Sadece iki veya üç eksenli elektrikli aktüatör gerektiren makinelerin otomasyonu için darbe çıkışları en basit yol olabilir.

Bir PLC'den gelen darbe çıkışlarını kullanmak, basit hareket elde etmenin uygun maliyetli bir yoludur. PLC üreticilerinin çoğu, hepsi değilse bile, darbe treni sinyali kullanarak servoları ve adım motorlarını kontrol etmenin bir yolunu sağlar. Bu nedenle, basit bir makinenin elektrikli aktüatörler üzerinde yalnızca iki veya üç eksende otomatikleştirilmesi gerektiğinde, darbe çıkışları analog sinyaller kullanmaktan çok daha kolay kurulabilir, kablolanabilir ve programlanabilir. Ayrıca, Ethernet / IP gibi ağ bağlantılı hareket kullanmaktan daha az maliyetli olabilir.

O halde, kontrolcü ile motor arasına bir sürücü veya yükselteç koyarak bir step motor veya servonun nasıl kontrol edileceğine bakalım; özellikle kontrolcü veya indeksleyiciden kullanılan darbe sinyallerine odaklanalım.

Nabız Treni Temelleri

Adım motorları ve servo motorların darbe kontrollü versiyonları her iki yönde de dönebilir. Bu, bir kontrolörün sürücüye en azından iki kontrol sinyali sağlaması gerektiği anlamına gelir. Bu sinyalleri sağlamanın iki yolu vardır ve farklı üreticiler bunlara farklı isimler verir. Kullandığınız iki kontrol sinyali şemasına atıfta bulunmanın iki yaygın yolu vardır: "1P modu", diğer adıyla "Adım/Yön modu" ve "2P modu", "CW/CCW modu" veya saat yönünde/saat yönünün tersine mod olarak adlandırılır. Her iki mod da kontrol cihazından sürücüye iki kontrol sinyali gerektirir.

1P modunda, bir kontrol sinyali darbe treni veya "adım" sinyalidir. Diğer sinyal ise yönlü bir giriştir. Yönlü giriş açıksa ve adım girişinde darbeli bir sinyal mevcutsa, motor saat yönünde döner. Tersine, yön sinyali kapalıysa ve adım girişinde darbeli bir sinyal mevcutsa, motor diğer yönde veya saat yönünün tersine döner. Darbe treni, hangi yön isteniyorsa istensin her zaman aynı giriştedir.

2P modunda, her iki sinyal de bir darbe trenidir. Bir seferde yalnızca bir girişin frekansı olacaktır, bu nedenle CW darbe treni mevcutsa, motor CW döner. CCW darbe treni mevcutsa, motor CCW'ler döner. Darbe trenini hangi girişin alacağı istenen yöne bağlıdır.

Kontrolörden çıkan darbeler motoru hareket ettirir. Motor, sürücünün darbe girişindeki her darbe için bir artımlı birim döndürür. Örneğin, iki fazlı bir adım motorunun devir başına 200 darbesi (ppr) varsa, bir darbe motorun bir devrin 1/200'ü veya 1,8 derece dönmesini sağlar ve 200 darbe motorun bir devir dönmesini sağlar.

Elbette, farklı motorların farklı çözünürlükleri vardır. Adım motorları mikro adımlı olabilir ve bu da onlara devir başına binlerce darbe verir. Ek olarak, servo motorlar genellikle minimum çözünürlükleri olarak devir başına binlerce darbeye sahiptir. Motor çözünürlüğü ne olursa olsun, kontrolörden veya indeksleyiciden gelen bir darbe, motorun yalnızca bir artımlı birim dönmesini sağlar.

Bir motorun dönme hızı, darbelerin frekansına veya hızına bağlıdır. Darbeler ne kadar hızlı olursa, motor o kadar hızlı döner. Yukarıdaki örnekte, 200 ppr'ye sahip bir motorda, saniyede 200 darbe (pps) frekansı, motoru saniyede bir dönüş (rps) veya dakikada 60 dönüş (rpm) hızında döndürür. Motoru bir devir (ppr) döndürmek için ne kadar fazla darbeye ihtiyaç duyulursa, aynı hızı elde etmek için darbeler o kadar hızlı gönderilmelidir. Örneğin, 1.000 ppr'ye sahip bir motorun, aynı rpm'ye gitmek için darbe frekansının 200 ppr'ye sahip bir motorunki kadar yüksek olması gerekir. Matematik oldukça basittir:

rps = pps/ppr (saniye başına dönüş = saniye başına darbe/dönüş başına darbe)

devir/dakika = rps(60)

Nabızların Kontrolü

Çoğu denetleyicinin motorun CW mi yoksa CCW mi dönmesi gerektiğini belirlemek için bir yöntemi vardır ve sinyalleri uygun şekilde kontrol eder. Başka bir deyişle, programcının hangi çıkışların açılacağını anlaması normalde gerekli değildir. Örneğin, birçok PLC'nin bir darbe sinyali kullanarak hareketi kontrol etmek için işlevleri vardır ve bu işlev, denetleyicinin 1P veya 2P modu için yapılandırılmış olmasından bağımsız olarak doğru dönüş yönünü elde etmek için çıkışları otomatik olarak kontrol eder.

Basit bir örnek olarak iki hareketi ele alalım. Her iki hareket de 1.000 darbedir. Biri pozitif yönde, diğeri negatif yöndedir. Kontrolör, komut edilen darbe sayısı 1.000 olduğunda motorun pozitif yönde (genellikle CW) dönmesini sağlamak için 1P veya 2P kullanılmasına bakılmaksızın uygun çıkışları açar. Öte yandan, bir program -1.000 darbe komut ederse, kontrolör negatif yönde (genellikle CCW) hareket etmek için uygun çıkışları açar. Bu nedenle, programcının hangi çıkışların kullanılacağını seçmek için programdaki kodu kullanarak motor dönüşünün yönünü kontrol etmesi gerekmez. Kontrolör bunu otomatik olarak yapar.

Denetleyiciler ve sürücüler genellikle kullanıcıların darbe türünü seçmeleri için bir yol sunar, ya dip anahtarı ya da yazılım seçim ayarı ile. Denetleyici ve sürücünün aynı şekilde ayarlandığından emin olmak önemlidir. Aksi takdirde, çalışma düzensiz olabilir veya hiç çalışmayabilir.

Mutlak ve Artımlı Hareketler

Hareket kontrol programlamasındaki en yaygın iki hareket komutu artımlı ve mutlak hareket komutlarıdır. Mutlak ve artımlı hareket kavramı, kullanılan motor kontrol yönteminden bağımsız olarak birçok kullanıcıyı şaşırtır. Ancak bu bilgi, motorun darbelerle, analog bir sinyalle veya Ethernet/IP veya Ethercat gibi bir ağ ile kontrol edilip edilmediğine bakılmaksızın geçerlidir.

Birincisi, bir motorda kodlayıcı varsa, hareket türlerinin kodlayıcı türüyle hiçbir ilgisi yoktur. İkincisi, mutlak veya artımlı kodlayıcı olsun veya hiç kodlayıcı olmasın, mutlak ve artımlı hareketler yapılabilir.

Bir bilyalı vidalı aktüatör gibi doğrusal bir ekseni hareket ettirmek için bir motor kullanıldığında, aktüatörün bir ucu ile diğer ucu arasında (açıkça) sonlu bir mesafe vardır. Başka bir deyişle, taşıyıcı aktüatörün bir ucundaysa, motor yalnızca taşıyıcı karşı uca ulaşana kadar döndürülerek hareket ettirilebilir. Bu, strok uzunluğudur. Örneğin, 200 mm hareket mesafesine sahip bir aktüatörde, aktüatörün bir ucu normalde "sıfır" veya ana konumdur.

Mutlak bir hareket, taşıyıcıyı mevcut konumundan bağımsız olarak komut verilen konuma taşır. Örneğin, mevcut konum sıfırsa ve komut verilen hareket 100 mm'ye ise, kontrolör aktüatörü 100 mm işaretine kadar ileri hareket ettirmek ve durdurmak için yeterli darbe gönderir.

Ancak aktüatörün mevcut konumu 150 mm ise, 100 mm'lik mutlak bir hareket, kontrolörün aktüatörü 50 mm geriye hareket ettirmek ve 100 mm konumunda durdurmak için negatif yönde darbeler göndermesine neden olur.

Pratik Kullanımlar

Darbe kontrolünün kullanımında en sık karşılaşılan sorun kablolamadadır. Sinyaller sıklıkla yanlışlıkla ters bağlanır. 2P modunda, bu CCW çıkışının CW girişine ve tam tersinin de bağlı olduğu anlamına gelir. 1P modunda, darbe sinyali çıkışının yön girişine ve yön sinyali çıkışının darbe girişine bağlı olduğu anlamına gelir.

2P modunda, bu kablolama hatası motorun CCW komutu verildiğinde CW, CW komutu verildiğinde CCW dönmesine neden olur. 1P modunda, sorunun teşhisi daha zordur. Sinyaller değiştirilirse, kontrol cihazı yön girişine bir darbe treni gönderir, bu da hiçbir şey yapmaz. Ayrıca, adım girişine bir yön değişikliği (yöne bağlı olarak sinyali açar veya kapatır) gönderir, bu da motorun bir darbe döndürmesine neden olabilir. Bir hareket darbesini görmek genellikle oldukça zordur.

2P modunun kullanılması sorun gidermeyi kolaylaştırır ve genellikle bu tür hareket kontrolünde fazla deneyimi olmayanlar için anlaşılması daha kolaydır.

İşte darbe ve yön eksenlerinde sorun gidermeye mümkün olduğunca az zaman harcanmasını sağlayan bir yöntem. Mühendislerin bir seferde tek bir şeye odaklanmasını sağlar. Bu, hareketi engelleyen kablolama hatasının ne olduğunu bulmaya çalışarak günler harcamanızı ve sonra darbe çıkış fonksiyonunun PLC'de yanlış yapılandırıldığını ve hiçbir zaman darbe çıkışı yapmadığınızı anlamanızı önlemelidir.

1. Kullanılacak darbe modunu belirleyin ve tüm eksenler için aynı modu kullanın.

2. Kontrol cihazını uygun moda ayarlayın.

3. Sürücüyü uygun moda ayarlayın.

4. Kontrol cihazınızda en basit programı oluşturun (genellikle bir jog fonksiyonu) böylece motorun yavaş bir hızda bir yönde veya diğer yönde dönmesi emredilebilir.

5. Bir CW hareketi komutu verin ve kontrol cihazında darbelerin çıkış verdiğini gösteren herhangi bir durumu izleyin.

–Bu, denetleyicideki çıkışlardaki LED'ler veya PLC'deki meşgul bayrağı gibi durum bayrakları olabilir. Denetleyicideki darbe çıkış sayacı da değerinin değiştiğini görmek için izlenebilir.

–Motorun çıkış darbelerine bağlanmasına gerek yoktur.

6. Testi saat yönünün tersine doğru tekrarlayın.

7. Her iki yönde de darbe çıkışı başarılıysa, devam edin. Değilse, önce programlama anlaşılmalıdır.

8. Kontrol cihazını sürücüye bağlayın.

9. Motoru bir yönde çalıştırın. Çalışıyorsa, 10. adıma geçin. Çalışmıyorsa, kablolamayı kontrol edin.

10. Motoru ters yönde çalıştırın. Eğer işe yararsa, başardınız demektir. Eğer işe yaramazsa, kablolamayı kontrol edin.

Bu ilk aşamada, darbe frekansı motorun 1/100 rpm gibi aşırı yavaş dönmesine neden olacak kadar düşük olduğundan birçok saat boşa harcanmıştır. Motor şaftının çalışıp çalışmadığını anlamanın tek yolu motor şaftını izlemekse, düşük bir hızda hareket ediyormuş gibi görünmeyebilir ve bu da darbe vermediğine inanmanıza yol açabilir. Hız test için ayarlanmadan önce motor çözünürlüğüne ve uygulama parametrelerine göre güvenli bir hız hesaplamak en iyisidir. Bazıları sadece tahmin ederek kullanılabilir bir hız ayarlayabileceklerine inanırlar. Ancak motorun bir devir dönmesi için 10.000 darbeye ihtiyacı varsa ve darbe frekansı 1.000 pps olarak ayarlanmışsa, motorun bir devir yapması 10 saniye sürecektir. Tersine, motorun bir devir dönmesi için 1.000 darbeye ihtiyacı varsa ve darbe frekansı 1.000 olarak ayarlanmışsa, motor saniyede bir devir veya 60 rpm hareket edecektir. Motor, sınırlı hareket mesafesine sahip bir bilyalı vidalı aktüatör gibi bir yüke bağlıysa, bu test için çok hızlı olabilir. Darbelerin çıkışını gösteren göstergeleri (LED'ler veya darbe sayacı) izlemek kritik öneme sahiptir.

Pratik Uygulama İçin Hesaplamalar

Kullanıcılar genellikle makinenin mesafesini ve hızını milimetre gibi mühendislik birimleri yerine darbe birimleriyle gösteren HMI'larla karşılaşırlar. Programcı genellikle makineyi çalıştırmak için acele eder ve makine birimlerini belirleyip bunları mühendislik birimlerine dönüştürmek için zaman ayırmaz. İşte bu konuda yardımcı olmak için birkaç ipucu.

Motorun adım çözünürlüğünü (devir başına darbe) ve motor devri başına yaptığı hareketi (mm) biliyorsanız, komut darbe sabiti çözünürlük/devir başına mesafe veya devir başına darbe/devir başına mesafe olarak hesaplanır.

Sabit, belirli bir mesafeyi hareket ettirmek için kaç darbenin gerektiğini bulmaya yardımcı olabilir:

Mevcut konum (veya mesafe) = darbe sayısı/komut darbeleri sabiti.

Mühendislik birimlerini darbelere dönüştürmek için, önce belirli bir hareket için gereken darbe sayısını belirleyen sabiti belirleyin. Yukarıdaki örnekte motorun bir devir döndürmek için 500 darbeye ihtiyaç duyduğunu ve bir devrin 10 mm olduğunu varsayalım. Sabitin hesaplanması, 500'ü (ppr) 10'a (mm p/r) bölerek yapılabilir. Bu nedenle sabit 500 darbe/10 mm veya 50 darbe/mm'dir.

Bu sabit daha sonra belirli bir mesafenin hareketi için gereken darbe sayısını hesaplamak için kullanılabilir. Örneğin, 15 mm hareket etmek için 15 mm × 50 ppm = 750 darbe.

Bir darbe sayacı okumasını mühendislik birimlerine dönüştürmek için, darbe sayacı değerini komut darbe sabitine bölmeniz yeterlidir. Dolayısıyla, darbe sayacı 6.000 okursa, bunu yukarıdaki örnekten hesaplanan komut darbe sabitine böldüğünüzde, aktüatör konumu 6.000 darbe/50 ppm = 120 mm olur.

mm cinsinden bir hız komutu vermek ve kontrolörün uygun frekansı Hz (saniye başına darbe) cinsinden hesaplamasını sağlamak için, önce hız sabiti belirlenmelidir. Bu, komut darbe sabitini (yukarıda gösterildiği gibi) bularak yapılır, ancak birimler değiştirilir. Başka bir deyişle, motor 500 ppr çıkış verirse ve aktüatör devir başına 10 mm hareket ederse, o zaman saniyede 500 darbe komut edilirse, aktüatör saniyede 10 mm hareket edecektir. Saniye başına 500 darbeyi saniyede 10 mm'ye bölmek, saniyede mm başına 50 darbe ile sonuçlanır. Bu nedenle, hedef hızı 50 ile çarpmak uygun darbe frekansını verir.

Formüller aynı, ancak birimler değişiyor:

Pps cinsinden hız sabiti = devir başına darbe/devir başına mesafe

Darbe hızı (pps) = (hız sabiti) × mm cinsinden hız

Hareketi kontrol etmek için darbe treni sinyallerini kullanan bir kurulum kullanmak ilk başta göz korkutucu görünebilir, ancak başlangıçta kontrolör ve sürücülerdeki sinyal türlerine ve ayarlara dikkat etmek, çalışmasını sağlamak için harcanan zamanı azaltabilir. Ayrıca, kişi hemen bazı temel hesaplamaları yapmak için zaman ayırırsa, hızları ve mesafeleri programlamak daha kolay olacak ve makine operatörleri HMI'larında daha sezgisel bilgiler görüntüleyecektir.