Para automatizar máquinas que exigem apenas dois a três eixos de atuadores elétricos, as saídas do pulso podem ser o caminho mais simples a percorrer.

O uso de saídas de pulso de um PLC é uma maneira econômica de obter um movimento simples. A maioria, se não todos, os fabricantes de PLC fornecem uma maneira de controlar servos e steppers usando um sinal de trem de pulso. Portanto, quando uma máquina simples precisa ser automatizada em apenas dois ou três eixos em atuadores elétricos, as saídas de pulso podem ser muito mais fáceis de configurar, arame e programar do que usar sinais analógicos. Também pode custar menos do que o uso de movimento em rede, como Ethernet /IP.

Então, vamos dar uma olhada no controle de um motor de passo ou servo com um driver ou amplificador entre o controlador e o motor, com a ênfase nos sinais de pulso usados ​​no controlador ou indexador.

Pulse Train Basics

Os motores de passo e as versões controladas por pulso dos motores servo podem girar em ambas as direções. Isso significa que um controlador precisa fornecer, no mínimo, dois sinais de controle para a unidade. Existem duas maneiras de fornecer esses sinais, e diferentes fabricantes os chamam de coisas diferentes. Existem duas maneiras comuns de se referir aos dois esquemas de sinal de controle que você está usando: "Modo 1p", também conhecido como "Modo de etapa/direção" e "Modo 2p", que é chamado "Modo CW/CCW" ou no sentido horário/no sentido anti -horário modo. Ambos os modos requerem dois sinais de controle do controlador para a unidade.

No modo 1P, um sinal de controle é um trem de pulso ou sinal de "etapa". O outro sinal é uma entrada direcional. Se a entrada direcional estiver ligada e um sinal pulsado estará presente na entrada da etapa, o motor gira no sentido horário. Por outro lado, se o sinal de direção estiver desligado e um sinal pulsado estará presente na entrada da etapa, o motor gira a outra direção ou no sentido anti -horário. O trem de pulso está sempre na mesma entrada, independentemente da direção que seja desejada.

No modo 2P, ambos os sinais são um trem de pulso. Apenas uma entrada de cada vez terá uma frequência; portanto, se o trem de pulso CW estiver presente, o motor girará CW. Se o trem de pulso CCW estiver presente, o motor girará CCWs. Qual entrada recebe o trem de pulso depende da direção desejada.

Os pulsos de saída do controlador fazem com que o motor mova. O motor gira uma unidade incremental para cada pulso na entrada de pulso da unidade. Por exemplo, se um motor de trampolim em duas fases tiver 200 pulsos por revolução (PPR), um pulso faz com que o motor gire 1/200 de uma revolução ou 1,8 graus, e 200 pulsos farão o motor girar uma revolução.

Obviamente, motores diferentes têm resoluções diferentes. Os motores de passo podem ser micro-passados, dando-lhes muitos milhares de pulsos por revolução. Além disso, o Servo Motors geralmente tem muitos milhares de pulsos por revolução como sua resolução mínima. Independentemente da resolução do motor, um pulso do controlador ou indexador o faz girar apenas uma unidade incremental.

A velocidade na qual um motor gira depende da frequência ou velocidade dos pulsos. Quanto mais rápido os pulsos, mais rápido o motor gira. No exemplo acima, com um motor com 200 PPR, uma frequência de 200 pulsos por segundo (PPS) giraria o motor a uma rotação por segundo (RPS) ou 60 rotações por minuto (rpm). Quanto mais pulsos necessários para girar a revolução do motor (PPR), mais rápido os pulsos devem ser enviados para obter a mesma velocidade. Por exemplo, um motor com 1.000 PPR precisaria ter os tempos de frequência de pulso tão superiores quanto o de um motor com 200 PPR para ir ao mesmo RPM. A matemática é bem simples:

RPS = PPS/PPR (rotações por segundo = pulsos por segundo/pulsos por rotação)

rpm = rps (60)

Controlando os pulsos

A maioria dos controladores tem um método para determinar se o motor deve girar CW ou CCW e controlará os sinais adequadamente. Em outras palavras, normalmente não é necessário para o programador descobrir quais saídas ativam. Por exemplo, muitos PLCs têm funções para controlar o movimento usando um sinal de pulso, e essa função controla automaticamente as saídas para obter a direção correta de rotação, independentemente de o controlador estar configurado para o modo 1P ou 2P.

Considere dois movimentos como um exemplo simples. Ambos os movimentos são 1.000 pulsos. Um está na direção positiva, a outra na direção negativa. O controlador liga as saídas apropriadas, sejam usadas 1p ou 2p, para fazer com que o motor gire na direção positiva (geralmente CW) quando o número de pulsos comandados é de 1.000. Por outro lado, se um programa comandar -1.000 pulsos, o controlador girará as saídas apropriadas para se mover na direção negativa (geralmente CCW). Portanto, não é necessário para o programador controlar a direção da rotação do motor usando o código no programa para selecionar quais saídas usar. O controlador faz isso automaticamente.

Controladores e drivers geralmente têm uma maneira de os usuários selecionarem o tipo de pulso, seja por interruptor dip ou configuração de seleção de software. É importante garantir que o controlador e o driver sejam configurados da mesma forma. Caso contrário, a operação pode ser irregular ou não funcionará.

Movimentos absolutos e incrementais

Os dois comandos de movimento mais comuns na programação de controle de movimento são comandos de movimento incremental e absoluto. O conceito de movimentos absolutos e incrementais confunde muitos usuários, independentemente do método de controle motor usado. Mas essa informação se aplica se o motor é controlado com pulsos, um sinal analógico ou uma rede como Ethernet/IP ou Ethercat.

Primeiro, se um motor tiver um codificador, seus tipos de movimentos não terão nada a ver com o tipo de codificador. Segundo, movimentos absolutos e incrementais podem ser feitos se existe um codificador absoluto ou incremental ou nenhum codificador.

Ao usar um motor para mover um eixo linear, como um atuador de parafuso de bola, existe (obviamente) uma distância finita entre uma extremidade do atuador do outro. Em outras palavras, se o carro estiver em uma extremidade do atuador, o motor só poderá ser girado para se mover até que o carro atinja a extremidade oposta. Este é o comprimento do golpe. Por exemplo, em um atuador com 200 mm de viagem, uma extremidade do atuador é normalmente a posição "zero" ou domiciliar.

Um movimento absoluto transporta o carro para a posição comandada, independentemente de sua posição atual. Por exemplo, se a posição atual for zero e o movimento comandado será de 100 mm, o controlador envia pulsos suficientes para levar o atuador para a marca de 100 mm e parar.

Mas se a posição atual do atuador fosse de 150 mm, um movimento absoluto de 100 mm faria o controlador enviar pulsos na direção negativa para mover o atuador para trás 50 mm e parar na posição de 100 mm.

Usos práticos

O problema mais comum com o uso de controle de pulso está na fiação. Os sinais geralmente são conectados acidentalmente ao contrário. No modo 2P, isso significa que a saída do CCW está conectada à entrada CW e vice-versa. No modo 1P, significa que a saída do sinal de pulso é conectada à entrada de direção e a saída do sinal de direção é conectada à entrada de pulso.

No modo 2P, esse erro de fiação faz com que o motor gire CW quando ordenado a ir CCW e CCW quando ordenado a ir CW. No modo 1P, o problema é mais difícil de diagnosticar. Se os sinais forem trocados, o controlador enviará um trem de pulso para a entrada de direção, o que não faz nada. Ele também enviaria uma mudança de direção (ligue ou desativaria o sinal dependendo da direção) para a entrada da etapa que pode fazer com que o motor gire um pulso. Um pulso de movimento é geralmente muito difícil de ver.

O uso do modo 2P facilita a solução de problemas e geralmente é mais fácil de entender para aqueles sem muita experiência nesse tipo de controle de movimento.

Aqui está um método para garantir que o mínimo de tempo possível seja gasto em solução de problemas e eixos de pulso. Permite que os engenheiros se concentrem em uma coisa de cada vez. Isso deve impedir que você gaste dias tentando descobrir qual erro de fiação é impedir o movimento apenas para descobrir que a função de saída de pulso está configurada incorretamente no PLC e você nunca estava produzindo pulsos.

1. Determine o modo de pulso a ser usado e use o mesmo modo para todos os eixos.

2. Defina o controlador para o modo correto.

3. Defina a unidade para o modo correto.

4. Crie o programa mais simples do seu controlador (geralmente uma função JOG) para que o motor possa ser ordenado a girar em uma direção ou a outra a uma velocidade lenta.

5. Comando um movimento CW e observe qualquer status do controlador para indicar que os pulsos estão sendo emitidos.

–Este pode ser LEDs nas saídas dos sinalizadores do controlador ou status, como o sinalizador ocupado no PLC. O contador de saída de pulso no controlador também pode ser monitorado para ver que está alterando o valor.

–O motor não precisa ser conectado aos pulsos de saída.

6. Repita o teste na direção do CCW.

7. Se a saída de pulsos em ambas as direções for bem -sucedida, siga em frente. Caso contrário, a programação deve ser descoberta primeiro.

8. Faça o controle do controlador ao motorista.

9. Corra o motor em uma direção. Se funcionar, vá etapa 10. Se não funcionar, verifique a fiação.

10. Corra o motor na direção oposta. Se funcionar, você conseguiu. Se não funcionar, verifique a fiação.

Muitas horas foram desperdiçadas nesta primeira fase porque a frequência de pulso é baixa o suficiente para fazer o motor girar extremamente lentamente, como 1/100 RPS. Se a única maneira de saber se está operando está assistindo o eixo do motor, pode não parecer que está se movendo a uma velocidade baixa, levando alguém a acreditar que não está lançando pulsos. É melhor calcular uma velocidade segura com base na resolução do motor e nos parâmetros de aplicação antes que a velocidade seja definida para o teste. Alguns acreditam que podem definir uma velocidade utilizável apenas adivinhando. Mas se o motor precisar de 10.000 pulsos para girar uma revolução e a frequência do pulso for definida em 1.000 pps, o motor levará 10 segundos. para mover uma revolução. Por outro lado, se o motor precisar de 1.000 pulsos para mover uma revolução e a frequência do pulso for definida como 1.000, o motor moverá uma revolução por segundo ou 60 rpm. Isso pode ser muito rápido para o teste se o motor estiver conectado a uma carga como um atuador de parafuso de bola com distância de movimento limitada. É fundamental observar indicadores que revelam que os pulsos estão sendo emitidos (LEDs ou contador de pulsos).

Cálculos para aplicação prática

Os usuários geralmente acabam com os HMIs mostrando a distância e a velocidade da máquina em unidades de pulsos, em vez de unidades de engenharia, como milímetros. Muitas vezes, o programador é apressado para fazer a máquina funcionar e não reserva um tempo para determinar as unidades da máquina e convertê -las em unidades de engenharia. Aqui estão algumas dicas para ajudar com isso.

Se você conhece a resolução do passo do motor (pulsos por revolução) e o movimento feito por revolução motora (mm), a constante de pulso de comando é calculada como resolução/distância por revolução, ou pulsos por revolução/distância por revolução.

A constante pode ajudar a descobrir quantos pulsos são necessários para mover uma distância específica:

Posição atual (ou distância) = Contagem de pulsos/pulsos de comando constante.

Para converter unidades de engenharia em pulsos, primeiro determine a constante que determina o número de pulsos necessários para um determinado movimento. Suponha que, no exemplo acima, o motor requer 500 pulsos para girar uma revolução e uma revolução é de 10 mm. O cálculo da constante pode ser feito dividindo 500 (PPR) por 10 (mm p/r). Portanto, a constante é de 500 pulsos/10 mm ou 50 pulsos/mm.

Essa constante pode ser usada para calcular o número de pulsos necessários para um movimento de uma determinada distância. Por exemplo, para mover 15 mm, 15 mm × 50 ppm = 750 pulsos.

Para converter uma leitura do contador de pulsos em unidades de engenharia, simplesmente divida o valor do contador de pulsos pela constante de pulso de comando. Assim, se o contador de pulso lê 6.000, dividido pela constante de pulso de comando calculada a partir do exemplo acima, a posição do atuador seria de 6.000 pulsos/50 ppm = 120 mm.

Para comandar uma velocidade em mm e fazer com que o controlador calcule a frequência adequada em Hz (pulsos por segundo), a constante de velocidade deve primeiro ser determinada. Isso é feito encontrando a constante de pulso de comando (como mostrado acima), mas as unidades são alteradas. Em outras palavras, se o motor lançar 500 PPR e o atuador se moverá 10 mm por revolução, se forem comandados 500 pulsos por segundo, o atuador se moverá 10 mm por segundo. A divisão de 500 pulsos por segundo por 10 mm por segundo resulta em 50 pulsos por segundo por mm. Portanto, multiplicar a velocidade alvo por 50 resulta na frequência adequada do pulso.

As fórmulas são as mesmas, mas as unidades mudam:

Velocidade constante em PPS = pulsos por revolução/distância por revolução

Velocidade do pulso (PPS) = (velocidade constante) × velocidade em mm

O uso de uma configuração que usa sinais de trem de pulso para controlar o movimento pode parecer assustador no início, no entanto, prestar muita atenção aos tipos de sinais e configurações no controlador e as unidades no início pode reduzir o tempo gasto fazendo funcionar. Além disso, se alguém dedicar um tempo para fazer alguns cálculos básicos imediatamente, a programação das velocidades e distâncias será mais fácil e os operadores de máquina terão informações mais intuitivas exibidas em seus HMIs.