Для автоматизованих машин, яким потрібні лише дві-три осі електричних приводів, імпульсні виходи можуть бути найпростішим варіантом.

Використання імпульсних виходів від ПЛК – це економічно ефективний спосіб отримання простого руху. Більшість, якщо не всі, виробники ПЛК пропонують спосіб керування сервоприводами та кроковими двигунами за допомогою імпульсного сигналу. Тому, коли просту машину потрібно автоматизувати лише за двома або трьома осями на електричних приводах, імпульсні виходи набагато простіше налаштувати, підключити та запрограмувати, ніж використання аналогових сигналів. Це також може коштувати менше, ніж використання мережевого руху, такого як Ethernet/IP.

Отже, давайте розглянемо керування кроковим двигуном або сервоприводом за допомогою драйвера або підсилювача між контролером і двигуном, з акцентом на імпульсні сигнали, що використовуються від контролера або індексатора.

Основи імпульсного потяга

Крокові двигуни та імпульсно-керовані версії серводвигунів можуть обертатися в обох напрямках. Це означає, що контролер повинен подавати щонайменше два керуючі сигнали на привід. Існує два способи подачі цих сигналів, і різні виробники називають їх по-різному. Існує два поширені способи позначення двох схем керуючих сигналів, які ви використовуєте: «1P-режим», також відомий як «режим кроку/напрямку», та «2P-режим», який називається «режим за годинниковою стрілкою/проти годинникової стрілки» або режим за годинниковою стрілкою/проти годинникової стрілки. Обидва режими вимагають двох керуючих сигналів від контролера до приводу.

В режимі 1P один керуючий сигнал є послідовністю імпульсів або сигналом «кроку». Інший сигнал є спрямованим вхідним сигналом. Якщо спрямований вхід увімкнено, а на ступінчастому вході присутній імпульсний сигнал, двигун обертається за годинниковою стрілкою. І навпаки, якщо сигнал напрямку вимкнено, а на ступінчастому вході присутній імпульсний сигнал, двигун обертається в іншому напрямку, або проти годинникової стрілки. Послідовність імпульсів завжди знаходиться на тому самому вході, незалежно від бажаного напрямку.

У режимі 2P обидва сигнали є послідовністю імпульсів. Тільки один вхід одночасно матиме частоту, тому, якщо присутній послідовність імпульсів за годинниковою стрілкою, двигун обертається за годинниковою стрілкою. Якщо присутній послідовність імпульсів проти годинникової стрілки, двигун обертається проти годинникової стрілки. На який вхід надходить послідовність імпульсів, залежить від бажаного напрямку.

Імпульси, що видаються контролером, змушують двигун рухатися. Двигун обертається на одну одиницю збільшення за кожен імпульс на імпульсному вході приводу. Наприклад, якщо двофазний кроковий двигун має 200 імпульсів на оберт (імп), то один імпульс змушує двигун обертатися на 1/200 оберту або 1,8 градуса, а 200 імпульсів зроблять двигун обертатися на один оберт.

Звичайно, різні двигуни мають різну роздільну здатність. Крокові двигуни можуть бути мікрокроковими, що забезпечує їм багато тисяч імпульсів на оберт. Крім того, серводвигуни зазвичай мають багато тисяч імпульсів на оберт як мінімальну роздільну здатність. Незалежно від роздільної здатності двигуна, імпульс від контролера або індексатора змушує його обертатися лише на одну одиницю приросту.

Швидкість обертання двигуна залежить від частоти імпульсів або швидкості. Чим швидше імпульси, тим швидше обертається двигун. У наведеному вище прикладі, для двигуна з частотою 200 імпульсів на секунду (імпульсів на секунду) частота 200 імпульсів за секунду (імпульсів на секунду) забезпечить обертання двигуна зі швидкістю один оберт за секунду (об/с) або 60 обертів за хвилину (об/хв). Чим більше імпульсів потрібно для обертання двигуна на один оберт (імпульсів на хвилину), тим швидше імпульси потрібно надсилати, щоб отримати ту саму швидкість. Наприклад, двигун з частотою 1000 імпульсів на хвилину повинен мати частоту імпульсів у рази вищу, ніж двигун з 200 імпульсів на хвилину, щоб досягти тієї ж швидкості обертання. Математика досить проста:

об/с = pps/ppr (обертів за секунду = імпульсів за секунду/імпульсів за оберт)

об/хв = об/хв(60)

Контроль імпульсів

Більшість контролерів мають метод визначення, чи повинен двигун обертатися за годинниковою стрілкою чи проти годинникової стрілки, і відповідно керують сигналами. Іншими словами, програмісту зазвичай не потрібно визначати, які виходи вмикати. Наприклад, багато ПЛК мають функції керування рухом за допомогою імпульсного сигналу, і ця функція автоматично керує виходами для отримання правильного напрямку обертання незалежно від того, чи налаштовано контролер на режим 1P чи 2P.

Розглянемо два рухи як простий приклад. Обидва рухи – це 1000 імпульсів. Один – у позитивному напрямку, інший – у негативному. Контролер вмикає відповідні виходи, незалежно від того, чи використовується 1P, чи 2P, щоб двигун обертався у позитивному напрямку (зазвичай за годинниковою стрілкою), коли кількість командованих імпульсів становить 1000. З іншого боку, якщо програма командує -1000 імпульсів, контролер вмикає відповідні виходи для руху у негативному напрямку (зазвичай проти годинникової стрілки). Тому програмісту не потрібно керувати напрямком обертання двигуна за допомогою коду в програмі, щоб вибрати, які виходи використовувати. Контролер робить це автоматично.

Контролери та драйвери зазвичай мають спосіб для користувачів вибрати тип імпульсу за допомогою DIP-перемикача або налаштувань програмного забезпечення. Важливо переконатися, що контролер і драйвер налаштовані однаково. Якщо ні, робота може бути нестабільною або взагалі не працюватиме.

Абсолютні та інкрементальні переміщення

Дві найпоширеніші команди руху в програмуванні керування рухом - це команди поступового та абсолютного руху. Концепція абсолютного та поступового руху бентежить багатьох користувачів незалежно від використовуваного методу керування двигуном. Але ця інформація стосується незалежно від того, чи керується двигун імпульсами, аналоговим сигналом чи мережею, такою як Ethernet/IP або Ethercat.

По-перше, якщо на двигуні встановлено енкодер, типи його рухів не залежать від типу енкодера. По-друге, абсолютні та інкрементальні рухи можна виконувати незалежно від того, чи є абсолютний чи інкрементальний енкодер, чи взагалі немає енкодера.

Під час використання двигуна для переміщення лінійної осі, наприклад, кулькового гвинтового приводу, існує (очевидно) скінченна відстань між одним кінцем приводу та іншим. Іншими словами, якщо каретка знаходиться на одному кінці приводу, двигун може обертатися для руху лише доти, доки каретка не досягне протилежного кінця. Це довжина ходу. Наприклад, у приводі з ходом 200 мм один кінець приводу зазвичай знаходиться в «нульовому» або початковому положенні.

Абсолютний рух переміщує каретку в задане положення незалежно від її поточного положення. Наприклад, якщо поточне положення дорівнює нулю, а задане переміщення становить 100 мм, контролер надсилає достатньо імпульсів, щоб перемістити виконавчий механізм вперед до позначки 100 мм і зупинитися.

Але якщо поточне положення виконавчого механізму становило 150 мм, абсолютний рух на 100 мм змусить контролер надсилати імпульси у негативному напрямку, щоб перемістити виконавчий механізм назад на 50 мм і зупинитися в положенні 100 мм.

Практичне використання

Найпоширеніша проблема з використанням імпульсного керування полягає в проводці. Сигнали часто випадково підключаються навпаки. У режимі 2P це означає, що вихід проти годинникової стрілки підключений до входу за годинниковою стрілкою і навпаки. В режимі 1P це означає, що вихід імпульсного сигналу підключений до входу напрямку, а вихід сигналу напрямку підключений до імпульсного входу.

У режимі 2P, ця помилка підключення призводить до обертання двигуна за годинниковою стрілкою, коли отримує команду рухатися проти годинникової стрілки, і проти годинникової стрілки, коли отримує команду рухатися за годинниковою стрілкою. В режимі 1P проблему складніше діагностувати. Якщо сигнали міняються місцями, контролер надсилає послідовність імпульсів на вхід напрямку, який нічого не робить. Він також надсилає сигнал зміни напрямку (вмикає або вимикає сигнал залежно від напрямку) на кроковий вхід, що може призвести до імпульсного обертання двигуна. Один імпульс руху зазвичай досить важко помітити.

Використання режиму 2P спрощує усунення несправностей, і зазвичай його легше зрозуміти тим, хто не має великого досвіду в цьому типі керування рухом.

Ось метод, який дозволяє витрачати якомога менше часу на усунення несправностей імпульсних та напрямних осей. Це дозволяє інженерам зосередитися на одній речі за раз. Це має позбавити вас необхідності витрачати дні, намагаючись з'ясувати, яка помилка в проводці перешкоджає руху, лише для того, щоб виявити, що функція імпульсного виходу неправильно налаштована в ПЛК, і ви ніколи не виводили імпульси.

1. Визначте імпульсний режим, який буде використовуватися, та використовуйте той самий режим для всіх осей.

2. Встановіть контролер на відповідний режим.

3. Встановіть для приводу відповідний режим.

4. Створіть у контролері найпростішу програму (зазвичай функцію поштовхового руху), щоб двигун міг обертатися в одному або іншому напрямку з низькою швидкістю.

5. Дайте команду руху за годинниковою стрілкою та стежте за будь-якими станами в контролері, які вказують на вихід імпульсів.

–Це можуть бути світлодіоди на виходах контролера або прапорці стану, такі як прапорець зайнятості в ПЛК. Лічильник імпульсних виходів у контролері також можна контролювати, щоб побачити, чи змінюється його значення.

–Двигун не потребує підключення до вихідних імпульсів.

6. Повторіть випробування проти годинникової стрілки.

7. Якщо виведення імпульсів в обох напрямках успішне, рухайтеся далі. Якщо ні, спочатку потрібно розібратися з програмуванням.

8. Підключіть контролер до драйвера.

9. Поштовхом обертайте двигун в одному напрямку. Якщо це працює, перейдіть до кроку 10. Якщо це не працює, перевірте проводку.

10. Поштовхом обертайте двигун у протилежному напрямку. Якщо це спрацює, ви досягли успіху. Якщо ні, перевірте проводку.

Багато годин було витрачено даремно на цьому першому етапі, оскільки частота імпульсів достатньо низька, щоб двигун обертався надзвичайно повільно, наприклад, 1/100 об/хв. Якщо єдиний спосіб визначити, чи працює двигун, це спостерігати за валом двигуна, може здаватися, що він не рухається з низькою швидкістю, що призводить до думки, що він не видає імпульсів. Найкраще розрахувати безпечну швидкість на основі роздільної здатності двигуна та параметрів застосування, перш ніж встановлювати швидкість для випробування. Деякі вважають, що можна встановити корисну швидкість, просто здогадуючись. Але якщо двигуну потрібно 10 000 імпульсів для одного оберту, а частота імпульсів встановлена ​​на 1000 імпульсів на секунду, двигуну знадобиться 10 секунд, щоб зробити один оберт. І навпаки, якщо двигуну потрібно 1000 імпульсів для одного оберту, а частота імпульсів встановлена ​​на 1000, двигун рухатиметься на один оберт за секунду або 60 об/хв. Це може бути занадто швидко для випробування, якщо двигун підключено до навантаження, такого як кульковий гвинтовий привід з обмеженою дальністю руху. Вкрай важливо стежити за індикаторами, які показують вихід імпульсів (світлодіоди або лічильник імпульсів).

Розрахунки для практичного застосування

Користувачі часто стикаються з інтерфейсами оператора, які показують відстань та швидкість машини в одиницях імпульсів, а не в інженерних одиницях, таких як міліметри. Часто програміст поспішає, щоб запустити машину, і не витрачає час на визначення машинних одиниць та перетворення їх в інженерні одиниці. Ось кілька порад, які допоможуть у цьому.

Якщо відома роздільна здатність кроку двигуна (кількість імпульсів на оберт) та рух, що виконується за один оберт двигуна (мм), константа імпульсу керування розраховується як роздільна здатність/відстань на оберт або імпульси на оберт/відстань на оберт.

Константа може допомогти знайти, скільки імпульсів потрібно для переміщення на певну відстань:

Поточна позиція (або відстань) = кількість імпульсів/імпульсів команди константа.

Щоб перетворити інженерні одиниці в імпульси, спочатку визначте константу, яка визначає кількість імпульсів, необхідних для заданого руху. Припустимо, що у наведеному вище прикладі двигуну потрібно 500 імпульсів для обертання на один оберт, а один оберт становить 10 мм. Обчислення константи можна виконати, поділивши 500 (імп/об) на 10 (мм/об). Отже, константа дорівнює 500 імпульсів/10 мм або 50 імпульсів/мм.

Цю константу потім можна використовувати для розрахунку кількості імпульсів, необхідних для переміщення на задану відстань. Наприклад, для переміщення на 15 мм, 15 мм × 50 ppm = 750 імпульсів.

Щоб перетворити показники лічильника імпульсів на інженерні одиниці, просто поділіть значення лічильника імпульсів на константу командного імпульсу. Таким чином, якщо лічильник імпульсів показує 6000, поділіть його на константу командного імпульсу, розраховану з наведеного вище прикладу, положення приводу становитиме 6000 імпульсів/50 ppm = 120 мм.

Щоб задати швидкість у мм і щоб контролер розрахував правильну частоту в Гц (імпульсів за секунду), спочатку потрібно визначити константу швидкості. Це робиться шляхом знаходження постійної імпульсу керування (як показано вище), але одиниці вимірювання змінюються. Іншими словами, якщо двигун видає 500 імпульсів за секунду, а виконавчий механізм рухається на 10 мм за оберт, то якщо задано 500 імпульсів за секунду, виконавчий механізм рухатиметься на 10 мм за секунду. Поділ 500 імпульсів за секунду на 10 мм за секунду дає 50 імпульсів за секунду на мм. Отже, множення цільової швидкості на 50 дає правильну частоту імпульсів.

Формули ті самі, але одиниці вимірювання змінюються:

Константа швидкості в імп/с = імпульси на оберт/відстань на оберт

Швидкість імпульсів (імп/с) = (постійна швидкості) × швидкість у мм

Використання системи, яка використовує імпульсні сигнали для керування рухом, може спочатку здатися складним, проте, звертаючи пильну увагу на типи сигналів і налаштування контролера та приводів на початку, можна скоротити час, витрачений на її роботу. Крім того, якщо одразу приділити час виконанню деяких основних розрахунків, програмування швидкостей і відстаней буде простішим, а оператори машин матимуть більш інтуїтивно зрозумілу інформацію, що відображатиметься на їхніх HMI.