जिन मशीनों को स्वचालित बनाने के लिए केवल दो से तीन अक्षों वाले विद्युत एक्चुएटर्स की आवश्यकता होती है, उनके लिए पल्स आउटपुट सबसे सरल तरीका हो सकता है।

पीएलसी से पल्स आउटपुट का उपयोग करना सरल गति प्राप्त करने का एक किफायती तरीका है। अधिकांश, बल्कि लगभग सभी, पीएलसी निर्माता पल्स ट्रेन सिग्नल का उपयोग करके सर्वो और स्टेपर को नियंत्रित करने का तरीका प्रदान करते हैं। इसलिए, जब किसी साधारण मशीन को केवल दो या तीन अक्षों पर इलेक्ट्रिक एक्चुएटर्स द्वारा स्वचालित करने की आवश्यकता होती है, तो एनालॉग सिग्नल का उपयोग करने की तुलना में पल्स आउटपुट को सेट अप करना, वायरिंग करना और प्रोग्राम करना बहुत आसान हो सकता है। यह ईथरनेट/आईपी जैसे नेटवर्क आधारित गति का उपयोग करने की तुलना में कम खर्चीला भी हो सकता है।

तो चलिए, कंट्रोलर और मोटर के बीच में ड्राइवर या एम्पलीफायर का उपयोग करके स्टेपर मोटर या सर्वो को नियंत्रित करने पर एक नजर डालते हैं, जिसमें कंट्रोलर या इंडेक्सर से उपयोग किए जाने वाले पल्स सिग्नल पर विशेष जोर दिया जाता है।

पल्स ट्रेन की मूल बातें

स्टेपर मोटर्स और पल्स-नियंत्रित सर्वो मोटर्स दोनों दिशाओं में घूम सकती हैं। इसका मतलब है कि कंट्रोलर को ड्राइव को कम से कम दो कंट्रोल सिग्नल देने होते हैं। इन सिग्नलों को देने के दो तरीके हैं, और अलग-अलग निर्माता इन्हें अलग-अलग नामों से पुकारते हैं। आप जिन दो कंट्रोल सिग्नल योजनाओं का उपयोग कर रहे हैं, उन्हें संदर्भित करने के दो सामान्य तरीके हैं: "1P मोड", जिसे "स्टेप/डायरेक्शन मोड" भी कहा जाता है, और "2P मोड", जिसे "CW/CCW मोड" या क्लॉकवाइज/काउंटरक्लॉकवाइज मोड कहा जाता है। दोनों मोड में कंट्रोलर से ड्राइव को दो कंट्रोल सिग्नल की आवश्यकता होती है।

1P मोड में, एक नियंत्रण संकेत पल्स ट्रेन या "स्टेप" संकेत होता है। दूसरा संकेत दिशात्मक इनपुट होता है। यदि दिशात्मक इनपुट चालू है और स्टेप इनपुट पर पल्स सिग्नल मौजूद है, तो मोटर दक्षिणावर्त दिशा में घूमती है। इसके विपरीत, यदि दिशात्मक संकेत बंद है और स्टेप इनपुट पर पल्स सिग्नल मौजूद है, तो मोटर दूसरी दिशा में, यानी वामावर्त दिशा में घूमती है। वांछित दिशा चाहे जो भी हो, पल्स ट्रेन हमेशा एक ही इनपुट पर रहती है।

2P मोड में, दोनों सिग्नल पल्स ट्रेन होते हैं। एक समय में केवल एक इनपुट की ही आवृत्ति होती है, इसलिए यदि CW पल्स ट्रेन मौजूद है, तो मोटर CW दिशा में घूमती है। यदि CCW पल्स ट्रेन मौजूद है, तो मोटर CCW दिशा में घूमती है। पल्स ट्रेन किस इनपुट को मिलेगी, यह वांछित दिशा पर निर्भर करता है।

कंट्रोलर से निकलने वाली पल्स मोटर को गति प्रदान करती हैं। ड्राइव के पल्स इनपुट पर प्रत्येक पल्स के लिए मोटर एक इकाई घूमती है। उदाहरण के लिए, यदि एक दो-फेज स्टेपिंग मोटर में प्रति चक्कर 200 पल्स (ppr) हैं, तो एक पल्स मोटर को 1/200 चक्कर या 1.8 डिग्री घुमाती है, और 200 पल्स मोटर को एक चक्कर घुमाती हैं।

बेशक, अलग-अलग मोटरों का रिज़ॉल्यूशन अलग-अलग होता है। स्टेपर मोटरों को माइक्रो-स्टेप में चलाया जा सकता है, जिससे वे प्रति चक्कर कई हज़ार पल्स उत्पन्न कर सकती हैं। इसके अलावा, सर्वो मोटरों का न्यूनतम रिज़ॉल्यूशन आमतौर पर प्रति चक्कर कई हज़ार पल्स होता है। मोटर का रिज़ॉल्यूशन चाहे जो भी हो, कंट्रोलर या इंडेक्सर से मिलने वाली पल्स मोटर को केवल एक इकाई घुमाती है।

किसी मोटर के घूमने की गति पल्स की आवृत्ति या गति पर निर्भर करती है। पल्स जितनी तेज़ होंगी, मोटर उतनी ही तेज़ी से घूमेगी। ऊपर दिए गए उदाहरण में, 200 ppr आवृत्ति वाली मोटर के लिए, 200 पल्स प्रति सेकंड (pps) की आवृत्ति मोटर को एक चक्कर प्रति सेकंड (rps) या 60 चक्कर प्रति मिनट (rpm) की गति से घुमाएगी। मोटर को एक चक्कर (ppr) घुमाने के लिए जितनी अधिक पल्स की आवश्यकता होगी, उतनी ही तेज़ गति से पल्स भेजनी होंगी। उदाहरण के लिए, 1,000 ppr आवृत्ति वाली मोटर को समान rpm पर घूमने के लिए 200 ppr आवृत्ति वाली मोटर की तुलना में पल्स आवृत्ति कई गुना अधिक चाहिए होगी। गणित बहुत सरल है।

rps = pps/ppr (प्रति सेकंड घूर्णन = प्रति सेकंड पल्स / प्रति घूर्णन पल्स)

आरपीएम = आरपीएस(60)

नाड़ियों को नियंत्रित करना

अधिकांश कंट्रोलर मोटर को क्लॉकवाइज़ या एंटी-क्लॉकवाइज़ घुमाने का तरीका निर्धारित करते हैं और उसके अनुसार सिग्नल नियंत्रित करते हैं। दूसरे शब्दों में, प्रोग्रामर को आमतौर पर यह तय करने की आवश्यकता नहीं होती कि कौन से आउटपुट चालू करने हैं। उदाहरण के लिए, कई पीएलसी में पल्स सिग्नल का उपयोग करके गति को नियंत्रित करने के फ़ंक्शन होते हैं, और यह फ़ंक्शन कंट्रोलर के 1P या 2P मोड में कॉन्फ़िगर होने की परवाह किए बिना, रोटेशन की सही दिशा प्राप्त करने के लिए आउटपुट को स्वचालित रूप से नियंत्रित करता है।

एक सरल उदाहरण के रूप में दो गतियों पर विचार करें। दोनों गतियाँ 1,000 पल्स की हैं। एक धनात्मक दिशा में है, दूसरी ऋणात्मक दिशा में। नियंत्रक 1P या 2P का उपयोग करने पर मोटर को धनात्मक दिशा (आमतौर पर दक्षिणावर्त) में घुमाने के लिए उपयुक्त आउटपुट चालू करता है, जब पल्स की संख्या 1,000 होती है। दूसरी ओर, यदि कोई प्रोग्राम -1,000 पल्स का आदेश देता है, तो नियंत्रक ऋणात्मक दिशा (आमतौर पर वामावर्त) में घूमने के लिए उपयुक्त आउटपुट चालू करता है। इसलिए, प्रोग्रामर के लिए प्रोग्राम में कोड का उपयोग करके यह निर्धारित करना आवश्यक नहीं है कि किन आउटपुट का उपयोग करना है। नियंत्रक यह कार्य स्वचालित रूप से करता है।

कंट्रोलर और ड्राइवर में आमतौर पर उपयोगकर्ताओं के लिए पल्स प्रकार चुनने का विकल्प होता है, चाहे वह डिप स्विच के माध्यम से हो या सॉफ़्टवेयर चयन सेटिंग के माध्यम से। यह सुनिश्चित करना महत्वपूर्ण है कि कंट्रोलर और ड्राइवर की सेटिंग एक जैसी हो। यदि ऐसा नहीं है, तो संचालन अनियमित हो सकता है या बिल्कुल भी काम नहीं करेगा।

निरपेक्ष और वृद्धिशील चालें

मोशन कंट्रोल प्रोग्रामिंग में सबसे आम दो मूवमेंट कमांड हैं: इंक्रीमेंटल और एब्सोल्यूट मूव कमांड। मोटर कंट्रोल के लिए चाहे कोई भी तरीका इस्तेमाल किया जाए, एब्सोल्यूट और इंक्रीमेंटल मूव की अवधारणा कई उपयोगकर्ताओं को भ्रमित कर देती है। लेकिन यह जानकारी तब भी लागू होती है जब मोटर को पल्स, एनालॉग सिग्नल या ईथरनेट/आईपी या ईथरकैट जैसे नेटवर्क के माध्यम से नियंत्रित किया जाता है।

पहली बात, यदि किसी मोटर में एनकोडर लगा है, तो उसकी गति का प्रकार एनकोडर के प्रकार से कोई संबंध नहीं रखता। दूसरी बात, निरपेक्ष और वृद्धिशील गतियाँ तब भी की जा सकती हैं जब निरपेक्ष या वृद्धिशील एनकोडर लगा हो या बिल्कुल भी न लगा हो।

जब किसी मोटर का उपयोग करके किसी रेखीय अक्ष को गतिमान किया जाता है, जैसे कि बॉल स्क्रू एक्चुएटर, तो एक्चुएटर के एक सिरे से दूसरे सिरे के बीच की दूरी (स्पष्ट रूप से) सीमित होती है। दूसरे शब्दों में, यदि कैरिज एक्चुएटर के एक सिरे पर है, तो मोटर को तब तक घुमाया जा सकता है जब तक कि कैरिज दूसरे सिरे तक न पहुँच जाए। यही स्ट्रोक की लंबाई है। उदाहरण के लिए, 200 मिमी की गति वाले एक्चुएटर में, एक्चुएटर का एक सिरा सामान्यतः "शून्य" या होम पोजीशन होता है।

एक निश्चित गति से वाहन को उसकी वर्तमान स्थिति की परवाह किए बिना, निर्धारित स्थिति तक पहुँचाया जाता है। उदाहरण के लिए, यदि वर्तमान स्थिति शून्य है और निर्धारित गति 100 मिमी है, तो नियंत्रक एक्ट्यूएटर को 100 मिमी के निशान तक आगे बढ़ाने और रोकने के लिए पर्याप्त पल्स भेजता है।

लेकिन अगर एक्चुएटर की वर्तमान स्थिति 150 मिमी थी, तो 100 मिमी की एक निरपेक्ष गति नियंत्रक को नकारात्मक दिशा में स्पंदन भेजने के लिए प्रेरित करेगी जिससे एक्चुएटर 50 मिमी पीछे की ओर चला जाएगा और 100 मिमी की स्थिति पर रुक जाएगा।

व्यावहारिक उपयोग

पल्स कंट्रोल का उपयोग करते समय सबसे आम समस्या वायरिंग में होती है। सिग्नल अक्सर गलती से उल्टे जुड़ जाते हैं। 2P मोड में, इसका मतलब है कि CCW आउटपुट CW इनपुट से जुड़ा होता है और इसके विपरीत। 1P मोड में, इसका मतलब है कि पल्स सिग्नल आउटपुट दिशा इनपुट से जुड़ा होता है, और दिशा सिग्नल आउटपुट पल्स इनपुट से जुड़ा होता है।

2P मोड में, वायरिंग की इस गलती के कारण मोटर वामावर्त दिशा में घूमने का आदेश देने पर दक्षिणावर्त (CW) और दक्षिणावर्त दिशा में घूमने का आदेश देने पर वामावर्त (CCW) घूमने लगती है। 1P मोड में, समस्या का निदान करना अधिक कठिन है। यदि सिग्नल आपस में बदल जाते हैं, तो नियंत्रक दिशा इनपुट पर पल्स भेजता है, जिसका कोई प्रभाव नहीं होता। यह स्टेप इनपुट पर दिशा परिवर्तन (दिशा के आधार पर सिग्नल को चालू या बंद करना) भी भेजता है, जिससे मोटर एक पल्स घुमा सकती है। गति की एक पल्स को आमतौर पर देखना काफी मुश्किल होता है।

2P मोड का उपयोग करने से समस्या निवारण आसान हो जाता है, और आमतौर पर इस प्रकार के मोशन कंट्रोल में अधिक अनुभव न रखने वालों के लिए इसे समझना आसान होता है।

पल्स और दिशा अक्षों की समस्या निवारण में कम से कम समय लगने की गारंटी देने का यह एक तरीका है। इससे इंजीनियर एक समय में केवल एक ही चीज़ पर ध्यान केंद्रित कर सकते हैं। इससे आपको कई दिन वायरिंग की उस गलती को समझने में बर्बाद करने से बचा जा सकेगा जिसके कारण गति रुकी हुई है, और बाद में पता चलता है कि पीएलसी में पल्स आउटपुट फ़ंक्शन गलत तरीके से कॉन्फ़िगर किया गया है और आप कभी पल्स आउटपुट कर ही नहीं रहे थे।

1. उपयोग किए जाने वाले पल्स मोड का निर्धारण करें और सभी अक्षों के लिए समान मोड का उपयोग करें।

2. कंट्रोलर को उचित मोड पर सेट करें।

3. ड्राइव को उचित मोड पर सेट करें।

4. अपने कंट्रोलर में सबसे सरल प्रोग्राम बनाएं (आमतौर पर एक जॉग फ़ंक्शन) ताकि मोटर को धीमी गति से एक दिशा या दूसरी दिशा में घूमने का आदेश दिया जा सके।

5. क्लॉकवाइज मूवमेंट का कमांड दें और पल्स आउटपुट होने का संकेत देने वाले कंट्रोलर में किसी भी स्टेटस को देखें।

– ये कंट्रोलर के आउटपुट पर लगे एलईडी या पीएलसी में व्यस्तता दर्शाने वाले स्टेटस फ्लैग हो सकते हैं। कंट्रोलर में पल्स आउटपुट काउंटर के मान में परिवर्तन की निगरानी भी की जा सकती है।

–मोटर को आउटपुट पल्स से कनेक्ट करने की आवश्यकता नहीं है।

6. परीक्षण को वामावर्त दिशा में दोहराएं।

7. यदि दोनों दिशाओं में पल्स आउटपुट करना सफल हो, तो आगे बढ़ें। यदि नहीं, तो पहले प्रोग्रामिंग को समझना होगा।

8. कंट्रोलर को ड्राइवर से कनेक्ट करें।

9. मोटर को एक दिशा में चलाकर देखें। यदि यह काम करता है, तो चरण 10 पर जाएं। यदि यह काम नहीं करता है, तो वायरिंग की जांच करें।

10. मोटर को विपरीत दिशा में चलाकर देखें। अगर यह चल जाए, तो आप सफल हो गए हैं। अगर नहीं चलती है, तो वायरिंग की जांच करें।

पहले चरण में कई घंटे बर्बाद हो जाते हैं क्योंकि पल्स फ्रीक्वेंसी इतनी कम होती है कि मोटर बहुत धीमी गति से घूमती है, जैसे 1/100 आरपीएम। अगर मोटर के चलने का पता लगाने का एकमात्र तरीका मोटर शाफ्ट को देखना है, तो हो सकता है कि वह धीमी गति से चलती हुई दिखाई न दे, जिससे यह लग सकता है कि मोटर पल्स उत्पन्न नहीं कर रही है। परीक्षण के लिए गति निर्धारित करने से पहले मोटर के रिज़ॉल्यूशन और अनुप्रयोग मापदंडों के आधार पर एक सुरक्षित गति की गणना करना सबसे अच्छा है। कुछ लोग अनुमान लगाकर ही उपयोगी गति निर्धारित कर लेते हैं। लेकिन अगर मोटर को एक चक्कर लगाने के लिए 10,000 पल्स की आवश्यकता होती है, और पल्स फ्रीक्वेंसी 1,000 पीपीएस पर सेट की जाती है, तो मोटर को एक चक्कर लगाने में 10 सेकंड लगेंगे। इसके विपरीत, अगर मोटर को एक चक्कर लगाने के लिए 1,000 पल्स की आवश्यकता होती है, और पल्स फ्रीक्वेंसी 1,000 पर सेट की जाती है, तो मोटर एक चक्कर प्रति सेकंड या 60 आरपीएम की गति से घूमेगी। यदि मोटर सीमित गति दूरी वाले बॉल स्क्रू एक्चुएटर जैसे लोड से जुड़ी है, तो यह परीक्षण के लिए बहुत तेज़ हो सकती है। यह देखना बेहद जरूरी है कि कौन से संकेतक यह दर्शाते हैं कि पल्स आउटपुट हो रहे हैं (एलईडी या पल्स काउंटर)।

व्यावहारिक अनुप्रयोग के लिए गणनाएँ

अक्सर उपयोगकर्ताओं को ऐसे एचएमआई मिलते हैं जो मशीन की दूरी और गति को मिलीमीटर जैसी इंजीनियरिंग इकाइयों के बजाय पल्स की इकाइयों में दिखाते हैं। अक्सर प्रोग्रामर मशीन को चालू करने की जल्दी में होता है और मशीन की इकाइयों को निर्धारित करने और उन्हें इंजीनियरिंग इकाइयों में बदलने के लिए समय नहीं निकाल पाता। यहाँ कुछ सुझाव दिए गए हैं जो इस समस्या को हल करने में मदद करेंगे।

यदि आपको मोटर का स्टेप रिज़ॉल्यूशन (प्रति क्रांति पल्स) और प्रति मोटर क्रांति में की गई गति (मिमी) ज्ञात है, तो कमांड पल्स स्थिरांक की गणना रिज़ॉल्यूशन/प्रति क्रांति दूरी, या प्रति क्रांति पल्स/प्रति क्रांति दूरी के रूप में की जाती है।

यह स्थिरांक यह पता लगाने में मदद कर सकता है कि एक विशिष्ट दूरी तय करने के लिए कितने स्पंदनों की आवश्यकता है:

वर्तमान स्थिति (या दूरी) = पल्स संख्या / कमांड पल्स स्थिरांक।

इंजीनियरिंग इकाइयों को पल्स में बदलने के लिए, सबसे पहले उस स्थिरांक का पता लगाएं जो किसी निश्चित गति के लिए आवश्यक पल्स की संख्या निर्धारित करता है। ऊपर दिए गए उदाहरण में मान लीजिए कि मोटर को एक चक्कर लगाने के लिए 500 पल्स की आवश्यकता होती है और एक चक्कर 10 मिमी के बराबर होता है। स्थिरांक की गणना 500 (ppr) को 10 (mm p/r) से भाग देकर की जा सकती है। अतः स्थिरांक 500 पल्स/10 मिमी या 50 पल्स/मिमी है।

इस स्थिरांक का उपयोग किसी निश्चित दूरी की गति के लिए आवश्यक पल्स की संख्या की गणना करने के लिए किया जा सकता है। उदाहरण के लिए, 15 मिमी की गति के लिए, 15 मिमी × 50 पीपीएम = 750 पल्स।

पल्स काउंटर रीडिंग को इंजीनियरिंग इकाइयों में बदलने के लिए, पल्स काउंटर मान को कमांड पल्स स्थिरांक से भाग दें। उदाहरण के लिए, यदि पल्स काउंटर 6,000 पल्स दिखाता है, तो ऊपर दिए गए उदाहरण से गणना किए गए कमांड पल्स स्थिरांक से भाग देने पर, एक्चुएटर की स्थिति 6,000 पल्स/50 पीपीएम = 120 मिमी होगी।

किसी गति को मिलीमीटर में नियंत्रित करने और नियंत्रक द्वारा उचित आवृत्ति (पल्स प्रति सेकंड) की गणना हर्ट्ज़ में करने के लिए, सबसे पहले गति स्थिरांक निर्धारित करना आवश्यक है। यह कमांड पल्स स्थिरांक ज्ञात करके किया जाता है (जैसा कि ऊपर दिखाया गया है), लेकिन इकाइयों को बदल दिया जाता है। दूसरे शब्दों में, यदि मोटर 500 पल्स प्रति सेकंड उत्पन्न करती है और एक्चुएटर 10 मिलीमीटर प्रति चक्कर चलता है, तो यदि 500 ​​पल्स प्रति सेकंड का आदेश दिया जाता है, तो एक्चुएटर 10 मिलीमीटर प्रति सेकंड चलेगा। 500 पल्स प्रति सेकंड को 10 मिलीमीटर प्रति सेकंड से भाग देने पर 50 पल्स प्रति सेकंड प्रति मिलीमीटर प्राप्त होता है। इसलिए, लक्ष्य गति को 50 से गुणा करने पर उचित पल्स आवृत्ति प्राप्त होती है।

सूत्र तो समान हैं, लेकिन इकाइयाँ बदल जाती हैं:

पीपीएस में गति स्थिरांक = प्रति चक्कर पल्स / प्रति चक्कर दूरी

पल्स की गति (पीपीएस) = (गति स्थिरांक) × गति (मिमी में)

पल्स ट्रेन सिग्नल का उपयोग करके गति को नियंत्रित करने वाले सेटअप का प्रयोग करना शुरू में थोड़ा मुश्किल लग सकता है, लेकिन शुरुआत में ही कंट्रोलर और ड्राइव पर सिग्नल के प्रकार और सेटिंग्स पर ध्यान देने से इसे काम में लाने में लगने वाला समय कम हो सकता है। इसके अलावा, यदि आप शुरुआत में ही कुछ बुनियादी गणनाएँ कर लेते हैं, तो गति और दूरी को प्रोग्राम करना आसान हो जाएगा और मशीन ऑपरेटरों को उनके HMI पर अधिक सहज जानकारी दिखाई देगी।