Servo aplikacije zahtevaju složenu hardversku i softversku strukturu. MIKRO KONTROL primenjuje proizvode velikih svetskih proizvođača servo komponenti u zahtevnim aplikacijama. Za uspešnu realizaciju sinhronizacije servo osa, potrebno je poznavati osobine servo sistema i pravilno izabrati hardverske i softverske komponente.
Servo sistemi
Servo sistem predstavlja sistem automatskog upravljanja sa zatvorenom petljom kod koga je izlaz neka mehanička veličina, kao što je ugao zakretanja, brzina obrtanja, ubrzanje itd. Servo sistem može da obezbedi tri povratne sprege:
- Pozicionu;
- Brzinsku;
- Strujnu.
Poziciona povratna sprega, kao što i samo ime kaže, vraća povratnu informaciju po poziciji. Njena uloga je da obezbedi ugaono pozicioniranje motora. Poziciona petlja dobija informaciju o trenutnoj poziciji sa davača pozicije, a izlazna veličina ove petlje je komanda brzine.
Brzinska povratna sprega vraća informaciju o brzini okretanja, i njena funkcija je da kontroliše brzinu okretanja motora. Kao i poziciona, i brzinska petlja dobija informaciju o trenutnoj brzini od davača pozicije, pri čemu je potrebno signal sa davača prvo obraditi u odgovarajućem dekoderu brzine. Izlazna veličina iz brzinske petlje je strujna komanda.
Kao poslednja u nizu, strujna povratna sprega kontroliše struju servo motora. To radi upoređivanjem strujne reference koja se dobija na izlazu iz brzinske petlje i trenutne vrednosti struje koja se dobija kao povratna informacija sa motora. Razlika ove dve vrednosti odlazi u strujni pojačavač, i na izlazu se dobija struja servo motora.
Principijelna blok šema servo sistema prikazana je na slici.
Hardverske komponente servo sistema
MIKRO KONTROL u svojim servo aplikacijama najčešće koristi opremu proizvođača Omron. Kao proizvođač opreme za industrijsku automatizaciju, Omron veliku pažnju poklanja servo sistema i razvoju naprednih uređaja za preciznu i brzu kontrolu kretanja. Kao rezultat ovih napora, stvorena je široka paleta uređaja koja omogućava realizaciju i najkomplikovanijih servo aplikacija.
Kako bi odgovorio na visoke zahteve u pogledu dinamike, brzine rada i sinhronizacije velikog broja osa, Omron je razvio SYSMAC NJ seriju kontrolera, koju odlikuje izuzetno velika brzina rada i mogućnost sinhronizovanja i do 64 ose. Umesto ranijih rešenja koja su se bazirala na dodavanju modula za kontrolu kretanja standardnim PLC procesorskim jedinicama, SYSMAC NJ kontroleri dizajnirani su kao jedinstven uređaj u kome su objedinjene performanse standardnih PLC-ova, kontrolera kretanja i „data“ kontrolera. U okviru NJ serije, razvijeni su napredni NJ501 modeli za sinhronizaciju 16, 32 i 64 ose, kao i jeftiniji NJ301 za sinhronizaciju 4 ili 8 osa, koji se mogu koristiti kod manje zahtevnih aplikacija. Vreme jednog procesorskog ciklusa za izvršavanje logičkih operacija kod NJ501 kontrolera je 1.8ns, dok je kapacitet memorije za skladištenje programa 20MB.
Glavne prednosti NJ kontrolera su:
- Logički deo programa i deo za kontrolu kretanja obavlja zajednički brzi Intelov procesor;
- Korišćenje modula iz CJ serije Omron PLC-ova;
- Postoje procesori za rad sa 4, 8, 16, 32 i 64 ose;
- Integrisani Ethernet/IP i EtherCAT port;
- Korišćenje NX distribuiranih I/O jedinica;
- Integracija safety kontrolera i safety I/O modula;
- Upotreba standardnih PLCOpen funkcijskih blokova za kontrolu kretanja;
- Jedan softver za programiranje i konfiguraciju celog sistema (Sysmac Studio);
- Podrška za SQL baze podataka.
Upravljački signali se od glavnog kontrolera prenose do svakog servo drajva u sistemu, koji na osnovu primljenog signala generiše na izlazu napon koji se vodi ka servo motoru. Za ovu svrhu, u ponudi su SmartStep 2, G-Serija i Accurax G5 serija servo drajvova, koji mogu da realizuju kontrolu pozicije, brzine i momenta. U zavisnosti od serije, referenca se ovim drajvovima može davati pulsno, analogno +/- 10V ili preko MECHATROLINK-II i EtherCAT komunikacije. Svojim karakteristikama naročito se ističe Accurax G5 serija koja pokriva snage do 15kW, ima mogućnost komunikacije preko izuzetno brzog EtherCAT protokola, poseduje „safety“ ulaze, podržava indeksno programiranje i napredne kontrolne algoritme, a ima i mogućnost povezivanja eksternog enkodera.
Što se tiče krajnjih izvršnih organa, servo motora, Omron je razvio G-Seriju i Accurax G5 seriju motora. Neke od glavnih performansi ovih motora su:
- Monofazni (230VAC) i trofazni (400VAC) modeli snage do 15kW (95,5Nm);
- Ugrađeni 20-bitni inkrementalni ili 17-bitni apsolutni enkoder;
- Modeli sa standardnom i velikom inercijom;
- IP67 zaštita;
- Različiti tipovi osovina.
Kako bi integrisao kompletan sistem kontrole kretanja, Omron je prihvatio EtherCAT protokol koji omogućava izuzetno brz protok informacija između svih tačaka sistema. Pomoću EtherCAT-a moguće je povezati glavni „motion“ kontroler, servo drajvove, frekventne rugulatore, kao i periferne I/O jedinice, stvarajući jedinstven sistem koji omogućava brzu i preciznu kontrolu kretanja. Najbolji pokazatelj brzine prenosa informacija ovog protokola je period jednog ciklusa od samo 276µs.
Softverske komponente servo sistema
PLCopen
Softver ima sve veću ulogu u industrijskoj automatizaciji. Budući da su zahtevi sve složeniji, i cena odgovarajućeg softvera raste, ponekad i do te granice da postane većinski deo u ukupnoj ceni kompletnog sistema. Kako bi se ovi troškovi sveli na prihvatljiv nivo, potrebna je velika efikasnost prilikom izrade aplikacija, vodeći računa sve vreme o kvalitetu softvera.
PLCopen je organizacija aktivna u oblasti industrijske kontrole, koja se bavi razvojem aplikativnog softvera velike efikasnosti i konkurentne cene. Pri tome, jedan od glavnih ciljeva je postizanje što većeg stepena nezavisnosti hardverskih komponenata od programskog koda, odnosno što veća univerzalnost softvera. Jedna od glavnih aktivnosti organizacije PLCopen je vezana za standard IEC61131-3, koji je jedini globalni standard za programiranje u oblasti industrijske kontrole. Ovaj standard obuhvata različite načine dizajniranja i upravljanja, usvajajući standardne programske interfejse.
PLCopen Motion Control
Na osnovu zahteva aplikacije i specifikacije projekta, inženjeri moraju da izaberu odgovarajući hardver za kontrolu kretanja. U prošlosti je ovo zahtevalo razvijanje jedinstvenog softvera za svaku pojedinačnu aplikaciju, iako su mnoge funkcije generalno slične za dosta aplikacija. PLCopen Motion standard sada nudi novi koncept, razvijanjem biblioteke standardnih funkcijskih blokova koji se mogu iznova koristiti na različitim hardverskim platformama. Ovim se smanjuju troškovi razvoja, održavanja i podrške, uz maksimalnu jednostavnost. Takođe, rad inženjera je pritom olakšan, troškovi obuke su redukovani, i softver dobija kvalitet univerzalnosti. Na ovaj način programiranje je manje zavisno od hardvera, i mogućnost ponovnog korišćenja jednog aplikativnog softvera na različitim projektima je uvećana, naravno uz odgovarajuće izmene. S obzirom da se koristi inkapsulacija podataka, moguće je koristiti iste aplikacije na različitim arhitekturama sistema, na primer pri prelasku sa centralizovanog na distribuiran sistem. Dakle, bitna osobina PLCopen Motion standarda je da on nije razvijen za specifičnu aplikaciju, već služi kao osnovna platforma pri razvoju aplikativnih softvera za širok opseg različitih upravljačkih sistema.
Kao što je već rečeno, jedan od glavnih koncepata PLCopen Motion standarda je uvođenje biblioteke nezavisnih funkcijskih blokova za kontrolu kretanja. Ovo uključuje funkcionalnost za jednu i više osa istovremeno, nekoliko administrativnih zahteva, kao i dijagram stanja. Na taj način korisniku se omogućuje da koristi standardan set komandi, nezavisan od arhitekture sistema koji je objekat upravljanja. Prednost za proizvođača mašine je jeftinije prilagođavanje različitim hardverskim platformama i veća sloboda prilikom razvijanja aplikativnog softvera, bez ograničavanja performansi mašine. Svaki funkcijski blok ima svoje ulaze i izlaze, pri čemu su ulazi i izlazi podaci određenog tipa, koji je definisan konkretnom aplikacijom. Korisnik nema potrebu da razume kako određeni blok funkcioniše „iznutra“, već samo da zna koja je njegova funkcija, i dovede mu odgovarajuće ulaze kako bi na izlazu bloka dobio željeni upravljački signal. Ukoliko u postojećoj biblioteci blokova korisnik ne može da pronađe tip koji mu je potreban, postoji i mogućnost dizajniranja sopstvenih funkcijskih blokova, koji se potom sačuvaju i mogu da se koriste u budućim projektima.
Jedan od najčeših zahteva u servo pogonima je sinhronizacija više osa. PLCopen Motion standard nudi mogućnost master/slave upravljanja, pri čemu se jedna osa ili čitava grupa osa može usvojiti kao „master“, i isto tako jedna ili više osa se može usvojiti kao „slave“. Rezultat je ponašanje „slave“ osa diktirano radom „master“ osa. Takođe, moguće je uvesti i virtualne ose. Radi se o osama koje ne postoje fizički u sistemu, u vidu određenog motora, već se one u okviru softvera koriste kao pomoćne ose kako bi se lakše realizovalo neko željeno kretanje fizički postojećih osa.
Više informacija: Mikro Kontrol, Vase Pelagića 30, 11000 Beograd, SRBIJA, Tel.: +381 11 3699-080, http://www.mikrokontrol.rs