2 ～ 3 軸の電動アクチュエータのみを必要とする自動化機械の場合、パルス出力が最も簡単な方法である可能性があります。

PLC からのパルス出力を使用することは、シンプルなモーションを実現するためのコスト効率の高い方法です。すべてではないにしても、ほとんどの PLC メーカーは、パルス列信号を使用してサーボとステッパーを制御する方法を提供しています。したがって、単純な機械を電動アクチュエータの 2 軸または 3 軸のみで自動化する必要がある場合、パルス出力はアナログ信号を使用するよりもセットアップ、配線、プログラムがはるかに簡単です。また、イーサネット/IP などのネットワーク化されたモーションを使用するよりもコストが安くなる可能性があります。

そこで、コントローラとモータの間にドライバやアンプを介してステッピングモータやサーボを制御する方法を、コントローラやインデクサからのパルス信号に注目して見てみましょう。

パルストレインの基本

ステッピング モーターとサーボ モーターのパルス制御バージョンは両方向に回転できます。これは、コントローラーが少なくとも 2 つの制御信号をドライブに提供する必要があることを意味します。これらの信号を提供するには 2 つの方法があり、メーカーによって呼び方が異なります。使用している 2 つの制御信号スキームを参照する一般的な方法は 2 つあります。「1P モード」(別名「ステップ/方向モード」)、および「2P モード」(「CW/CCW モード」または時計回り/反時計回りと呼ばれます) です。モード。どちらのモードでも、コントローラーからドライブへの 2 つの制御信号が必要です。

1P モードでは、1 つの制御信号はパルス列または「ステップ」信号です。もう 1 つの信号は方向性入力です。方向入力がオンで、パルス信号がステップ入力に存在する場合、モーターは時計回りに回転します。逆に、方向信号がオフでパルス信号がステップ入力に存在する場合、モーターは反対方向、つまり反時計回りに回転します。どの方向が望まれるかに関係なく、パルス列は常に同じ入力にあります。

2P モードでは、両方の信号がパルス列になります。周波数を持つ入力は一度に 1 つだけであるため、CW パルス列が存在する場合、モーターは CW に回転します。 CCW パルス列が存在する場合、モーターは CCW 回転します。どの入力がパルス列を受信するかは、目的の方向によって異なります。

コントローラーから出力されるパルスによってモーターが動きます。モーターは、ドライブのパルス入力のパルスごとに 1 増分ユニットを回転させます。たとえば、2 相ステッピング モーターの 1 回転あたりのパルス数 (ppr) が 200 の場合、1 パルスでモーターは 1/200 回転または 1.8 度回転し、200 パルスでモーターは 1 回転します。

もちろん、モーターが異なれば解像度も異なります。ステッピング モーターはマイクロステップで動作し、1 回転あたり数千のパルスを与えることができます。さらに、サーボ モーターは通常、最小分解能として 1 回転あたり数千のパルスを持ちます。モーターの分解能に関係なく、コントローラーまたはインデクサーからのパルスにより、モーターは 1 つの増分ユニットのみを回転させます。

モーターの回転速度は、パルスの周波数、つまり速度によって異なります。パルスが速いほど、モーターの回転も速くなります。上の例では、200 ppr のモーターの場合、200 パルス/秒 (pps) の周波数により、モーターは 1 秒あたり 1 回転 (rps) または 1 分あたり 60 回転 (rpm) で回転します。モーターを 1 回転 (ppr) 回転させるのに必要なパルスが多いほど、同じ速度を得るにはより速くパルスを送信する必要があります。たとえば、1,000 ppr のモーターが同じ rpm になるには、200 ppr のモーターのパルス周波数の 1 倍高いパルス周波数が必要になります。計算は非常に簡単です。

rps = pps/ppr (1​​ 秒あたりの回転数 = 1 秒あたりのパルス数/1 回転あたりのパルス数)

rpm = rps(60)

パルスを制御する

ほとんどのコントローラーには、モーターを時計回りに回転させるか反時計回りに回転させるかを決定する方法があり、信号を適切に制御します。言い換えれば、通常、プログラマはどの出力をオンにするかを判断する必要はありません。例えば、多くの PLC にはパルス信号を使用してモーションを制御する機能があり、その機能により、コントローラーが 1P モードまたは 2P モードに設定されていても、正しい回転方向が得られるように出力が自動的に制御されます。

簡単な例として 2 つの動きを考えてみましょう。どちらの技も1,000パルスです。 1 つはプラス方向、もう 1 つはマイナス方向です。コントローラは、1P または 2P のどちらが使用されているかに関係なく、指令されたパルス数が 1,000 の場合に、モーターを正方向 (通常は CW) に回転させるために適切な出力をオンにします。一方、プログラムが -1,000 パルスを指令した場合、コントローラーは適切な出力をオンにして負の方向 (通常は CCW) に移動します。したがって、プログラマーはプログラム内のコードを使用して、使用する出力を選択することによってモーターの回転方向を制御する必要はありません。コントローラーはそれを自動的に行います。

コントローラとドライバは通常、ディップスイッチまたはソフトウェア選択設定により、ユーザーがパルスタイプを選択する方法を備えています。コントローラーとドライバーが同じように設定されていることを確認することが重要です。そうしないと、動作が不安定になるか、まったく動作しなくなる可能性があります。

絶対移動と増分移動

モーション コントロール プログラミングで最も一般的な 2 つの移動コマンドは、インクリメンタル移動コマンドと絶対移動コマンドです。絶対移動と増分移動の概念は、使用されるモーター制御方法に関係なく、多くのユーザーを混乱させます。ただし、この情報は、モーターがパルス、アナログ信号、または Ethernet/IP や Ethercat などのネットワークで制御されるかどうかに当てはまります。

まず、モーターにエンコーダーが付いている場合、その動きのタイプはエンコーダーのタイプとは関係ありません。第 2 に、アブソリュートおよびインクリメンタル移動は、アブソリュートまたはインクリメンタル エンコーダがあっても、エンコーダがまったくなくても実行できます。

ボールねじアクチュエータなどの直線軸を動かすためにモータを使用する場合、アクチュエータの一端から他端までの距離は（明らかに）有限です。言い換えれば、キャリッジがアクチュエーターの一端にある場合、モーターはキャリッジが反対側の端に到達するまで回転して移動することができます。これがストローク長さです。たとえば、移動量が 200 mm のアクチュエータでは、通常、アクチュエータの一端が「ゼロ」つまりホーム ポジションになります。

絶対移動では、キャリッジは現在位置に関係なく、コマンドの位置に移動します。たとえば、現在位置がゼロで、指令された移動が 100 mm である場合、コントローラはアクチュエータを 100 mm のマークまで前進させて停止するのに十分なパルスを送信します。

しかし、アクチュエータの現在位置が 150 mm の場合、100 mm の絶対移動により、コントローラは負の方向にパルスを送信して、アクチュエータを 50 mm 後方に移動させ、100 mm の位置で停止します。

実用的な用途

パルス制御の使用で最も一般的な問題は配線にあります。信号が誤って逆に配線されてしまうことがよくあります。 2P モードでは、CCW 出力が CW 入力に接続され、その逆も同様です。 1P モードでは、パルス信号出力が方向入力に配線され、方向信号出力がパルス入力に接続されることを意味します。

2P モードでは、この配線の間違いにより、モーターは CCW に進むように命令された場合は CW に回転し、CW に進むように命令された場合には CCW に回転します。 1P モードでは、問題の診断がより困難になります。信号が交換された場合、コントローラーは方向入力にパルス列を送信しますが、何も行われません。また、方向変化 (方向に応じて信号をオンまたはオフにする) をステップ入力に送信し、モーターにパルスを回転させる可能性があります。通常、動きの 1 つのパルスを確認するのは非常に困難です。

2P モードを使用するとトラブルシューティングが容易になり、通常、このタイプのモーション コントロールの経験があまりない人にとっても理解しやすくなります。

ここでは、パルス軸と方向軸のトラブルシューティングに費やす時間を最小限に抑えるための方法を示します。これにより、エンジニアは一度に 1 つのことに集中できます。これにより、どの配線ミスが動作を妨げているのかを調べるのに何日も費やした結果、PLC のパルス出力機能が正しく設定されておらず、パルスを出力していなかったことが判明するという事態を避けることができます。

1. 使用するパルスモードを決定し、すべての軸で同じモードを使用します。

2. コントローラーを適切なモードに設定します。

3. ドライブを適切なモードに設定します。

4. コントローラーで最も単純なプログラム (通常はジョグ機能) を作成し、モーターが一方向または他方向に低速で回転するように命令できるようにします。

5. CW 動作を命令し、パルスが出力されていることを示すコントローラのステータスを監視します。

–これは、コントローラーからの出力の LED、または PLC のビジー フラグなどのステータス フラグである可能性があります。コントローラーのパルス出力カウンターを監視して、値の変化を確認することもできます。

–モーターをパルス出力に接続する必要はありません。

6. CCW 方向にテストを繰り返します。

7. 両方向へのパルスの出力が成功した場合は、次に進みます。そうでない場合は、まずプログラミングを理解する必要があります。

8. コントローラーをドライバーに配線します。

9. モーターを一方向にジョグします。動作する場合は、手順 10 に進みます。動作しない場合は、配線を確認してください。

10. モーターを反対方向にジョグします。それがうまくいけば、成功したことになります。動作しない場合は配線を確認してください。

パルス周波数が十分に低いため、モーターの回転が 1/100 rps のように非常に遅くなるため、この最初の段階では多くの時間が無駄になりました。が動作しているかどうかを判断できる唯一の方法がモーター シャフトを観察することである場合、モーター シャフトが低速で動いているようには見えず、パルスを出していないと思われる可能性があります。テスト用に速度を設定する前に、モーターの分解能とアプリケーションのパラメーターに基づいて安全な速度を計算することが最善です。推測だけで使用可能な速度を設定できると信じている人もいます。ただし、モーターが 1 回転するのに 10,000 パルスが必要で、パルス周波数が 1,000 pps に設定されている場合、モーターには 10 秒かかります。 1回転動かすこと。逆に、モーターが 1 回転するのに 1,000 パルスが必要で、パルス周波数が 1,000 に設定されている場合、モーターは 1 秒あたり 1 回転、つまり 60 rpm で動きます。モーターがボールねじアクチュエーターのような動作距離が限られた負荷に取り付けられている場合、これはテストには速すぎる可能性があります。パルスが出力されていることを示すインジケーター (LED またはパルスカウンター) を監視することが重要です。

実用化に向けた計算

ユーザーは、多くの場合、ミリメートルなどの工学単位ではなく、パルス単位で機械の距離と速度を表示する HMI を使用することになります。多くの場合、プログラマーは機械を動作させることに追われて、機械単位を決定して工学単位に変換する時間を取らないことがあります。これを解決するためのヒントをいくつか紹介します。

モータのステップ分解能（1回転あたりのパルス数）とモータ1回転あたりの移動量（mm）がわかれば、指令パルス定数は分解能／1回転あたりの距離、または1回転あたりのパルス数／1回転あたりの距離で計算されます。

定数は、特定の距離を移動するのに必要なパルス数を見つけるのに役立ちます。

現在位置（または距離）＝パルス数／指令パルス数一定。

工学単位をパルスに変換するには、まず、特定の移動に必要なパルス数を決定する定数を決定します。上の例では、モーターが 1 回転するのに 500 パルスが必要で、1 回転が 10 mm であると仮定します。定数の計算は、500 (ppr) を 10 (mm p/r) で割ることによって行うことができます。したがって、定数は 500 パルス/10 mm、または 50 パルス/mm です。

この定数を使用して、特定の距離の移動に必要なパルス数を計算できます。たとえば、15 mm 移動するには、15 mm × 50 ppm = 750 パルスとなります。

パルス カウンタの読み取り値を工学単位に変換するには、パルス カウンタの値をコマンド パルス定数で割るだけです。したがって、パルス カウンタの読み取り値が 6,000 の場合、それを上記の例から計算されたコマンド パルス定数で割ると、アクチュエータの位置は 6,000 パルス/50 ppm = 120 mm になります。

mm 単位で速度を指令し、コントローラに Hz (1 秒あたりのパルス数) 単位で適切な周波数を計算させるには、まず速度定数を決定する必要があります。これは、コマンド パルス定数 (上に示したように) を見つけることによって行われますが、単位が変更されます。言い換えれば、モーターが 500 ppr を出力し、アクチュエーターが 1 回転あたり 10 mm 移動する場合、1 秒あたり 500 パルスが指令されると、アクチュエーターは 1 秒あたり 10 mm 移動します。 500 パルス/秒を 10 mm/秒で割ると、1 mm あたり 50 パルス/秒になります。したがって、目標速度を 50 倍すると、適切なパルス周波数が得られます。

式は同じですが、単位が異なります。

速度定数 (pps) = 1 回転あたりのパルス/1 回転あたりの距離

パルス速度 (pps) = (速度定数) × 速度 (mm)

モーションを制御するためにパルス列信号を使用するセットアップを使用することは、最初は気が遠くなるように思えるかもしれませんが、最初に信号の種類とコントローラーとドライブの設定に細心の注意を払うことで、動作にかかる時間を短縮できます。さらに、時間をかけて基本的な計算をすぐに実行できれば、速度と距離のプログラミングが容易になり、機械オペレーターは HMI に表示される情報をより直観的に知ることができます。