Para máquinas automatizadas que requerem apenas dois ou três eixos de atuadores elétricos, as saídas de pulso podem ser a solução mais simples.

Usar saídas de pulso de um CLP é uma maneira econômica de obter movimentos simples. A maioria, senão 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, conectar e programar do que usar sinais analógicos. Também pode custar menos do que usar 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 ênfase nos sinais de pulso usados ​​no controlador ou indexador.

Noções básicas sobre trem de pulso

Motores de passo e versões controladas por pulso de servomotores podem girar em ambas as direções. Isto significa que um controlador precisa fornecer, no mínimo, dois sinais de controle ao inversor. 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 Passo/Direção”, e “modo 2P”, que é chamado de “modo CW/CCW” ou sentido horário/anti-horário. modo. Ambos os modos requerem dois sinais de controle do controlador para o inversor.

No modo 1P, um sinal de controle é um trem de pulsos ou sinal de “passo”. O outro sinal é uma entrada direcional. Se a entrada direcional estiver ligada e um sinal pulsado estiver presente na entrada escalonada, o motor gira no sentido horário. Por outro lado, se o sinal de direção estiver desligado e um sinal pulsado estiver presente na entrada de degrau, o motor gira na outra direção ou no sentido anti-horário. O trem de pulsos está sempre na mesma entrada, não importa a direção desejada.

No modo 2P, ambos os sinais são um trem de pulsos. Apenas uma entrada por vez terá frequência, portanto, se o trem de pulsos CW estiver presente, o motor girará em sentido horário. Se o trem de pulsos CCW estiver presente, o motor gira no sentido anti-horário. Qual entrada recebe o trem de pulso depende da direção desejada.

Os pulsos emitidos pelo controlador fazem o motor se mover. O motor gira uma unidade incremental para cada pulso na entrada de pulso do inversor. Por exemplo, se um motor de passo bifásico tem 200 pulsos por revolução (ppr), então um pulso faz o motor girar 1/200 de revolução ou 1,8 graus, e 200 pulsos farão o motor girar uma revolução.

É claro que motores diferentes têm resoluções diferentes. Os motores de passo podem ser micro-passos, proporcionando milhares de pulsos por revolução. Além disso, os servomotores geralmente têm milhares de pulsos por revolução como resolução mínima. Não importa qual seja a resolução do motor, um pulso do controlador ou indexador faz com que ele gire apenas uma unidade incremental.

A velocidade na qual um motor gira depende da frequência ou velocidade dos pulsos. Quanto mais rápidos os pulsos, mais rápido o motor gira. No exemplo acima, com um motor que possui 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 forem necessários para girar o motor uma volta (ppr), mais rápido os pulsos deverão ser enviados para obter a mesma velocidade. Por exemplo, um motor com 1.000 ppr precisaria ter tempos de frequência de pulso tão maiores quanto os de um motor com 200 ppr para atingir a mesma rpm. A matemática é bem simples:

rps = pps/ppr (rotações por segundo = pulsos por segundo/pulsos por rotação)

rpm = rpm(60)

Controlando os pulsos

A maioria dos controladores possui um método para determinar se o motor deve girar no sentido horário ou anti-horário e controlará os sinais de forma adequada. Em outras palavras, normalmente não é necessário que o programador descubra quais saídas ativar. Por exemplo, muitos PLCs possuem funções para controlar o movimento usando um sinal de pulso, e essa função controla automaticamente as saídas para obter o sentido correto 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, o outro na direção negativa. O controlador liga as saídas apropriadas, seja 1P ou 2P, para fazer o motor girar no sentido positivo (geralmente CW) quando o número de pulsos comandados for 1.000. Por outro lado, se um programa comanda -1.000 pulsos, o controlador ativa as saídas apropriadas para se mover na direção negativa (geralmente no sentido anti-horário). Portanto, não é necessário que o programador controle o sentido de rotação do motor usando código no programa para selecionar quais saídas usar. O controlador faz isso automaticamente.

Os controladores e drivers geralmente oferecem aos usuários uma maneira de selecionar o tipo de pulso, seja por dip switch ou configuração de seleção de software. É importante garantir que o controlador e o driver estejam configurados da mesma forma. Caso contrário, a operação poderá ser irregular ou nem funcionar.

Movimentos Absolutos e Incrementais

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

Primeiro, se um motor possui um codificador, seus tipos de movimentos não têm nada a ver com o tipo de codificador. Em segundo lugar, movimentos absolutos e incrementais podem ser feitos quer haja um codificador absoluto ou incremental ou nenhum codificador.

Ao usar um motor para mover um eixo linear, como um atuador de parafuso esférico, há (obviamente) uma distância finita entre uma extremidade do atuador e a outra. 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 alcance a extremidade oposta. Este é o comprimento do curso. Por exemplo, em um atuador com 200 mm de curso, uma extremidade do atuador normalmente está na posição “zero” ou inicial.

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

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

Usos práticos

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

No modo 2P, esse erro de fiação faz o motor girar no sentido horário quando comandado para ir no sentido anti-horário e no sentido anti-horário quando comandado para ir no sentido horário. No modo 1P, o problema é mais difícil de diagnosticar. Se os sinais forem trocados, o controlador envia um trem de pulsos para a entrada de direção, que não faz nada. Ele também enviaria uma mudança de direção (liga ou desliga o sinal dependendo da direção) para a entrada de degrau, o que pode fazer com que o motor gire um pulso. Um pulso de movimento geralmente é muito difícil de ver.

Usar o modo 2P facilita a solução de problemas e geralmente é mais fácil de entender para quem não tem muita experiência nesse tipo de controle de movimento.

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

1. Determine o modo de pulso a ser utilizado e utilize o mesmo modo para todos os eixos.

2. Configure o controlador para o modo adequado.

3. Configure a unidade para o modo adequado.

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

5. Comande um movimento CW e observe quaisquer status no controlador para indicar que os pulsos estão sendo emitidos.

–Podem ser LEDs nas saídas do controlador ou sinalizadores de status como o sinalizador de ocupado no PLC. O contador de saída de pulso no controlador também pode ser monitorado para ver se seu valor está mudando.

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

6. Repita o teste no sentido anti-horário.

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. Conecte o controlador ao driver.

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

10. Acione 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 do pulso é baixa o suficiente para fazer o motor girar extremamente lentamente, como 1/100 rps. Se a única maneira de saber se está funcionando é observando o eixo do motor, pode não parecer que ele esteja se movendo em baixa velocidade, levando alguém a acreditar que não está emitindo pulsos. É melhor calcular uma velocidade segura com base na resolução do motor e nos parâmetros da aplicação antes de definir a velocidade 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 de 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 esférico com distância de movimento limitada. É fundamental observar os indicadores que revelam que os pulsos estão sendo emitidos (LEDs ou contador de pulsos).

Cálculos para aplicação prática

Os usuários muitas vezes acabam com IHMs mostrando a distância e a velocidade da máquina em unidades de pulsos, em vez de unidades de engenharia, como milímetros. Freqüentemente, o programador se apressa para fazer a máquina funcionar e não perde 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 rotação) e o movimento realizado por rotação do motor (mm), a constante de pulso de comando é calculada como resolução/distância por rotação, ou pulsos por rotação/distância por rotação.

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

Posição atual (ou distância) = contagem de pulsos/pulsos de comando constantes.

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 equivale a 10 mm. O cálculo da constante pode ser feito dividindo 500 (ppr) por 10 (mm p/r). Portanto, a constante é 500 pulsos/10 mm ou 50 pulsos/mm.

Esta constante pode então 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 a leitura de um contador de pulsos em unidades de engenharia, basta dividir o valor do contador de pulsos pela constante de pulso de comando. Assim, se o contador de pulsos ler 6.000, dividido pela constante de pulso de comando calculada a partir do exemplo acima, a posição do atuador seria 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. Isto é feito encontrando a constante de pulso de comando (como mostrado acima), mas as unidades são alteradas. Em outras palavras, se o motor emite 500 ppr e o atuador se move 10 mm por rotação, então se forem comandados 500 pulsos por segundo, o atuador se moverá 10 mm por segundo. Dividir 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 de pulso adequada.

As fórmulas são as mesmas, mas as unidades mudam:

Constante de velocidade em pps = pulsos por revolução/distância por revolução

Velocidade do pulso (pps) = (constante de velocidade) × velocidade em mm

Usar 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 nos drives no início pode reduzir o tempo gasto para fazê-lo funcionar. Além disso, se você dedicar algum tempo para fazer alguns cálculos básicos imediatamente, a programação das velocidades e distâncias será mais fácil e os operadores das máquinas terão informações mais intuitivas exibidas em suas IHMs.