Sieci miejscowe stosowane w układach serwonapędowych. Zagadnienia komunikacji w nowoczesnych układach serwonapędowych R Θ. R ω R M

Transkrypt

1 Zagadnienia komunikacji w nowoczesnych układach serwonapędowych dr inŝ Stefan Brock Sieci miejscowe stosowane w układach serwonapędowych Serwonapędy układy regulacji połoŝenia, wyposaŝone w silniki wysokomomentowe Sieci miejscowe - komputerowe sieci lokalne stosowane w układach automatyzacji Sieci miejscowe stosowane w napędzie bardzo wysokie wymagania: duŝa szybkość transmisji i gwarantowana praca synchroniczna napędów 3 osiowe układanie opakowań na palecie Cięcie taśmy za pomocą latających noŝyc Schemat blokowy układu sterowania serwonapędu ω wyp M wyp 3 Z R Θ R ω Θ zad ω zad M zad R M ω rze ε rze Θ e Cięcie za pomocą wirującego noŝa Θ rze CZ CM MS MR CR 1

2 Konwencjonalny układ serwonapędowy Analogowe przekazywanie sygnałów Zalety: + Standaryzacja: moŝliwość współpracy modułów osi i układów CNC róŝnych wytwórców + MoŜliwa bardzo duŝa szybkość zmian sygnałów, ograniczona praktycznie jedynie czasami przetwarzania wejściowych przetworników A/C Wady: - WraŜliwość na zakłócenia elektromagnetyczne, poziom których w przypadku stosowania przekształtników jest wysoki - Ograniczona dokładność przesyłu informacji - W przypadku dominującej obecnie cyfrowej realizacji wewnętrznych pętli sterowania konieczność stosowania wejściowych przetworników A/C - Brak moŝliwości zmiany parametrów modułu osi przez układ CNC Hybrydowe układy komunikacji Sygnały analogowe i sygnały cyfrowe przesyłane łączem szeregowym Za pomocą sygnałów analogowych przekazywane są tak zwane informacje cykliczne: sygnały zadane i sygnały sprzęŝeń zwrotnych Za pomocą łącza szeregowego przesyłane są tak zwane informacje niecykliczne: parametry konfiguracyjne dla serwonapędu, informacje wykorzystywane do diagnostyki i monitoringu Wykorzystywane są standardowe łącza szeregowe, takie jak na przykład RS-232, RS-485, CAN Nie ma jednak standartowych protokołów komunikacyjnych, definiujących znaczenie poszczególnych poleceń i komunikatów Cyfrowe przekazywanie sygnałów brak zjawisk zmiany właściwości wynikających ze starzenia się elementów i dryfu odporność na zakłócenia moŝliwość realizacji złoŝonych algorytmów regulacyjnych: samonastrajających się, układów odpornych i adaptacyjnych Cyfrowe przekazywanie sygnałów - wymagania - izochroniczność przekazywanych sygnałów - aktualność danych - synchroniczność - niezawodność i odporność na zakłócenia elektromagnetyczne - duŝa szybkość transmisji: przekazywanie sygnałów zadanych i sprzęŝeń zwrotnych z dokładnością minimum 16 bitów w czasie krótszym niŝ 1 ms Błędy regulacji zaleŝą od czasu trwania cyklu komunikacji Okrąg o promieniu 10 mm 2

3 Błędy kształtu Tryby komunikacji Regulacja momentu Regulacja prędkości Regulacja połoŝenia Synchronizacja Elektroniczna przekładnia Modele komunikacji w układzie sterowania serwonapędu Model 1 regulacja momentu PołoŜenie Model 1: Model 2: Model 3: Model 4: Automatyzacja Automatyzacja Automatyzacja Automatyzacja Reg połoŝenia Reg prędkości Moment zadany Reg momentu PołoŜenie Reg połoŝenia Reg prędkości Reg momentu Prędkość zadana Informacje pomocnicze PołoŜenie zadane Reg połoŝenia Reg prędkości Reg momentu Informacje pomocnicze Reg połoŝenia Reg prędkości Reg momentu Instrukcje technologiczne Mf* Vf* X1* Xn* Poz Pręd M X1 V1 T1 M Wymagania dotyczące synchronizmu i szybkości komunikacji Wymagania dotyczące komunikacji między węzłami podporządkownymi Model 2 regulacja prędkości Model 3 regulacja połoŝenia Mf* Mf* Vf* Vf* X1* Xn* Poz Pręd M X1 V1 T1 M X1* Xn* Poz Pręd M X1 V1 T1 M 3

4 Ewolucja układów napędowych (1) Ewolucja układów napędowych (2) Struktura sieci Profibus VME/PC Ethernet/TCP/IP Area Controller CNC PLC PROFIBUS-FMS PROFIBUS-DP TCP/IP/Ethernet DCS PC/VME PROFIBUS-PA Specjalizowany profil napędowy sieci Profibus - PROFIdrive Bezpośrednia komunikacja pomiędzy urządzeniami podporządkowanymi Praca izochroniczna przekazywanie informacji w stałych odstępach czasu Bezpośrednia komunikacja pomiędzy urządzeniami podporządkowanymi komunikacja poprzez komunikat adresowany Układ nadrzędny (master) wydawca komunikacja poprzez komunikat rozgłoszeniowy abonent komunikacja między węzłami podporządkowanymi Producer Multicast abonent Praca izochroniczna przekazywanie informacji w stałych odstępach czasu Globalny sygnał synchronizacji Cykl pracy magistrali Profibus - DP Dane od poszczególnych napędów Kanały danych asynchronicznych Stały czas trwania cyklu rzędu 1 ms z dokładnością 1 µs 4

5 Sieć SERCOS - Interface SErial Real Time COmmunication System Sieć dedykowana dla zastosowań w układach serwonapędowych do komunikacji między układem nadrzędnym CNC a modułami osi Dane przesyłane są miedzy układem CNC a układami podporządkowanymi w postaci bloków danych, tak zwanych telegramów, w ściśle określonych chwilach Nie występuje bezpośrednia wymiana informacji między układami podporządkowanymi Struktura sieci SERCOS Interface Węzeł podrzędny (slave) Układ nadrzędny (master) Węzeł podrzędny (slave) Węzeł podrzędny (slave) Połączenie CNC - napęd Połączenie CNC - napęd Połączenie CNC - napęd 5

6 Przesył telegramów w sieci SERCOS Interface Cyklicznie przekazywane dane (przykład: 4 MBit/s, okres 1ms, 8 napędów) Telegram synchronizacyjny Telegramy od układów podrzędnych 1 x Dane cykliczne Dane niecykliczne Ramka Adres roz Dane dla 1 Dane dla x Ramka 0 Telegram od układu 1000 t [µs] nadrzędnego Od sterowania do kaŝdego napędu 32 bity wartości zadanej (np prędkość lub połoŝenie) 16 bitów wartości ograniczenia (np moment dopuszczalny) Od kaŝdego napędu do sterowania 32 bity wartości chwilowej (np prędkość lub połoŝenie) 16 bitów wartości chwilowej (np moment) Ramka Adres x Dane cykliczne Dane niecykliczne Ramka Dodatkowo do 8 kb/s danych dla kaŝdego napędu niecyklicznie SERCOS 4 MHZ Okres pracy w mikrosekundach bytes 2 bytes Ilość napędów Elektroniczna krzywka 6

7 Tablica definiująca elektroniczną krzywkę Zamykanie kartonów redukcja z 43 do 2 części 7