Sadece iki veya üç eksenli elektrikli aktüatör gerektiren makinelerin otomasyonunda, darbe çıkışları en basit yöntem olabilir.

PLC'den gelen darbe çıkışlarını kullanmak, basit hareket kontrolü için uygun maliyetli bir yöntemdir. Çoğu PLC üreticisi, servo ve step motorları darbe sinyali dizisi kullanarak kontrol etme olanağı sunar. Bu nedenle, basit bir makinenin yalnızca iki veya üç eksende elektrikli aktüatörlerle otomatikleştirilmesi gerektiğinde, darbe çıkışları analog sinyallere göre kurulumu, kablolaması ve programlanması çok daha kolay olabilir. Ayrıca, Ethernet/IP gibi ağ tabanlı hareket kontrolüne göre daha az maliyetli olabilir.

Şimdi, kontrol ünitesi ile motor arasına yerleştirilmiş bir sürücü veya amplifikatör kullanarak bir step motoru veya servo motoru kontrol etmeye, özellikle de kontrol ünitesinden veya indeksleyiciden gelen darbe sinyallerine odaklanarak bakalım.

Nabız Treni Temelleri

Step motorlar ve darbe kontrollü servo motorlar her iki yönde de dönebilir. Bu, kontrol ünitesinin sürücüye en az iki kontrol sinyali sağlaması gerektiği anlamına gelir. Bu sinyalleri sağlamanın iki yolu vardır ve farklı üreticiler bunları farklı isimlerle adlandırır. Kullandığınız iki kontrol sinyali şemasına atıfta bulunmanın iki yaygın yolu vardır: "1P modu", diğer adıyla "Adım/Yön modu" ve "2P modu", yani "CW/CCW modu" veya saat yönünde/saat yönünün tersine mod. Her iki mod da kontrol ünitesinden sürücüye iki kontrol sinyali gerektirir.

1P modunda, bir kontrol sinyali darbe dizisi veya "adım" sinyalidir. Diğer sinyal ise yönsel giriştir. Yönsel 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, yani saat yönünün tersine döner. Darbe dizisi, istenen yön ne olursa olsun her zaman aynı girişe bağlıdır.

2P modunda, her iki sinyal de bir darbe dizisidir. Aynı anda yalnızca bir girişin frekansı olur; bu nedenle, saat yönünde (CW) darbe dizisi mevcutsa, motor saat yönünde döner. Saat yönünün tersine (CCW) darbe dizisi mevcutsa, motor saat yönünün tersine döner. Hangi girişin darbe dizisini alacağı, istenen yöne bağlıdır.

Kontrol ünitesinden gelen darbeler motorun hareket etmesini sağlar. Motor, sürücünün darbe girişindeki her darbe için bir artımlı birim döner. Örneğin, iki fazlı bir kademeli motorun 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. Step motorlar mikro adımlı olabilir ve bu da onlara devir başına binlerce darbe verebilir. Ek olarak, servo motorlar genellikle minimum çözünürlük olarak devir başına binlerce darbe üretir. Motor çözünürlüğü ne olursa olsun, kontrol ünitesinden veya indeksleyiciden gelen bir darbe, motorun yalnızca bir artımlı birim dönmesini sağlar.

Bir motorun dönüş hızı, darbelerin frekansına veya hızına bağlıdır. Darbeler ne kadar hızlıysa, motor o kadar hızlı döner. Yukarıdaki örnekte, 200 ppr'ye sahip bir motorda, saniyede 200 darbe (pps) frekansı, motoru saniyede bir devir (rps) veya dakikada 60 devir (rpm) hızında döndürür. Motoru bir devir döndürmek için gereken darbe sayısı ne kadar fazlaysa, aynı hızı elde etmek için darbelerin hızı da o kadar yüksek olmalıdır. Örneğin, 1000 ppr'ye sahip bir motorun aynı devir sayısına ulaşması için, 200 ppr'ye sahip bir motorun darbe frekansının kat kat daha yüksek olması gerekir. Matematik oldukça basittir:

rps = pps/ppr (saniyedeki dönüş sayısı = saniyedeki darbe sayısı / dönüş başına darbe sayısı)

devir = devir/saniye(60)

Nabızları Kontrol Etmek

Çoğu kontrol ünitesinde, motorun saat yönünde mi yoksa saat yönünün tersine mi dönmesi gerektiğini belirleme yöntemi bulunur ve sinyalleri buna göre kontrol eder. Başka bir deyişle, programcının hangi çıkışları açacağını belirlemesi genellikle gerekmez. Örneğin, birçok PLC'de darbe sinyali kullanarak hareketi kontrol etme fonksiyonları bulunur ve bu fonksiyon, kontrol ünitesinin 1P veya 2P modunda yapılandırılmış olmasına bakılmaksızın, doğru dönüş yönünü elde etmek için çıkışları otomatik olarak kontrol eder.

Basit bir örnek olarak iki hareketi ele alalım. Her iki hareket de 1000 darbeden oluşuyor. Biri pozitif yönde, diğeri negatif yönde. Kontrolör, komut edilen darbe sayısı 1000 olduğunda, motorun pozitif yönde (genellikle saat yönünde) dönmesini sağlamak için, 1P veya 2P kullanılmasına bakılmaksızın, uygun çıkışları açar. Öte yandan, bir program -1000 darbe komutu verirse, kontrolör negatif yönde (genellikle saat yönünün tersine) hareket etmek için uygun çıkışları açar. Bu nedenle, programcının hangi çıkışların kullanılacağını seçmek için programda kod kullanarak motor dönüş yönünü kontrol etmesine gerek yoktur. Kontrolör bunu otomatik olarak yapar.

Kontrolcüler ve sürücüler genellikle kullanıcıların darbe tipini seçebilmeleri için bir yol sunar; bu seçim ya dip anahtarıyla ya da yazılım seçimi ayarıyla yapılır. Kontrolcü ve sürücünün aynı şekilde yapılandırıldığından 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 kafa karıştırır. Ancak bu bilgi, motorun darbelerle, analog sinyalle veya Ethernet/IP veya Ethercat gibi bir ağ ile kontrol edilip edilmemesine bakılmaksızın geçerlidir.

Birincisi, bir motorda enkoder varsa, hareket türlerinin enkoder türüyle hiçbir ilgisi yoktur. İkincisi, mutlak veya artımlı hareketler, mutlak veya artımlı enkoder olup olmamasına bakılmaksızın yapılabilir.

Bir bilyalı vida aktüatörü gibi doğrusal bir ekseni hareket ettirmek için bir motor kullanıldığında, aktüatörün bir ucundan diğer ucuna kadar (açıkça) sonlu bir mesafe vardır. Başka bir deyişle, eğer taşıyıcı aktüatörün bir ucundaysa, motor ancak taşıyıcı karşı uca ulaşana kadar döndürülebilir. Bu, strok uzunluğudur. Örneğin, 200 mm hareket mesafesine sahip bir aktüatörde, aktüatörün bir ucu normalde "sıfır" veya başlangıç ​​konumudur.

Mutlak hareket, taşıyıcıyı mevcut konumundan bağımsız olarak komut edilen konuma taşır. Örneğin, mevcut konum sıfır ise ve komut edilen hareket 100 mm ise, kontrolör aktüatörü 100 mm işaretine kadar ileri hareket ettirmek ve durdurmak için yeterli sayıda darbe gönderir.

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

Pratik Kullanımlar

Darbe kontrolü kullanımında en sık karşılaşılan sorun kablolamadadır. Sinyaller sıklıkla yanlışlıkla ters bağlanır. 2P modunda bu, saat yönünün tersine çıkışın saat yönünde girişe ve saat yönünün tersine çıkışın saat yönünde girişe bağlanması anlamına gelir. 1P modunda ise darbe sinyali çıkışının yön girişine ve yön sinyali çıkışının darbe girişine bağlanması anlamına gelir.

2P modunda, bu kablolama hatası, motorun saat yönünün tersine dönmesi komutu verildiğinde saat yönünde, saat yönünde dönmesi komutu verildiğinde ise saat yönünün tersine dönmesine neden olur. 1P modunda ise sorunun teşhisi daha zordur. Sinyaller yer değiştirirse, kontrol ünitesi yön girişine hiçbir şey yapmayan bir darbe dizisi gönderir. Ayrıca, adım girişine yön değişikliği (yöne bağlı olarak sinyali açıp kapatma) sinyali gönderir ki bu da motorun bir darbe şeklinde dönmesine 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 eksenlerindeki sorun giderme işlemlerine mümkün olduğunca az zaman harcanmasını sağlayacak bir yöntem. Bu yöntem, mühendislerin aynı anda tek bir şeye odaklanmasını sağlar. Bu sayede, hareketin önünü kesen kablolama hatasının ne olduğunu bulmaya çalışarak günler harcamanız ve sonunda PLC'de darbe çıkış fonksiyonunun yanlış yapılandırılmış olduğunu ve aslında hiç darbe çıkışı vermediğinizi fark etmeniz önlenmiş olur.

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

2. Kumandayı uygun moda ayarlayın.

3. Sürücüyü uygun moda ayarlayın.

4. Kontrol cihazınızda, motorun yavaş bir hızda bir yöne veya diğerine dönmesini sağlayacak en basit programı (genellikle bir jog fonksiyonu) oluşturun.

5. CW hareket komutu verin ve kontrol cihazında darbe sinyallerinin gönderildiğini gösteren durum göstergelerini izleyin.

–Bunlar, kontrol ünitesinin çıkışlarındaki LED'ler veya PLC'deki meşgul bayrağı gibi durum bayrakları olabilir. Kontrol ünitesindeki darbe çıkış sayacının değerinin değişip değişmediği de izlenebilir.

–Motorun çıkış darbelerine bağlanmasına gerek yoktur.

6. Testi saat yönünün tersine doğru tekrarlayın.

7. Her iki yönde de darbe çıkışı başarılı olursa, devam edin. Başarılı olmazsa, öncelikle programlamanın nasıl yapılacağı anlaşılmalıdır.

8. Kontrol ünitesini sürücüye bağlayın.

9. Motoru tek yönde hareket ettirin. Çalışıyorsa 10. adıma geçin. Çalışmıyorsa kablolamayı kontrol edin.

10. Motoru ters yönde çalıştırın. Çalışırsa, başarılı oldunuz demektir. Çalışmazsa, kablolamayı kontrol edin.

İlk aşamada birçok saat boşa harcandı çünkü darbe frekansı, motorun saniyede 1/100 devir gibi son derece yavaş dönmesine neden olacak kadar düşük. Çalışıp çalışmadığını anlamanın tek yolu motor milini izlemekse, düşük hızda hareket ediyormuş gibi görünmeyebilir ve bu da darbe üretmediğine inanmanıza yol açabilir. Test için hız ayarlanmadan önce, motor çözünürlüğüne ve uygulama parametrelerine göre güvenli bir hız hesaplamak en iyisidir. Bazıları sadece tahmin ederek kullanılabilir bir hız ayarlayabileceklerini düşünüyor. Ancak motorun bir devir dönmesi için 10.000 darbe gerekiyorsa ve darbe frekansı 1.000 pps olarak ayarlanmışsa, motorun bir devir dönmesi 10 saniye sürecektir. Tersine, motorun bir devir dönmesi için 1.000 darbe gerekiyorsa ve darbe frekansı 1.000 olarak ayarlanmışsa, motor saniyede bir devir veya 60 rpm dönecektir. Motor, sınırlı hareket mesafesine sahip bir bilyalı vida aktüatörü gibi bir yüke bağlıysa, bu test için çok hızlı olabilir. Darbe sinyallerinin üretildiğini gösteren göstergeleri (LED'ler veya darbe sayacı) izlemek çok önemlidir.

Pratik Uygulamalar İçin Hesaplamalar

Kullanıcılar genellikle makinenin mesafesini ve hızını milimetre gibi mühendislik birimleri yerine darbe birimleri cinsinden 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 sayısı) ve motor devri başına yapılan hareketi (mm) biliyorsanız, komut darbe sabiti çözünürlük/devir başına mesafe veya devir başına darbe sayısı/devir başına mesafe olarak hesaplanır.

Bu sabit değer, belirli bir mesafeyi kat etmek için kaç darbe gerektiğini bulmaya yardımcı olabilir:

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

Mühendislik birimlerini darbelere dönüştürmek için öncelikle belirli bir hareket için gereken darbe sayısını belirleyen sabiti bulun. Yukarıdaki örnekte motorun bir devir dönmesi için 500 darbeye ihtiyaç duyduğunu ve bir devrin 10 mm olduğunu varsayalım. Sabiti hesaplamak için 500 (darbe/dönüş) değerini 10'a (mm darbe/dönüş) bölebiliriz. Dolayısıyla sabit 500 darbe/10 mm veya 50 darbe/mm'dir.

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

Bir darbe sayacının okumasını mühendislik birimlerine dönüştürmek için, darbe sayacı değerini komut darbe sabitiyle bölmeniz yeterlidir. Dolayısıyla, darbe sayacı 6.000 değerini gösteriyorsa, yukarıdaki örnekten hesaplanan komut darbe sabitiyle bölündüğünde, aktüatörün konumu 6.000 darbe / 50 ppm = 120 mm olacaktır.

Hızı milimetre cinsinden komut etmek ve kontrolörün uygun frekansı Hz (saniyedeki darbe sayısı) cinsinden hesaplamasını sağlamak için öncelikle hız sabiti belirlenmelidir. Bu, komut darbe sabiti (yukarıda gösterildiği gibi) bulunarak yapılır, ancak birimler değiştirilir. Başka bir deyişle, motor 500 darbe/saniye üretiyorsa ve aktüatör devir başına 10 mm hareket ediyorsa, saniyede 500 darbe komutu verilirse, aktüatör saniyede 10 mm hareket edecektir. Saniyede 500 darbeyi saniyede 10 mm'ye bölmek, milimetre başına saniyede 50 darbe sonucunu verir. Bu nedenle, hedef hızı 50 ile çarpmak uygun darbe frekansını verir.

Formüller aynı, ancak birimler değişiyor:

Hız sabiti (pps) = devir başına darbe sayısı / devir başına mesafe

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

Hareket kontrolü için darbe sinyalleri kullanan bir kurulum ilk başta göz korkutucu görünebilir, ancak başlangıçta kontrol ünitesi ve sürücülerdeki sinyal türlerine ve ayarlarına dikkat etmek, sistemin çalışmasını sağlamak için harcanan zamanı azaltabilir. Ayrıca, hemen bazı temel hesaplamalar yapmak için zaman ayırırsanız, hızları ve mesafeleri programlamak daha kolay olacak ve makine operatörleri HMI'larında daha sezgisel bilgiler görecektir.