2~3개의 전동 액추에이터 축만 필요한 자동화 기계의 경우 펄스 출력이 가장 간단한 방법일 수 있습니다.

PLC의 펄스 출력을 사용하는 것은 간단한 동작을 얻는 비용 효율적인 방법입니다. 전부는 아니지만 대부분의 PLC 제조업체는 펄스열 신호를 사용하여 서보 및 스테퍼를 제어하는 ​​방법을 제공합니다. 따라서 간단한 기계를 전동 액추에이터의 2개 또는 3개 축에서만 자동화해야 하는 경우 아날로그 신호를 사용하는 것보다 펄스 출력을 설정, 배선 및 프로그래밍하는 것이 훨씬 쉬울 수 있습니다. 또한 이더넷/IP와 같은 네트워크 모션을 사용하는 것보다 비용이 적게 들 수 있습니다.

따라서 컨트롤러나 인덱서에서 사용되는 펄스 신호에 중점을 두고 컨트롤러와 모터 사이에 드라이버나 증폭기를 사용하여 스테퍼 모터나 서보를 제어하는 ​​방법을 살펴보겠습니다.

펄스열 기본 사항

스테퍼 모터와 펄스 제어 버전의 서보 모터는 양방향으로 회전할 수 있습니다. 이는 컨트롤러가 드라이브에 최소한 두 개의 제어 신호를 제공해야 함을 의미합니다. 이러한 신호를 제공하는 방법에는 두 가지가 있으며 제조업체마다 신호를 다르게 부릅니다. 사용 중인 두 가지 제어 신호 체계를 참조하는 두 가지 일반적인 방법이 있습니다. "1P 모드"("Step/Direction 모드"라고도 함)와 "2P 모드"("CW/CCW 모드" 또는 시계 방향/반시계 방향이라고 함) 방법. 두 모드 모두 컨트롤러에서 드라이브까지 두 개의 제어 신호가 필요합니다.

1P 모드에서 하나의 제어 신호는 펄스열 또는 "스텝" 신호입니다. 다른 신호는 방향 입력입니다. 방향 입력이 켜져 있고 스텝 입력에 펄스 신호가 있으면 모터가 시계 방향으로 회전합니다. 반대로 방향 신호가 꺼지고 스텝 입력에 펄스 신호가 있으면 모터는 반대 방향, 즉 시계 반대 방향으로 회전합니다. 펄스열은 원하는 방향에 관계없이 항상 동일한 입력에 있습니다.

2P 모드에서는 두 신호 모두 펄스열입니다. 한 번에 하나의 입력에만 주파수가 있으므로 CW 펄스열이 있으면 모터가 CW로 회전합니다. CCW 펄스열이 있는 경우 모터는 CCW를 회전합니다. 펄스열을 수신하는 입력은 원하는 방향에 따라 다릅니다.

컨트롤러에서 출력되는 펄스는 모터를 움직입니다. 모터는 드라이브의 펄스 입력의 모든 펄스에 대해 1 증분 단위를 회전시킵니다. 예를 들어, 2상 스테핑 모터가 회전당 펄스(ppr)가 200개인 경우, 1펄스는 모터를 1회전의 1/200, 즉 1.8도 회전하게 하고, 200펄스는 모터를 1회전 회전시킵니다.

물론 모터마다 해상도가 다릅니다. 스테퍼 모터는 마이크로 스텝화되어 회전당 수천 개의 펄스를 제공할 수 있습니다. 또한 서보 모터는 일반적으로 최소 분해능으로 회전당 수천 개의 펄스를 갖습니다. 모터 분해능에 관계없이 컨트롤러나 인덱서의 펄스는 하나의 증분 단위만 회전시킵니다.

모터가 회전하는 속도는 펄스의 주파수 또는 속도에 따라 달라집니다. 펄스가 빠를수록 모터 회전 속도가 빨라집니다. 위의 예에서 200ppr의 모터를 사용하면 200pps(초당 펄스)의 주파수로 모터가 초당 1회전(rps) 또는 분당 60회전(rpm)으로 회전합니다. 모터를 1회전(ppr)하는 데 필요한 펄스가 많을수록 동일한 속도를 얻으려면 펄스를 더 빠르게 보내야 합니다. 예를 들어, 1,000ppr의 모터는 동일한 rpm으로 이동하려면 200ppr의 모터보다 더 높은 펄스 주파수 시간을 가져야 합니다. 수학은 매우 간단합니다.

rps = pps/ppr(초당 회전수 = 초당 펄스수/회전당 펄스수)

rpm = rps(60)

펄스 제어

대부분의 컨트롤러에는 모터가 CW 또는 CCW로 회전해야 하는지 결정하는 방법이 있으며 신호를 적절하게 제어합니다. 즉, 일반적으로 프로그래머가 어떤 출력을 켤지 알아낼 필요가 없습니다. 예를 들어, 많은 PLC에는 펄스 신호를 사용하여 모션을 제어하는 ​​기능이 있으며, 이 기능은 컨트롤러가 1P 모드로 구성되어 있는지 2P 모드로 구성되어 있는지에 관계없이 자동으로 출력을 제어하여 올바른 회전 방향을 얻습니다.

간단한 예로 두 가지 동작을 생각해 보세요. 두 동작 모두 1,000펄스입니다. 하나는 양의 방향이고 다른 하나는 음의 방향입니다. 컨트롤러는 명령된 펄스 수가 1,000일 때 모터가 양의 방향(보통 CW)으로 회전하도록 1P 또는 2P를 사용하는지에 관계없이 적절한 출력을 켭니다. 반면에 프로그램이 -1,000 펄스를 명령하면 컨트롤러는 해당 출력을 켜서 음의 방향(보통 CCW)으로 이동합니다. 따라서 프로그래머가 사용할 출력을 선택하기 위해 프로그램의 코드를 사용하여 모터 회전 방향을 제어할 필요가 없습니다. 컨트롤러가 자동으로 이를 수행합니다.

컨트롤러와 드라이버에는 일반적으로 사용자가 딥 스위치나 소프트웨어 선택 설정을 통해 펄스 유형을 선택할 수 있는 방법이 있습니다. 컨트롤러와 드라이버가 동일하게 설정되어 있는지 확인하는 것이 중요합니다. 그렇지 않으면 작동이 불규칙하거나 전혀 작동하지 않을 수 있습니다.

절대 및 증분 이동

모션 제어 프로그래밍에서 가장 일반적인 두 가지 이동 명령은 증분 이동 명령과 절대 이동 명령입니다. 절대 및 증분 이동의 개념은 사용된 모터 제어 방법에 관계없이 많은 사용자를 혼란스럽게 합니다. 하지만 이 정보는 모터가 펄스, 아날로그 신호 또는 이더넷/IP나 Ethercat과 같은 네트워크로 제어되는지 여부에 관계없이 적용됩니다.

첫째, 모터에 인코더가 있는 경우 모터의 이동 유형은 인코더 유형과 아무 관련이 없습니다. 둘째, 절대 또는 증분 인코더가 있거나 인코더가 전혀 없더라도 절대 및 증분 이동을 수행할 수 있습니다.

볼 스크류 액추에이터와 같은 선형 축을 이동하기 위해 모터를 사용할 때 액추에이터의 한쪽 끝과 다른 쪽 끝 사이에는 (분명히) 유한한 거리가 있습니다. 즉, 캐리지가 액추에이터의 한쪽 끝에 있는 경우 모터는 캐리지가 반대쪽 끝에 도달할 때까지만 회전하여 이동할 수 있습니다. 이것이 스트로크 길이입니다. 예를 들어, 이동 거리가 200mm인 액추에이터의 경우 액추에이터의 한쪽 끝은 일반적으로 "0" 또는 홈 위치입니다.

절대 이동은 현재 위치에 관계없이 캐리지를 명령된 위치로 이동합니다. 예를 들어, 현재 위치가 0이고 명령된 이동이 100mm인 경우 컨트롤러는 액추에이터를 100mm 표시까지 앞으로 이동하고 정지하는 데 충분한 펄스를 보냅니다.

그러나 액추에이터의 현재 위치가 150mm인 경우 100mm의 절대 이동은 컨트롤러가 음의 방향으로 펄스를 보내 액추에이터를 뒤로 50mm 이동하고 100mm 위치에서 멈추게 합니다.

실제 용도

펄스 제어를 사용할 때 가장 일반적인 문제는 배선에 있습니다. 신호가 실수로 역방향으로 연결되는 경우가 많습니다. 2P 모드에서는 CCW 출력이 CW 입력에 연결되고 그 반대의 경우도 마찬가지입니다. 1P 모드에서는 펄스 신호 출력이 방향 입력에 연결되고 방향 신호 출력이 펄스 입력에 연결된다는 의미입니다.

2P 모드에서 이러한 배선 실수로 인해 CCW 명령을 받으면 모터가 CW로 회전하고 CW 명령을 받으면 CCW로 회전하게 됩니다. 1P 모드에서는 문제를 진단하기가 더 어렵습니다. 신호가 바뀌면 컨트롤러는 펄스열을 방향 입력으로 보내지만 아무 일도 하지 않습니다. 또한 방향 변경(방향에 따라 신호를 켜거나 끄는 것)을 스텝 입력으로 보내 모터가 펄스를 회전하게 할 수 있습니다. 움직임의 한 펄스는 일반적으로 보기가 매우 어렵습니다.

2P 모드를 사용하면 문제 해결이 더 쉬워지며 일반적으로 이러한 유형의 모션 제어에 대한 경험이 많지 않은 사람들도 이해하기가 더 쉽습니다.

펄스 및 방향 축 문제 해결에 소요되는 시간을 최대한 줄이는 방법은 다음과 같습니다. 이를 통해 엔지니어는 한 번에 한 가지에만 집중할 수 있습니다. 이렇게 하면 펄스 출력 기능이 PLC에 잘못 구성되어 있고 펄스를 출력하지 않았음을 알아내기 위해 어떤 배선 실수로 인해 동작이 방해되는지 알아내려고 며칠을 소비하지 않아도 됩니다.

1. 사용할 펄스 모드를 결정하고 모든 축에 대해 동일한 모드를 사용합니다.

2. 컨트롤러를 적절한 모드로 설정합니다.

3. 드라이브를 적절한 모드로 설정하십시오.

4. 모터가 한 방향 또는 다른 방향으로 느린 속도로 회전하도록 명령을 내릴 수 있도록 컨트롤러에서 가장 간단한 프로그램(일반적으로 조그 기능)을 만듭니다.

5. CW 이동을 명령하고 컨트롤러의 상태를 관찰하여 펄스가 출력되고 있음을 나타냅니다.

– 이는 컨트롤러 출력의 LED일 수도 있고 PLC의 사용 중 플래그와 같은 상태 플래그일 수도 있습니다. 컨트롤러의 펄스 출력 카운터를 모니터링하여 값이 변경되는지 확인할 수도 있습니다.

– 모터를 출력 펄스에 연결할 필요는 없습니다.

6. CCW 방향으로 테스트를 반복합니다.

7. 양방향 펄스 출력이 성공하면 계속 진행합니다. 그렇지 않다면 프로그래밍을 먼저 파악해야 합니다.

8. 컨트롤러를 드라이버에 배선합니다.

9. 모터를 한 방향으로 조그합니다. 작동하면 10단계로 이동합니다. 작동하지 않으면 배선을 확인합니다.

10. 모터를 반대 방향으로 조그합니다. 작동한다면 성공한 것입니다. 작동하지 않으면 배선을 확인하십시오.

펄스 주파수가 모터가 1/100rps처럼 매우 느리게 회전할 만큼 낮기 때문에 이 첫 번째 단계에서 많은 시간이 낭비되었습니다. 작동 여부를 알 수 있는 유일한 방법이 모터 샤프트를 관찰하는 것이라면 모터 샤프트가 저속으로 움직이는 것처럼 보이지 않아 펄스를 내보내지 않는다고 믿을 수 있습니다. 테스트를 위해 속도를 설정하기 전에 모터 분해능과 애플리케이션 매개변수를 기반으로 안전한 속도를 계산하는 것이 가장 좋습니다. 어떤 사람들은 추측만으로 사용 가능한 속도를 설정할 수 있다고 믿습니다. 그러나 모터가 1회전하는 데 10,000펄스가 필요하고 펄스 주파수를 1,000pps로 설정하면 모터는 10초가 걸립니다. 한 혁명을 이동합니다. 반대로, 모터가 1회전하는 데 1,000펄스가 필요하고 펄스 주파수를 1,000으로 설정하면 모터는 초당 1회전, 즉 60rpm으로 움직입니다. 모터가 제한된 이동 거리를 가진 볼 스크류 액추에이터와 같은 부하에 부착된 경우 테스트하기에는 너무 빠를 수 있습니다. 펄스가 출력되고 있음을 나타내는 표시기(LED 또는 펄스 카운터)를 관찰하는 것이 중요합니다.

실제 적용을 위한 계산

사용자는 종종 밀리미터와 같은 엔지니어링 단위가 아닌 펄스 단위로 기계의 거리와 속도를 표시하는 HMI를 사용하게 됩니다. 종종 프로그래머는 기계를 작동시키기 위해 서두르고 기계 단위를 결정하고 이를 공학 단위로 변환하는 데 시간을 들이지 않습니다. 여기에 도움이 되는 몇 가지 팁이 있습니다.

모터의 스텝 분해능(회전당 펄스 수)과 모터 회전당 이동량(mm)을 알고 있는 경우 명령 펄스 상수는 분해능/회전당 거리 또는 회전당 펄스/회전당 거리로 계산됩니다.

상수는 특정 거리를 이동하는 데 필요한 펄스 수를 찾는 데 도움이 될 수 있습니다.

현재 위치(또는 거리) = 펄스 수/명령 펄스는 일정합니다.

공학 단위를 펄스로 변환하려면 먼저 주어진 이동에 필요한 펄스 수를 결정하는 상수를 결정하십시오. 위의 예에서 모터가 1회전하려면 500펄스가 필요하고 1회전은 10mm라고 가정합니다. 상수 계산은 500(ppr)을 10(mm p/r)으로 나누어 수행할 수 있습니다. 따라서 상수는 500펄스/10mm 또는 50펄스/mm입니다.

그런 다음 이 상수를 사용하여 주어진 거리를 이동하는 데 필요한 펄스 수를 계산할 수 있습니다. 예를 들어 15mm를 이동하려면 15mm × 50ppm = 750펄스입니다.

펄스 카운터 판독값을 공학 단위로 변환하려면 펄스 카운터 값을 명령 펄스 상수로 나누면 됩니다. 따라서 펄스 카운터가 6,000을 읽고 이를 위의 예에서 계산된 명령 펄스 상수로 나누면 액츄에이터 위치는 6,000펄스/50ppm = 120mm가 됩니다.

mm 단위로 속도를 명령하고 컨트롤러가 적절한 주파수(Hz(초당 펄스 수))를 계산하도록 하려면 먼저 속도 상수를 결정해야 합니다. 이는 명령 펄스 상수(위 그림 참조)를 찾아 수행하지만 단위는 변경됩니다. 즉, 모터가 500ppr을 출력하고 액츄에이터가 1회전당 10mm를 움직인다면, 초당 500펄스를 지령하면 액츄에이터는 초당 10mm를 이동하게 됩니다. 초당 500펄스를 초당 10mm로 나누면 mm당 초당 50펄스가 됩니다. 따라서 목표 속도에 50을 곱하면 적절한 펄스 주파수가 됩니다.

공식은 동일하지만 단위가 변경됩니다.

pps 단위의 속도 상수 = 회전당 펄스/회전당 거리

펄스 속도(pps) = (속도 상수) × 속도(mm)

모션을 제어하기 위해 펄스열 신호를 사용하는 설정을 사용하는 것은 처음에는 어려워 보일 수 있습니다. 그러나 처음에 컨트롤러와 드라이브의 신호 유형과 설정에 세심한 주의를 기울이면 작동에 소요되는 시간을 줄일 수 있습니다. 또한 시간을 들여 몇 가지 기본 계산을 바로 수행하면 속도와 거리를 프로그래밍하는 것이 더 쉬워지고 기계 운영자는 HMI에 더 직관적인 정보를 표시할 수 있습니다.