al secondo risulta in 50 impulsi al secondo per mm. Pertanto, moltiplicando la velocità target per 50 comporta la corretta frequenza dell'impulso.

Le formule sono le stesse, ma le unità cambiano:

Costante di velocità in PPS = impulsi per rivoluzione/distanza per rivoluzione

Velocità di impulso (pps) = (costante di velocità) × velocità in mm

L'uso di una configurazione che utilizza i segnali del treno di impulsi per controllare il movimento potrebbe sembrare inizialmente scoraggiante, tuttavia, prestando molta attenzione ai tipi di segnale e alle impostazioni sul controller e le unità all'inizio può ridurre il tempo trascorso a farlo funzionare. Inoltre, se ci si prende il tempo per eseguire immediatamente alcuni calcoli di base, la programmazione delle velocità e delle distanze sarà più semplice e gli operatori di macchine avranno informazioni più intuitive visualizzate sui loro HMI.