Aktuální vydání

celé číslo

03

2024

Automatizační technika v energetice a teplárenství, úspory energie

Snímače teploty

celé číslo

Řízení pohybu interpolací

Řada kompaktních inteligentních jednotek řízení polohy Epos byla rozšířena o nové typy s lepšími vlastnostmi a novými funkcemi. Výrobce Maxon tak může nabídnout kompletní řešení pro úspěšnou realizaci regulovaných, přesných a dynamických pohonů. Epos je řada modulárních digitálních řídicích jednotek k řízení kartáčových motorů DC s permanentními magnety vybavených inkrementálními snímači a elektronicky komutovaných EC motorů s Hallovými sondami a inkrementálními snímači o výkonu
do 700 W.
 

Řídicí jednotky Epos

Výrobní řadu tvoří jednotky Epos 24/1 (24 W), Epos 24/5 (120 W), Epos 70/10 (700 W), programovatelná jednotka Epos P 24/5 (120 W) se zabudovaným PLC. Jednotky jsou univerzální a mohou pracovat s motory DC i EC, což lze určit pouze podle softwarového nastavení. Součástí řady Epos jsou také inteligentní pohony MCD Epos a MCD Epos P (60 W), které jsou složeny z motoru EC s Hallovými sondami a inkrementálním snímačem a z jednotky Epos nebo Epos P. Všechny komponenty jsou vestavěny do kompaktního pouzdra. Řídicí jednotky Epos jsou založeny na standardu CANopen. Řada
Epos tedy nabízí široké uplatnění v rámci automatizovaných pohonů a mechatronických systémů.
 
Epos2 je další generace úspěšných řídicích jednotek Epos. Je zcela inovována a poskytuje nové možnosti použití, a to vše při zachování zpětné kompatibility (s již vytvořenými programy). Jednotky Epos2 se dodávají v provedeních s různým výkonem: Epos2 36/2 (72 W) a Epos2 50/5 (100 W). Vestavěné tlumivky zabezpečují hladký průběh momentu i při použití motorů s nízkou impedancí. Sinusová komutace proudu a modulace PWM řízená prostorovým vektorem jsou použity k řízení motorů
EC. Tím je docíleno vyšší účinnosti, menšího zvlnění momentu, omezení vibrací, a tedy i nižší hladiny hluku. Nejmodernější, 32bitové digitální signálové procesory zajišťují značný výpočetní výkon. Implementací komplexních řídicích algoritmů a jejich precizním zpracováním je dosaženo lepších a přesnějších regulačních charakteristik.
 

Komunikace

Ve všech jednotkách řady Epos jsou implementovány specifikace CiA DS-301 a DSP-402 protokolu CANopen. Tyto specifikace stanovují režimy řízení polohy, hledání nulové polohy stroje a také komunikaci mezi všemi připojenými zařízeními a nadřízeným řízením (master). Tím je usnadněna integrace do existujících systémů CANopen a také zajištěna lepší kompatibilita pohonů a prvků vybavených rozhraním CANopen ostatních výrobců. Sběrnice CANopen je podporována všemi významnými výrobci automatizační techniky a je ve velké míře rozšířena v automobilovém průmyslu, kde se využívá pro přenos řídicích a měřicích signálů. CANopen je ideální k řízení pohonů pro svou vysokou propustnost, spolehlivost, zabezpečenou komunikaci a nízkou cenu.
 
Alternativně lze Epos řídit pomocí sériového rozhraní RS-232 a Epos2 také prostřednictvím rozhraní USB. Důležité je, že obě tato rozhraní poskytují komunikační bránu (gateway), tzn. že za použití RS-232 i USB lze přistupovat k dalším jednotkám připojeným sběrnicí CANopen. Každá jednotka Epos může být okamžitě použita jako gateway, nepotřebuje žádnou speciální konfiguraci a usnadňuje i urychluje diagnostiku všech připojených os. Použití těchto nástrojů je podrobně popsáno v příručkách k použití.
 

Řízení pohybu – interpolace

Řídicí jednotky Epos umožňují řídit pohyb z bodu do bodu, tzn. vždy z počátečního do koncového bodu. Trajektorie pohybu je vypočítána nezávisle vestavěným generátorem na základě vybraného profilu, dovoleného zrychlení a omezení počtu otáček. Řízení pomocí nezávislých os se typicky uplatní v třídičkách nebo v komplexních výrobních strojích. Víceosé systémy se dvěma až šesti osami lze synchronizovat za použití sběrnice CAN a vhodné nadřízené jednotky, master CAN (např. programovatelná Epos P 24/5 nebo MCD Epos P), a příslušného počtu podřízených jednotek – slave Epos. Typickou oblastí použití jsou navíječky, průmyslové roboty, tiskařské a balicí stroje. Dynamická synchronizace v řádu milisekund ale zatěžuje komunikační sběrnici až k mezi její kapacity. Protože jsou jednotlivé polohované osy nastavovány jednotkou master, řízení z bodu do bodu vyžaduje cyklické polohovací příkazy a zpětnou kontrolu polohy každé z os. V tomto případě může pomoci interpolovaný systém řízení polohy, který je implementován v jednotkách Epos2. Pohyb je parametrizován v předstihu pro několik os, interpolované body polohy a rychlosti v čase jsou nahrány do jednotky pro řízení pohybu. Jednotlivé osy postupují nezávisle mezi interpolovanými body a vykonávají pohyb synchronně. To znamená, že jednotka Epos2 je schopna řídit pohyb po trajektorii zadané definičními body. S vhodnou nadřazenou jednotkou je možné interpolovat v rámci víceosých systémů, v rámci jedné osy může být vykonán libovolný pohybový profil.
 
Všechny řídicí jednotky Epos obsahují snadno konfigurovatelné digitální a analogové vstupy a výstupy. Po softwarovém povolení vstupů jsou signálům přiřazeny úrovně a význam, např. snímač nuly stroje, koncový snímač osy apod. Digitální vstupy řídicích jednotek jsou nastavitelné tak, že mohou reagovat na náběžnou nebo sestupnou hranu, mohou být použity k odměření aktuální polohy, digitální výstupy lze nastavit jako polohové příznaky. Obdobně mohou být digitální výstupy Epos2 použity jako spouštěcí signály, vstupy jsou určeny k výběru zadané polohy.
 

Inovace jednotky Epos2

Při vývoji nové jednotky Epos2 50/5 byl kladen velký důraz na odolnost vstupů a výstupů a jejich efektivní ochranu proti elektromagnetickému rušení. Digitální vstupy a výstupy jsou galvanicky odděleny optickými členy. Dále je možné využít čtyři rychlé diferenciální digitální vstupy RS-422, což rozšiřuje možnosti zpracování signálu. Dvanáctibitový převodník analogových vstupů zajišťuje velké rozlišení a díky tomu dobrou kvalitu zpracovaných signálů.
 
Jednotka Epos2 36/2 je výsledkem zákaznického řešení pro speciální úlohy. Jde o desku plošných spojů malých rozměrů s konektorem pro zasunutí do slotu. Pro systém s jednou osou se dodává deska osazená konektory k připojení napájení, vinutí motoru, Hallových sond, inkrementálního snímače, komunikace a se slotem k připojení jednotky Epos2 36/2. Pro víceosé systémy je výhodné vytvořit si vlastní desku s několika sloty.
 

Uživatelské rozhraní

Ovládací software pro OS Windows pod názvem Epos studio se vyznačuje přehledným a intuitivním ovládacím rozhraním. V rámci Epos studia lze nastavovat parametry, ladit a automaticky nastavovat regulátory. Množství průvodců usnadňuje základní nastavení pohonu, konfiguraci vstupů a výstupů, bezpečné uložení nastavení a přenos parametrů do dalších jednotek. Chování pohonu může být vyhodnocováno za běhu díky vestavěnému paměťovému osciloskopu. Automatizované nastavení regulátorů dovoluje v krátké době optimalizovat řízení pohonu v polohové, rychlostní i proudové smyčce. Regulátory se nastavují ve třech úrovních – identifikaci, nastavení regulátorů a dopředných vazeb (feedforward) a ověření nastavení. Identifikace je provedena ve frekvenční oblasti. Možná nastavení zpětnovazební regulace a dopředných vazeb jsou vypočítána na základě dosažených výsledků identifikace a na základě požadavků na kvalitu regulačního postupu v rámci daného řešení. Následně je nastavení ověřeno, aby se vyzkoušela funkčnost regulačních struktur jako celku.
 
Pro jednotky řady Epos je připravena tato široká podpora:
  • knihovny podle mezinárodního standardu IEC 61131-3, které dovolují snadnou integraci do systémů různých renomovaných výrobců (Beckhoff, Siemens/Helmholz, VIPA),
  • 32bitové knihovny Windows DLL pro snadné řízení z PC (IXXAT, Vector a National Instruments),
  • jednoduché příklady v několika programovacích prostředích: MS Visual C++, MS Visual Basic, Borland C++, Borland Delphi, National Instruments Lab VIEW a National Instruments LabWindows/CVI.
Ovládací software EposStudio, návody, příručky k použití, knihovny a příklady jsou pro zájemce volně ke stažení na internetových stránkách www.maxonmotor.com.
 

Více informací na veletrhu Amper

S možnostmi použití malých stejnosměrných motorků a se způsoby jejich řízení moderními řídicími jednotkami výrobní řady Epos se můžete seznámit při konzultacích a odborných přednáškách na veletrhu Amper ve stánku firmy Uzimex Praha, spol. s r. o., v hale 3, ve stánku A/11. Technici této firmy jsou připraveni konzultovat konkrétní případy použití.
 
Urs Kafader, Maxon motor AG,
Ing. Patrik Endler, UZIMEX PRAHA, spol. s r. o.,
Ing. Josef Černohorský, Ph.D., Technická univerzita v Liberci
 
Obr. 1. Inovovaná jednotka pro řízení polohy Epos2 je díky interpolovanému řízení polohy IPM schopna řídit synchronizovaný pohyb po trajektorii zadané definičními body; Epos2 50/5 s rozhraním USB se používá s kartáčovými i bezkartáčovými stejnosměrnými motory s Hallovými sondami a inkrementálním snímačem v rozsahu 5 až 250 W
Obr. 2. Polohovací úloha ve dvou osách (např. vyhýbání překážkám) s čítačem polohy X a Y řešená pomocí interpolovaného řízení polohy IPM; body trajektorie jsou zaslány do řídicích jednotek v předstihu; IPM interpoluje nezbytné postupné polohy během pohybu; plynulého polohování je dosaženo zohledněním rychlosti v jednotlivých bodech; ve všech osách je pohyb odstartován jedním krátkým příkazem