Canopen Servo Drive

High - PerformanceCanopen Servo Drive

Com o rápido desenvolvimento de processos industriais, a demanda por sistemas de automação mais flexíveis também está aumentando. Para atender a esses requisitos, mais e mais soluções tradicionais estão sendo substituídas por sistemas de controle de movimento distribuídos com base em dispositivos e fusíveis inteligentes. As unidades de servo de Tonghang são um dos produtos que atendem a essa demanda.

As unidades de servo inteligentes adequadas para sistemas de controle de movimento distribuídos devem fornecer comunicação de barramento e ser capaz de executar tarefas de controle de eixo de nível alto -}. O design do barramento e a alocação de tarefas de controle de movimento são essenciais para criar um sistema de controle de movimento de desempenho- alto. Os programas de controle de movimento de interpolação usam o sistema de controle de movimento do host para calcular trajetórias de eixo multi - e depois transmitir pontos de ajuste de posição do eixo para cada servo unidade através do campo. Aplicações independentes do eixo, por outro lado, calcula as trajetórias de movimento do eixo dentro da unidade servo, com o Host PLC fornecendo apenas a sequência de movimento. A comunicação de barramento é baseada no protocolo do Canopen. A seguir, é apresentado um design para um sistema completo de controle de movimento dentro da faixa de acionamento de servo de Tonghang.

Com o desenvolvimento da tecnologia de processamento de sinais digitais (DSP), muitas tarefas de controle complexas podem ser concluídas nas unidades de servo, e as unidades de servo estão se tornando cada vez mais inteligentes. Ao mesmo tempo, a tecnologia de comunicação Fieldbus cada vez mais madura no campo de controle industrial também possibilitou a implementação de projetos de controle flexível e modular com base em sistemas de controle distribuídos.

A comunicação entre o controlador host (PLC ou Motion Controller) e as unidades servo é baseado no padrão do Canopen. Esta solução facilita a criação de aplicativos complexos de controle de eixo multi -} em um formato modular de desempenho alto -. A comunicação de barramento elimina a necessidade de modificação de hardware; Os sistemas de controle existentes podem ser adaptados para implementações de novos produtos, simplesmente reconfigurando parâmetros. Os processos podem ser modificados adicionando ou removendo componentes de controle (unidades de servo, módulos de E/S etc.) sem exigir grandes alterações no sistema de controle. A flexibilidade desta solução é uma vantagem fundamental para manter uma posição competitiva na automação industrial: permite uma fácil modificação e atualizações de dispositivos, redução da vida útil do produto e da tecnologia. A integração das loops de servo de corrente digital, velocidade e posicionamento nas unidades servo melhora significativamente o desempenho do servo. Se a interpolação ou as trajetórias de eixos independentes, os parâmetros de comunicação do barramento e a alocação de tarefas de controle devem ser conhecidos pela aplicação final de controle de movimento.

Arquitetura de controle de movimento

Em uma arquitetura de controle distribuída, os processos de aplicação e controle ainda são definidos no Host PLC ou Motion Controller. No entanto, o servo drive assume mais responsabilidade pelo controle de movimento, como monitoramento de software e limite de hardware, controle do modo de frenagem do motor e baixo -} segurança de operação de velocidade na segurança durante o comissionamento da máquina. Os geradores de trajetória também podem ser integrados à unidade de servo através do aplicativo final. Isso diferencia ainda mais as aplicações de eixo interpolado dos de maneira independente.

Muitos robôs e máquinas -ferramentas requerem controle de movimento interpolado (um subconjunto de eixos deve poder ser ajustado continuamente). Nesta solução, as trajetórias do eixo devem ser calculadas pelo mesmo processador de frequência - para manter a coordenação entre os eixos.

As arquiteturas de controle de movimento distribuídas adequadas para a interpolação de eixo multi - são baseadas na inteligência de unidades servo, capazes de executar tarefas completas de controle de servo, incluindo posição, velocidade e loops de corrente com conversão de energia. O controlador de movimento do host executa cálculos de trajetória de eixo multi - e transmite sinais de ponto de ajuste de posição digital para cada servo unidade por meio de uma série de comunicações de barramento. A interpolação cúbica é usada para gerar um perfil dentro do período de amostragem de loop servo, derivado de dois pontos de ajuste adjacentes na unidade de servo. Essa técnica reduz significativamente os recursos usados ​​pelo controlador host (frequência de geração de pontos de ajuste), mantendo o controle de movimento suave. Isso permite o controle de um grande número de eixos dentro de um determinado desempenho do barramento.

A maioria dos sistemas de controle de movimento no campo de automação não permite a interpolação entre os eixos (independentemente da trajetória do eixo). Essa abordagem elimina a necessidade de cálculos de trajetória centralizada, permitindo que eles sejam distribuídos a cada servo.

O controlador PLC do host está bem - adequado para fornecer controle da sequência de aplicativos. Esta solução é baseada em unidades de servo inteligentes que fornecem alto - controle de movimento de desempenho e estão totalmente integradas ao ambiente do PLC. Portanto, os parâmetros de controle de movimento de nível - altos estão disponíveis na linguagem de programação padrão IEC1131-3.

Canopen Communication

Os fieldbuses são um componente crucial e os principais recursos, como sincronização, taxa de atualização e parâmetros de comunicação, determinam o desempenho geral do sistema. O CAN foi escolhido por sua alta velocidade, estabilidade e baixo custo. As taxas de transmissão podem atingir 1 m/s dentro de 40 m, diminuindo com o aumento da distância. A família CAN Bus é amplamente utilizada na automação e automação industrial, reduzindo os custos de instalação de hardware. O CAN é baseado na transmissão de mensagens priorizadas em um barramento comum. Pode distinguir entre modelos de transferência síncrona e assíncrona: as mensagens assíncronas se concentram nas configurações de parâmetros do servo, enquanto as mensagens síncronas são focadas no controle de movimento e nos ajustes de rastreamento de eixos.

Especificamente para aplicativos de servo drive, o CANOPEN DS40 foi implementado. O modelo "Posição de Visão Geral" está bem - adequado para aplicativos de rastreamento de eixo independente. Nesta solução, a posição de destino é transmitida através do barramento pelo host PLC. O controlador envia os dados de posição para a unidade servo, que calcula ajustes de trajetória e conclui o posicionamento.

O modelo "posição interpolada" é usada para interpolar as aplicações do eixo. Nesta solução, para manter a coordenação do eixo inter -, os pontos de ajuste de posição calculados pelo gerador de trajetória de eixo multi - deve ser transferido entre o controlador de movimento e a unidade de servo em alta frequência. Isso resulta em aumento do uso de recursos de barramento em comparação com as aplicações anteriores. Além disso, qualquer desalinhamento de sincronização degrada significativamente a precisão do caminho de controle. O desalinhamento de sincronização surge das diferenças nos tempos de amostragem entre o controlador de movimento principal e a unidade de servo. A vibração causada por atrasos na transmissão do barramento também pode causar desalinhamento de sincronização. Se um ponto de ajuste de posição for recuperado duas vezes na unidade de servo, especialmente quando o alto desempenho dinâmico for necessário, o sinal de referência de velocidade zero - excederá um período de amostragem e estimulará fortemente o motor servo. A vibração do barramento também pode afetar o motor servo durante a operação de velocidade constante. Para resolver esse problema, um comando de sincronização forçado deve ser executado na unidade servo. Para calcular com precisão o erro de loop servo, deve -se prestar atenção cuidadosa às medidas de posição do motor e velocidade. As melhorias de servo forçado são implementadas dentro da unidade servo.

Design de servo

A seção de controle de acionamento servo consiste em um único processador de motor -} (ADMC401), que inclui detecção de corrente do motor, aquisição de posição do motor e um gerador de pulso PWM adequado para o estágio de energia. Esse design resulta no melhor desempenho em uma unidade de servo integrada com um número mínimo de componentes.

O sistema de controle em cascata é mais adequado para as unidades de servo de desempenho -. O loop de controle de corrente interno controla o torque do motor. O desempenho dinâmico dos loops de velocidade e controle externo depende diretamente do desempenho do loop de corrente interno. Para atingir o tempo de resposta da corrente do motor mais curto e atender à faixa de velocidade máxima do servo motor, a faixa de tensão do conversor de energia externa deve ser maximizada. O controlador atual é baseado na tecnologia de modelagem de vetores espaciais (SVM) no quadro de referência do rotor. A função da classe SVM incorpora um terceiro modem de festa -, que permite que a classe SVM atinja uma faixa de velocidade mais alta (mais de 1000 ms) para o motor servo do que o modelo de triângulo simétrico tradicional . 15%).

O sistema de controle em cascata é mais adequado para as unidades de servo de desempenho -. O loop de controle de corrente interno controla o torque do motor. O desempenho dinâmico dos loops de velocidade e controle externo depende diretamente do desempenho do loop de corrente interno. Para atingir o tempo de resposta da corrente do motor mais curto e atender à faixa de velocidade máxima do servo motor, a faixa de tensão do conversor de energia externa deve ser maximizada. O controlador atual é baseado na tecnologia de modelagem de vetores espaciais (SVM) no quadro de referência do rotor. A função da classe SVM incorpora um terceiro modem de festa -, que permite que a classe SVM atinja uma faixa de velocidade mais alta (mais de 1000 Hz) para o motor servo do que o modelo de triângulo simétrico tradicional . 15%).

A otimização do ajuste do servo de velocidade e posição com base em parâmetros de carga mecânica é essencial para alcançar uma resposta estável e rápida. O design do controlador de servo de posição é baseado em uma arquitetura de controle polinomial e rastreamento de localização do poste. A arquitetura de controle polinomial é a arquitetura do controlador primário e está bem - adequado para ajuste de parâmetros.

Dentro da arquitetura de controle polinomial, o feedback do servo loop pode ser facilmente editado no aplicativo Servo Drive. A resposta do LOOP do servo é otimizada para aplicações de posicionamento do eixo, exigindo chegada rápida e precisa da posição do alvo. A resposta do loop servo é otimizada para aplicações de envelope, exigindo erro de posição próximo a zero durante o deslocamento do eixo. Comparado aos esforços de ajuste anteriores, simplesmente modificar a função de transferência de HFW do controlador agora pode atender aos novos requisitos.

As medições de posição do motor são derivadas do feedback do resolvedor usando o resolvedor de software - para - conversão digital (RDC). Os sinais de feedback seno e cosseno do resolvedor são alimentados no ADMC 401 12- bit digital - para - conversor analógico (ADC) canal, onde eles são filtrados através de um segundo -} rastreamento do filtro para calcular a velocidade e a posição do motor. Para movimento liso do motor, um ADC externo de 16 bits pode ser adicionado para aprimorar a solução de posição.

Conclusão

Controle de movimento e unidades de servo inteligentes com base na comunicação de barramento do Canopen são uma solução eficiente e flexível. A unidade de servo inteligente CD1K descrita neste artigo pode executar alto - nivelado multi - Tarefas de controle de eixo, fornecendo uma solução de controle de movimento de desempenho alta - para uma ampla gama de aplicativos. O modo de "posição do perfil" é mais adequado para aplicações independentes de eixo em um ambiente PLC. Nesta solução, a trajetória do eixo é calculada internamente pela unidade de servo. O modo de "posição interpolada" é usado para aplicações em que as trajetórias do eixo devem ser continuamente coordenadas. Nesta solução, os recursos do controlador de movimento do host são significativamente reduzidos devido à interpolação cúbica fornecida dentro da unidade servo. Os loops de servo de velocidade e posição podem ser otimizados on -line executando o programa de ajuste automático do aplicativo de destino - na máquina.