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

Bir PLC'den darbe çıkışları kullanmak, basit hareket elde etmenin uygun maliyetli bir yoludur. Çoğu PLC üreticisi, hatta tamamı, darbe treni sinyali kullanarak servo ve step motorları kontrol etmenin bir yolunu sunar. Dolayısıyla, basit bir makinenin elektrikli aktüatörlerle yalnızca iki veya üç eksende otomasyonu gerektiğinde, darbe çıkışlarının kurulumu, kablolaması ve programlanması analog sinyaller kullanmaktan çok daha kolay olabilir. Ayrıca, Ethernet/IP gibi ağ bağlantılı hareket kullanmaktan daha düşük maliyetli olabilir.

O halde, kontrolcü ile motor arasına bir sürücü veya yükselteç yerleştirerek bir step motor veya servoyu kontrol etmeye 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 kontrol cihazının sürücüye en az iki kontrol sinyali sağlaması gerektiği anlamına gelir. Bu sinyalleri sağlamanın iki yolu vardır ve farklı üreticiler bunlara farklı adlar verir. Kullandığınız iki kontrol sinyali şemasına atıfta bulunmanın iki yaygın yolu vardır: "1P modu", yani "Adım/Yön modu" ve "2P modu", yani "Saat/Saat yönünün tersine modu". Her iki mod da kontrol cihazından sürücüye iki kontrol sinyali gerektirir.

1P modunda, kontrol sinyallerinden biri darbe treni veya "adım" sinyalidir. Diğer sinyal ise yönlü bir giriştir. Yönlü giriş açıksa ve adım girişinde darbeli bir sinyal varsa, motor saat yönünde döner. Tersine, yön sinyali kapalıysa ve adım girişinde darbeli bir sinyal varsa, motor diğer yönde veya saat yönünün tersine döner. Darbe treni, istenen yön ne olursa olsun her zaman aynı giriştedir.

2P modunda, her iki sinyal de bir darbe trenidir. Aynı anda yalnızca bir girişin frekansı olacaktır, bu nedenle CW darbe treni mevcutsa motor CW yönünde döner. CCW darbe treni mevcutsa motor CCW yönünde 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 1/200 devir 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. Ayrıca, servo motorların minimum çözünürlüğü genellikle devir başına binlerce darbedir. Motor çözünürlüğü ne olursa olsun, kontrolör veya indeksleyiciden gelen bir darbe, motorun yalnızca bir artımlı birim dönmesini sağlar.

Bir motorun dönme hızı, darbelerin frekansına veya hızına bağlıdır. Darbeler ne kadar hızlıysa, motor o kadar hızlı döner. Yukarıdaki örnekte, 200 ppr'lik 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 çok darbe gerekiyorsa, aynı hızı elde etmek için darbelerin o kadar hızlı gönderilmesi gerekir. Örneğin, 1.000 ppr'lik bir motorun, aynı devirde gidebilmesi için darbe frekansının 200 ppr'lik bir motorunkiyle aynı kat daha yüksek olması gerekir. Matematik oldukça basit:

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

rpm = rps(60)

Nabızların Kontrolü

Çoğu kontrolör, motorun saat yönünde mi yoksa saat yönünün tersine mi dönmesi gerektiğini belirleyen bir yönteme sahiptir ve sinyalleri uygun şekilde kontrol eder. Başka bir deyişle, programcının hangi çıkışları açacağını belirlemesi genellikle gerekmez. Örneğin, birçok PLC'nin darbe sinyali kullanarak hareketi kontrol eden fonksiyonları vardır ve bu fonksiyon, kontrolörün 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 darbeden oluşur. Biri pozitif yönde, diğeri negatif yöndedir. Kontrolör, komut verilen darbe sayısı 1.000 olduğunda, motorun pozitif yönde (genellikle saat yönünde) dönmesini sağlamak için 1P veya 2P kullanılması fark etmeksizin uygun çıkışları açar. Öte yandan, bir program -1.000 darbe komutu verirse, kontrolör negatif yönde (genellikle saat yönünün tersine) hareket etmek için uygun çıkışları açar. Bu nedenle, programcının hangi çıkışların kullanılacağını seçmek için programdaki kodu kullanarak motor dönüş yönünü kontrol etmesi gerekmez. Kontrolör bunu otomatik olarak yapar.

Kontrolörler ve sürücüler genellikle kullanıcıların darbe tipini seçmelerine olanak tanır; bu, dip anahtarı veya yazılım seçim ayarı aracılığıyla yapılabilir. Kontrolör ve sürücünün aynı şekilde ayarlandığından emin olmak önemlidir. Aksi takdirde, çalışma düzensiz olabilir veya hiç çalışmayabilir.

Mutlak ve Artımlı Hareketler

Hareket kontrol programlamasında 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 sinyalle veya Ethernet/IP ya da Ethercat gibi bir ağ ile kontrol edilip edilmediğine bakılmaksızın geçerlidir.

İlk olarak, bir motorda kodlayıcı varsa, hareket türlerinin kodlayıcı türüyle hiçbir ilgisi yoktur. İkinci olarak, mutlak veya artımlı bir kodlayıcı olsa bile veya hiç kodlayıcı olmasa bile mutlak ve artımlı hareketler yapılabilir.

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 başlangıç pozisyonudur.

Mutlak bir hareket, taşıyıcıyı mevcut konumundan bağımsız olarak komut verilen konuma taşır. Örneğin, mevcut konum sıfırsa ve komut verilen hareket 100 mm ise, kontrolör aktüatörü 100 mm işaretine kadar ileri hareket ettirip 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 olacaktır.

Pratik Kullanımlar

Darbe kontrolünü kullanırken en sık karşılaşılan sorun kablolamadadır. Sinyaller genellikle yanlışlıkla ters bağlanır. 2P modunda bu, CCW çıkışının CW girişine, CW girişinin de CCW çıkışına bağlı olduğu anlamına gelir. 1P modunda ise darbe sinyali çıkışı yön girişine, yön sinyali çıkışı ise darbe girişine bağlıdır.

2P modunda, bu kablolama hatası, motorun saat yönünde dönmesi emredildiğinde saat yönünde, saat yönünde dönmesi emredildiğinde ise saat yönünün tersine dönmesine neden olur. 1P modunda ise sorunun teşhisi daha zordur. Sinyaller değiştirilirse, kontrolör yön girişine bir darbe dizisi gönderir, ancak bu hiçbir işe yaramaz. Ayrıca, adım girişine bir yön değişikliği (yöne bağlı olarak sinyali açar veya kapatır) gönderir ve bu da motorun bir darbe döndürmesine neden olabilir. Tek bir hareket darbesini görmek genellikle oldukça zordur.

2P modunu kullanmak 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 sağlayacak bir yöntem. Mühendislerin tek seferde tek bir şeye odaklanmasını sağlar. Bu yöntem, hareketi engelleyen kablolama hatasını bulmaya çalışarak günler harcamanızı ve sonra PLC'de darbe çıkış fonksiyonunun yanlış yapılandırıldığını ve hiçbir zaman darbe çıkışı vermediğinizi fark etmenizi önler.

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 çıkışını gösteren herhangi bir durumu izleyin.

–Bu, kontrol ünitesinin çıkışlarındaki LED'ler veya PLC'deki meşgul bayrağı gibi durum bayrakları olabilir. Kontrol ünitesindeki darbe çıkış sayacının değeri de izlenerek değiştirilebilir.

–Motorun çıkış darbelerine bağlanmasına gerek yoktur.

6. Testi saat yönünün tersine doğru tekrarlayın.

7. Her iki yönde de darbe çıkışı başarılı olursa, devam edin. Başarısız olursa, önce programlamanın anlaşılması gerekir.

8. Kontrol cihazını sürücüye bağlayın.

9. Motoru tek yönde çalıştırın. Çalışıyorsa 10. adıma geçin. Çalışmıyorsa kabloları kontrol edin.

10. Motoru ters yönde çalıştırın. Çalışıyorsa, başarmışsınız demektir. Çalışmıyorsa, kabloları kontrol edin.

Bu ilk aşamada birçok saat boşa harcanmıştır çünkü darbe frekansı, motorun 1/100 rpm gibi son derece yavaş dönmesine neden olacak kadar düşüktür. Çalışıp çalışmadığını anlamanın tek yolu motor şaftını izlemekse, düşük bir hızda hareket ediyor gibi görünmeyebilir ve bu da darbe vermediğine inanılmasına 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 inanır. 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 yapması 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 vida aktüatörü 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 mühendislik birimlerine dönüştürmek için zaman ayırmaz. İşte bu konuda yardımcı olacak 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 dönmesi için 500 darbeye ihtiyaç duyduğunu ve bir devrin 10 mm olduğunu varsayalım. Sabit, 500'ü (ppr) 10'a (mm p/r) bölerek hesaplanabilir. Dolayısıyla sabit, 500 darbe/10 mm veya 50 darbe/mm'dir.

Bu sabit, belirli bir mesafeyi hareket ettirmek için gereken darbe sayısını hesaplamak için kullanılabilir. Örneğin, 15 mm hareket için 15 mm × 50 ppm = 750 darbe gerekir.

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

mm cinsinden bir hız komutu vermek ve kontrolörün uygun frekansı Hz (saniye başına darbe) cinsinden hesaplamasını sağlamak için, önce hız sabitinin belirlenmesi gerekir. Bu, komut darbe sabitinin (yukarıda gösterildiği gibi) bulunmasıyla yapılır, ancak birimler değiştirilir. Başka bir deyişle, motor 500 ppr güç üretiyorsa ve aktüatör devir başına 10 mm hareket ediyorsa, saniyede 500 darbe komutu verildiğinde, aktüatör saniyede 10 mm hareket eder. Saniye başına 500 darbenin, saniyede 10 mm'ye bölünmesi, mm başına saniyede 50 darbe ile sonuçlanır. Dolayısıyla, hedef hızın 50 ile çarpılması 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 ayarlarına dikkat etmek, kurulumun çalışması için harcanan süreyi azaltabilir. Ayrıca, hemen bazı temel hesaplamalar yapmak için zaman ayırırsanız, hız ve mesafeleri programlamak daha kolay olacak ve makine operatörleri HMI'larında daha sezgisel bilgiler görüntüleyecektir.