Automaatiokoneissa, jotka tarvitsevat vain kaksi tai kolme sähkökäyttöisten toimilaitteiden akselia, pulssilähdöt voivat olla yksinkertaisin tapa.

PLC:n pulssilähtöjen käyttö on kustannustehokas tapa saada aikaan yksinkertaista liikettä. Useimmat, elleivät kaikki, PLC-valmistajat tarjoavat tavan ohjata servomoottoreita ja askelmoottoreita pulssijonosignaalin avulla. Joten kun yksinkertainen kone on automatisoitava vain kahdella tai kolmella akselilla sähköisillä toimilaitteilla, pulssilähtöjen asentaminen, kytkeminen ja ohjelmointi voi olla paljon helpompaa kuin analogisten signaalien käyttäminen. Se voi myös olla halvempaa kuin verkkoyhteyden, kuten Ethernetin/IP:n, käyttö.

Tarkastellaanpa askelmoottorin tai servon ohjaamista ajurin tai vahvistimen avulla ohjaimen ja moottorin välissä, keskittyen ohjaimen tai indeksoijan käyttämiin pulssisignaaleihin.

Pulssijonon perusteet

Askelmoottorit ja pulssiohjatut servomoottorit voivat pyöriä molempiin suuntiin. Tämä tarkoittaa, että ohjaimen on annettava taajuusmuuttajalle vähintään kaksi ohjaussignaalia. Näitä signaaleja voi antaa kahdella tavalla, ja eri valmistajat kutsuvat niitä eri tavoilla. Käyttämiisi kahteen ohjaussignaalijärjestelmään voi viitata kahdella yleisellä tavalla: "1P-tila", eli "askel/suunta-tila", ja "2P-tila", jota kutsutaan "myötä-/vastapäivään-tilaksi" tai myötä-/vastapäivään-tilaksi. Molemmat tilat vaativat kaksi ohjaussignaalia ohjaimelta taajuusmuuttajalle.

1P-tilassa toinen ohjaussignaali on pulssijono eli "askel"-signaali. Toinen signaali on suuntatulo. Jos suuntatulo on päällä ja askeltulossa on pulssisignaali, moottori pyörii myötäpäivään. Käänteisesti, jos suuntasignaali on pois päältä ja askeltulossa on pulssisignaali, moottori pyörii toiseen suuntaan eli vastapäivään. Pulssijono on aina samassa tulossa halutusta suunnasta riippumatta.

2P-tilassa molemmat signaalit ovat pulssijono. Vain yhdellä tulolla kerrallaan on taajuus, joten jos myötäpäivään suuntautuva pulssijono on läsnä, moottori pyörii myötäpäivään. Jos vastapäivään suuntautuva pulssijono on läsnä, moottori pyörii vastapäivään. Se, mikä tulo vastaanottaa pulssijonon, riippuu halutusta suunnasta.

Ohjaimesta tulevat pulssit liikuttavat moottoria. Moottori pyörii yhden inkrementtiyksikön jokaista taajuusmuuttajan pulssitulossa olevaa pulssia kohden. Esimerkiksi jos kaksivaiheisessa askelmoottorissa on 200 pulssia kierrosta kohden (ppr), yksi pulssi saa moottorin pyörimään 1/200 kierrosta eli 1,8 astetta, ja 200 pulssia saa moottorin pyörimään yhden kierroksen.

Eri moottoreilla on luonnollisesti erilaiset resoluutiot. Askelmoottorit voivat olla mikroaskelmoottoreita, jolloin ne voivat tuottaa tuhansia pulsseja kierrosta kohden. Lisäksi servomoottoreiden vähimmäisresoluutio on yleensä useita tuhansia pulsseja kierrosta kohden. Moottorin resoluutiosta riippumatta ohjaimen tai indeksoijan pulssi saa sen pyörimään vain yhden inkrementtiyksikön.

Moottorin pyörimisnopeus riippuu pulssien taajuudesta eli nopeudesta. Mitä nopeampia pulssit ovat, sitä nopeammin moottori pyörii. Yllä olevassa esimerkissä 200 ppr:n moottorin taajuus 200 pulssia sekunnissa (pps) pyörittäisi moottoria yhdellä kierroksella sekunnissa (rps) eli 60 kierroksella minuutissa (rpm). Mitä enemmän pulsseja tarvitaan moottorin pyörittämiseen yhdellä kierroksella (ppr), sitä nopeammin pulssit on lähetettävä saman nopeuden saavuttamiseksi. Esimerkiksi 1 000 ppr:n moottorin pulssitaajuuden tulisi olla kertaa suurempi kuin 200 ppr:n moottorin, jotta se pyörisi samalla rpm:llä. Laskutoimitus on melko yksinkertainen:

rps = pps/ppr (kierrosta sekunnissa = pulssia sekunnissa/pulssia kierrosta kohden)

rpm = rps(60)

Pulssien hallinta

Useimmissa ohjaimissa on menetelmä sen määrittämiseksi, pitäisikö moottorin pyöriä myötä- vai vastapäivään, ja ohjataanko signaaleja asianmukaisesti. Toisin sanoen ohjelmoijan ei yleensä tarvitse selvittää, mitkä lähdöt kytketään päälle. Esimerkiksi monissa PLC:issä on toimintoja liikkeen ohjaamiseen pulssisignaalin avulla, ja tämä toiminto ohjaa lähtöjä automaattisesti oikean pyörimissuunnan saavuttamiseksi riippumatta siitä, onko ohjain konfiguroitu 1P- vai 2P-tilaan.

Tarkastellaan kahta liikettä yksinkertaisena esimerkkinä. Molemmat liikkeet ovat 1 000 pulssia. Toinen on positiiviseen suuntaan, toinen negatiiviseen suuntaan. Ohjain kytkee päälle asianmukaiset lähdöt, riippumatta siitä, käytetäänkö 1P- vai 2P-lähtöä, jotta moottori pyörii positiiviseen suuntaan (yleensä myötäpäivään), kun käskettyjen pulssien määrä on 1 000. Toisaalta, jos ohjelma käskee −1 000 pulssia, ohjain kytkee päälle asianmukaiset lähdöt, jotta moottori liikkuu negatiiviseen suuntaan (yleensä vastapäivään). Siksi ohjelmoijan ei tarvitse ohjata moottorin pyörimissuuntaa ohjelmakoodilla valitakseen käytettävät lähdöt. Ohjain tekee sen automaattisesti.

Ohjaimissa ja ajureissa on yleensä tapa, jolla käyttäjät voivat valita pulssityypin joko DIP-kytkimellä tai ohjelmiston valinta-asetuksilla. On tärkeää varmistaa, että ohjain ja ajuri on määritetty samalla tavalla. Muussa tapauksessa toiminta voi olla epätasaista tai ei toimi ollenkaan.

Absoluuttiset ja inkrementaaliset liikkeet

Kaksi yleisintä liikekomentoa liikkeenohjausohjelmoinnissa ovat inkrementaaliset ja absoluuttiset liikekomennot. Absoluuttisten ja inkrementaalisten liikkeiden käsite hämmentää monia käyttäjiä käytetystä moottorin ohjausmenetelmästä riippumatta. Tämä tieto pätee kuitenkin riippumatta siitä, ohjataanko moottoria pulsseilla, analogisella signaalilla vai verkolla, kuten Ethernet/IP tai Ethercat.

Ensinnäkin, jos moottorissa on enkooderi, sen liiketyypeillä ei ole mitään tekemistä enkooderin tyypin kanssa. Toiseksi, absoluuttisia ja inkrementaalisia liikkeitä voidaan tehdä riippumatta siitä, onko enkooderia absoluuttisesti vai inkrementaalisesti vai ei ollenkaan.

Kun lineaariakselia, kuten kuularuuvitoimilaitetta, liikutetaan moottorilla, toimilaitteen päiden välillä on (tietysti) rajallinen etäisyys. Toisin sanoen, jos vaunu on toimilaitteen toisessa päässä, moottoria voidaan pyörittää vain, kunnes vaunu saavuttaa vastakkaisen pään. Tämä on iskunpituus. Esimerkiksi toimilaitteessa, jonka liikerata on 200 mm, toimilaitteen toinen pää on normaalisti "nolla"- eli kotiasennossa.

Absoluuttinen liike siirtää vaunun käskettyyn asentoon riippumatta sen nykyisestä sijainnista. Jos esimerkiksi nykyinen sijainti on nolla ja käsketty liike on 100 mm, ohjain lähettää riittävästi pulsseja liikuttaakseen toimilaitetta eteenpäin 100 mm:n merkkiin ja pysähtyäkseen.

Mutta jos toimilaitteen nykyinen asento olisi 150 mm, 100 mm:n absoluuttinen liike saisi ohjaimen lähettämään pulsseja negatiiviseen suuntaan, jolloin toimilaite liikkuu 50 mm taaksepäin ja pysähtyy 100 mm:n asentoon.

Käytännön käyttötarkoitukset

Yleisin pulssiohjauksen ongelma on johdotuksessa. Signaalit kytketään usein vahingossa väärin päin. 2P-tilassa tämä tarkoittaa, että vastapäivään tuleva lähtö on kytketty myötäpäivään tulevaan tuloon ja päinvastoin. 1P-tilassa tämä tarkoittaa, että pulssisignaalin lähtö on kytketty suuntatuloon ja suuntasignaalin lähtö pulssituloon.

2P-tilassa tämä johdotusvirhe saa moottorin pyörimään myötäpäivään, kun sille annetaan käsky pyöriä vastapäivään, ja vastapäivään, kun sille annetaan käsky pyöriä myötäpäivään. 1P-tilassa ongelman diagnosointi on vaikeampaa. Jos signaalit vaihtuvat, ohjain lähettää pulssijonon suuntatuloon, mikä ei tee mitään. Se lähettäisi myös suunnanmuutoksen (kytkee signaalin päälle tai pois suunnasta riippuen) askeltuloon, mikä voi saada moottorin pyörimään pulssin verran. Yhtä liikepulssia on yleensä melko vaikea nähdä.

2P-tilan käyttö helpottaa vianmääritystä, ja se on yleensä helpommin ymmärrettävissä niille, joilla ei ole paljon kokemusta tämän tyyppisestä liikkeenohjauksesta.

Tässä on menetelmä, jolla varmistetaan, että pulssi- ​​ja suunta-akseleiden vianmääritykseen käytetään mahdollisimman vähän aikaa. Se antaa insinöörien keskittyä yhteen asiaan kerrallaan. Tämän pitäisi estää sinua viettämästä päiviä yrittäen selvittää, mikä johdotusvirhe estää liikkeen, vain huomataksesi, että pulssilähtötoiminto on konfiguroitu väärin PLC:ssä, etkä koskaan antanut pulsseja.

1. Määritä käytettävä pulssitila ja käytä samaa tilaa kaikille akseleille.

2. Aseta ohjain oikeaan tilaan.

3. Aseta taajuusmuuttaja oikeaan tilaan.

4. Luo ohjaimeesi yksinkertaisin ohjelma (yleensä ryömintätoiminto), jolla moottorille voidaan antaa käsky pyöriä hitaalla nopeudella jompaankumpaan suuntaan.

5. Anna käsky myötäpäivään tapahtuvaan liikkeeseen ja tarkkaile ohjaimen tiloja, jotka osoittavat pulssien lähettämisen.

–Tämä voi olla ohjaimen lähtöjen LED-valoja tai tilamerkkejä, kuten PLC:n varattu-lippu. Myös ohjaimen pulssilähdön laskuria voidaan seurata sen arvon muuttumisen varmistamiseksi.

–Moottorin ei tarvitse olla kytkettynä lähtöpulsseihin.

6. Toista testi vastapäivään.

7. Jos pulssien lähettäminen molempiin suuntiin onnistuu, siirry eteenpäin. Jos ei, ohjelmointi on ensin selvitettävä.

8. Kytke ohjain ajuriin.

9. Anna moottorin ryömintäkäynnistyksen tapahtua yhteen suuntaan. Jos se toimii, siirry vaiheeseen 10. Jos se ei toimi, tarkista johdotus.

10. Anna moottorin pyöriä vastakkaiseen suuntaan ryömintäajalla. Jos se toimii, olet onnistunut. Jos se ei toimi, tarkista johdotus.

Tässä ensimmäisessä vaiheessa on tuhlattu monta tuntia, koska pulssitaajuus on niin alhainen, että moottori pyörii erittäin hitaasti, kuten 1/100 rpm. Jos ainoa tapa tietää, onko moottori toiminnassa, on tarkkailla moottorin akselia, se ei ehkä näytä liikkuvan alhaisella nopeudella, mikä voi johtaa epäilyksenalaiseen oletukseen, ettei se anna pulsseja. On parasta laskea turvallinen nopeus moottorin resoluution ja sovellusparametrien perusteella ennen kuin nopeus asetetaan testiä varten. Jotkut uskovat voivansa asettaa käyttökelpoisen nopeuden vain arvaamalla. Mutta jos moottori tarvitsee 10 000 pulssia yhden kierroksen pyörittämiseen ja pulssitaajuus on asetettu 1 000 pps:ään, moottorilta kestää 10 sekuntia yhden kierroksen pyörittämiseen. Kääntäen, jos moottori tarvitsee 1 000 pulssia yhden kierroksen pyörittämiseen ja pulssitaajuus on asetettu 1 000:een, moottori liikkuu yhden kierroksen sekunnissa eli 60 rpm. Tämä voi olla liian nopea testiä varten, jos moottori on kiinnitetty kuormaan, kuten kuularuuvitoimilaitteeseen, jonka liikematka on rajoitettu. On erittäin tärkeää seurata indikaattoreita, jotka osoittavat pulssien lähettämisen (LEDit tai pulssilaskuri).

Käytännön sovelluksia varten tehdyt laskelmat

Käyttäjät päätyvät usein käyttämään HMI-näyttöjä, jotka näyttävät koneen etäisyyden ja nopeuden pulsseina insinööriyksiköiden, kuten millimetrien, sijaan. Ohjelmoija on usein kiireinen saamaan koneen toimimaan eikä käytä aikaa koneen yksiköiden määrittämiseen ja muuntamiseen insinööriyksiköiksi. Tässä on muutamia vinkkejä tämän avuksi.

Jos moottorin askelresoluutio (pulsseja kierrosta kohden) ja moottorin kierrosta kohden tehty liike (mm) tunnetaan, komentopulssivakio lasketaan muodossa resoluutio/matka kierrosta kohden tai pulsseja kierrosta kohden/matka kierrosta kohden.

Vakio voi auttaa löytämään, kuinka monta pulssia tarvitaan tietyn matkan siirtämiseen:

Nykyinen sijainti (tai etäisyys) = pulssien määrä/komentopulssien vakio.

Muuntaaksesi tekniset yksiköt pulsseiksi, määritä ensin vakio, joka määrää tietyn liikkeen edellyttämien pulssien määrän. Oletetaan yllä olevassa esimerkissä, että moottori tarvitsee 500 pulssia yhden kierroksen pyörittämiseen ja yksi kierros on 10 mm. Vakion laskeminen voidaan tehdä jakamalla 500 (ppr) 10:llä (mm p/r). Joten vakio on 500 pulssia/10 mm tai 50 pulssia/mm.

Tätä vakiota voidaan sitten käyttää tietyn matkan liikkeelle tarvittavien pulssien määrän laskemiseen. Esimerkiksi 15 mm:n liikkeelle 15 mm × 50 ppm = 750 pulssia.

Pulssilaskurin lukeman muuntamiseksi insinööriyksiköiksi yksinkertaisesti jaa pulssilaskurin arvo komentopulssivakiolla. Jos pulssilaskurin lukema on 6 000 ja jaat sen yllä olevan esimerkin mukaisesti lasketulla komentopulssivakiolla, toimilaitteen asento olisi 6 000 pulssia / 50 ppm = 120 mm.

Jotta nopeus voidaan komentaa millimetreinä ja ohjain laskee oikean taajuuden hertseinä (pulssia sekunnissa), on ensin määritettävä nopeusvakio. Tämä tehdään etsimällä komentopulssivakio (kuten yllä on esitetty), mutta yksiköt muuttuvat. Toisin sanoen, jos moottori tuottaa 500 pulssia sekunnissa ja toimilaite liikkuu 10 mm kierrosta kohden, niin jos komento annetaan 500 pulssia sekunnissa, toimilaite liikkuu 10 mm sekunnissa. Jakamalla 500 pulssia sekunnissa 10 mm:llä sekunnissa saadaan 50 pulssia sekunnissa millimetriä kohden. Näin ollen kertomalla tavoitenopeus 50:llä saadaan oikea pulssitaajuus.

Kaavat ovat samat, mutta yksiköt muuttuvat:

Nopeusvakio pps:nä = pulssia kierrosta kohden / matka kierrosta kohden

Pulssin nopeus (pps) = (nopeusvakio) × nopeus millimetreinä

Pulssijonosignaaleja käyttävän järjestelmän käyttö liikkeen ohjaamiseen saattaa aluksi tuntua pelottavalta, mutta signaalityyppien ja ohjaimen sekä käyttölaitteiden asetusten tarkka huomioiminen alussa voi lyhentää järjestelmän käyttöönottoon kuluvaa aikaa. Lisäksi, jos peruslaskelmien tekemiseen heti käyttää aikaa, nopeuksien ja etäisyyksien ohjelmointi on helpompaa ja koneenkäyttäjillä on intuitiivisempaa tietoa näkyvissä käyttöliittymissään.