Сервоприводы взаимодействуют с аппаратными осями, однако методы настройки движения сильно различаются. Сигналы ввода/вывода (I/O) позволяют подключать датчики и переключатели для облегчения таких функций, как перемещение в исходное положение и установка пределов перемещения.
Если вы новичок в сервоприводах, вы обнаружите, что они существенно отличаются от трехфазных асинхронных двигателей, приводимых в действие преобразователями частоты (ЧРП); фундаментальное различие заключается в механизме обратной связи. ЧРП работают в системе с разомкнутым-контуром, требуя, чтобы внешний контроллер осуществлял все управление с обратной связью; сервосистемы, наоборот, оснащены встроенными энкодерами,-следовательно, параметры движения для всей системы должны быть определены *до* начала работы.
В предыдущих статьях были рассмотрены некоторые примеры аппаратной конфигурации осей и продемонстрировано, как вводить параметры в программное обеспечение привода (как показано в этом руководстве); однако теперь необходимо глубже углубиться в конкретные типы сигналов ввода-вывода, необходимые для выполнения различных задач управления движением.
В частности, особого внимания заслуживают три категории входных сигналов в сервосистеме: сигналы ограничения, входные сигналы возврата в исходное положение и входные сигналы общего-назначения.
Концевые выключатели
Прежде всего необходимо уточнить определение термина: концевой выключатель – это разновидность аппаратного выключателя, срабатывающего от физической силы, приложенной к рычагу или ролику; его можно использовать в различных сценариях, связанных с обнаружением объектов.
Однако в области управления двигателем существует множество переключателей, используемых для определения того, достиг ли движущийся объект конца своего диапазона перемещения; эти переключатели также называются «конечными» переключателями. Для большинства осей движения на каждом конце диапазона перемещения обычно устанавливается концевой выключатель-, обозначаемый как положительный концевой выключатель и отрицательный концевой выключатель соответственно.
Концевые выключатели, используемые на осях движения, не являются исключительно механическими по своей природе; в настоящее время доступно множество бесконтактных переключателей, которые используют оптические или магнитные свойства для обнаружения перемещения без создания какого-либо механического сопротивления.
Ограничения программного обеспечения
Обязательно ли использовать концевые выключатели? Ответ — нет; во многих ситуациях нет необходимости полагаться на аппаратные ограничения.
Большинство сервоприводов поддерживают функцию программного ограничения: энкодер постоянно отслеживает положение оси в реальном времени, и если это положение превышает заданный порог, контроллер предотвращает дальнейшее перемещение оси.
Переключатели возврата
Вторая категория цифровых входных сигналов состоит из входных сигналов «наведения». Обычно системе требуется только один переключатель возврата в исходное положение, поскольку операция возврата в исходное положение выполняется -перемещением в одном направлении-только при включении питания оборудования или при получении определенной команды. Когда ось отключается, информация о ее текущем положении стирается (если система не оснащена резервной батареей, как это часто бывает в роботизированных сервосистемах). Основная цель процесса возврата в исходное положение — дать возможность контроллеру восстановить-восстановить «известную отправную точку» для всех последующих движений.
Возвращение к фиксированному-положению
В управлении движением существуют различные методы возврата в исходное положение; Самый распространенный (и самый простой для понимания) подход заключается в следующем: движущаяся платформа медленно движется в определенном направлении до тех пор, пока не сработает переключатель возврата в исходное положение, после чего эта точка запуска обозначается как «нулевое положение».
Существует также тонкий вариант этого метода: платформа сначала активирует переключатель возврата в исходное положение, затем меняет направление на противоположное, -медленно втягиваясь с чрезвычайно низкой скоростью-до тех пор, пока датчик не перестанет срабатывать; положение в этот точный момент затем определяется как нулевое положение. Нетрудно представить, что концевые выключатели контактного-типа, оснащенные рычагами, могут изнашиваться после длительного использования, что может привести к минутным смещениям (возможно, всего на несколько десятых миллиметра) исходного положения-это одна из причин, почему бесконтактные переключатели часто имеют явные преимущества.
Возвращение в центральное положение
Принцип другого метода возврата в исходное положение заключается в следующем: движущийся компонент сначала движется в выбранном направлении до тех пор, пока не сработает концевой выключатель, затем меняет направление до тех пор, пока не сработает переключатель возврата в исходное положение. Суть этого метода заключается в том, что переключатель возврата в исходное положение устанавливается в «центральном положении» диапазона перемещения, и-когда на оборудование включено питание-система изначально не может определить, в каком направлении должна двигаться подвижная платформа, чтобы добраться до переключателя возврата в исходное положение. Здесь также настоятельно рекомендуется использовать бесконтактные переключатели, поскольку ступень движения проходит через переключатель возврата в исходное положение каждый раз, когда он перемещается от одного конца диапазона перемещения к другому.
Программное обеспечение
Существует также программный-метод возврата в исходное положение, который полностью полагается на программную логику и не требует каких-либо аппаратных переключателей. Если этап движения постоянно останавливается в определенном, известном положении при каждом выключении оборудования, система автоматически назначит это положение как «нулевую точку» при каждом последующем запуске. Однако следует сделать важное предостережение: если положение движущейся ступени в момент отключения питания-не фиксировано-т.е. оно изменяется случайным образом-, система ошибочно назначит это случайное положение как нулевую точку при запуске. В таком сценарии, если впоследствии вы прикажете оси переместиться в положение 400 мм, ось может выйти за пределы своего диапазона перемещения, что потенциально может привести к сбою системы.
Входы безопасного отключения крутящего момента (STO)
С точки зрения безопасности должны быть предусмотрены механизмы для защиты как оборудования, так и оператора в аварийных ситуациях. Эта функция реализуется посредством двух входных сигналов: сигналов безопасного отключения крутящего момента (STO) (STO1 и STO2). Эти два сигнала должны постоянно получать входное напряжение; в противном случае приводному блоку будет выдана команда на выключение. Обычно эти два сигнала подключаются к цепи аварийного останова (E-stop) или к защитному реле, оснащенному двойными нормально-замкнутыми контактами.
Входные сигналы общего-назначения
Предыдущее обсуждение охватило большинство основных функций, связанных с входными сигналами сервопривода; однако возможности некоторых приводов выходят за рамки простого управления двигателем. Возьмем, к примеру, привод SBD от CMZ Sistemi Elettronici: помимо возможностей сервопривода он оснащен встроенным встроенным ПЛК, способным выполнять структурированный тестовый код.
Как и в случае со всеми ПЛК, для таких интегрированных приводов требуется механизм получения внешних сигналов,-включая сигналы процесса от датчиков и входные сигналы от-кнопок, управляемых пользователем. Эти сигналы ввода/вывода общего-назначения (обычно сокращенно GPIO) могут использоваться для передачи сигналов любого типа, -аналогично сигналам в стандартных ПЛК-без назначения каких-либо фиксированных, предопределенных-функций. Однако следует отметить, что не все сервоприводы оснащены интерфейсами GPIO.
Сервопривод управления движением
Несомненно, настройка сервосистемы представляет собой значительно более сложную задачу, чем настройка преобразователя частоты (ЧРП). В то же время, однако, теперь доступен широкий набор инструментов для ввода в эксплуатацию, которые помогут упростить процесс настройки и снизить технический барьер для входа. Для профессионалов, которым еще предстоит заняться сервосистемами, начать учиться никогда не поздно!