Melyik PLC modulok kompatibilisek a főáramú szervorendszerekkel?

PLC-modulok funkcióinak megértése szervovezérlő rendszerekben

A PLC-modulok szerepe a teljes rendszer működésében

A PLC-modulok alkotják a szervóvezérlő rendszerek magját, alapvetően kódból hozva létre tényleges mozgást a gyártósoron. Ezek a modulok fogadják az összes különféle szenzorokról érkező jeleket, beleértve az enkódereket és az everywhere telepített végállás-kapcsolókat, majd szinte azonnal utasításokat küldenek a szervohajtásoknak. A mozgásvezérlési rész több tengely sima együttműködését biztosítja, míg az analóg I/O rész a forgatónyomaték és az alkatrészek mozgásának sebessége figyelemmel kísérésével foglalkozik. Mindez olyan gyorsan történik, hogy a gépek a részeket mindkét irányban kb. 0,01 mm-es pontossággal helyezhetik el. Ez a pontosság nagyon fontos a CNC-gépek üzemeltetése során, ahol akár a legkisebb hiba is teljes terméksorozatok elvesztését okozhatja.

A modern PLC-modulokat meghatározó kulcsfontosságú hardverjellemzők

A modern PLC-modulok három alapvető hardverfejlesztéssel vannak meghatározva:

• A feldolgozási sebesség : 32 bites processzorok, amelyek 10 ns-os ciklusokban hajtják végre az utasításokat
• I/O sűrűség : Kompakt kialakítás, amely támogatja a 32+ digitális csatornát vagy 16 analóg bemenetet
• Közművek kommunikációs felületei : Integrált portok EtherCAT, PROFINET vagy Ethernet/IP számára

Ezek a képességek lehetővé teszik az összetett interpolált mozgásprofilok kezelését, miközben meghatározott teljesítményt tartanak fenn. A szervóalkalmazásokhoz elengedhetetlen nagysebességű számlálómodulok feldolgozhatják az enkóder impulzusokat 1 MHz feletti sebességgel.

Kommunikációs és I/O modulok integrálása ugyanabba az alvázba

A moduláris PLC-k a kommunikációs és I/O funkciókat egységes háttérbuszon keresztül integrálják, amely biztosítja a determinisztikus adatátvitelt. Egyetlen alváz is elhelyezheti:

Ez az integráció 40%-kal csökkenti a kábelezés bonyolultságát az elosztott architektúrákhoz képest, és lehetővé teszi a 2 ms alatti ciklusidőket, így biztosítva a nagy pontosságú szervókoordinációt.

PLC-modulok és szervó ökoszisztémák kompatibilitásának értékelése

Hardverkompatibilitás: Feszültség, áram és modulspecifikációk összehangolása

Minden dolog együttműködésbe hozása azzal kezdődik, hogy ellenőrizzük, vajon az elektromos csatlakozások és a PLC-modulok, valamint szervók közötti fizikai elrendezés valóban összeillik-e. A legtöbb ipari PLC-rendszer 24 V-os egyenfeszültséggel működik, bár a terheléstől függően 2 amperes és 20 amperes áramerősséget is képesek kezelni. Az elmúlt év PR Newswire adatai szerint a mozgásvezérlési problémák körülbelül negyed része rossz feszültségbeállításból vagy elegendő áramteherbírás hiányából adódik. A beállítás során különösen fontos, hogy a mérnökök kétszer is ellenőrizzék a hátlapot áthaladó áram korlátait, meggyőződjenek arról, hogy a modulok megfelelő helyre illeszkednek, és igazolják le, hogy minden elem megfelelően rögzíthető a DIN-sínre. Ellenkező esetben komoly problémák léphetnek fel, például túlmelegedés vagy kapcsolatvesztés üzem közben. Vegyük például a nagy sűrűségű analóg bemeneti/kimeneti modulokat: ezekhez kb. 10–15 százalékkal több helyre van szükség a szekrényen belül, mint a hagyományos digitális modulokhoz, pusztán azért, mert több hőt termelnek, és jobb légáramlásra van szükségük.

Kompatibilis kommunikációs protokollok: EtherNet/IP, Modbus TCP és PROFINET

Nagyon fontos a megfelelő protokoll-összhang, ha sima adatcserét szeretnénk elérni a PLC-k és szervomeghajtók között. Napjainkban körülbelül a ipari hálózatok háromnegyede EtherNet/IP vagy PROFINET alapú, amelyek általában 1 ezredmásodpercnél gyorsabb válaszidőt biztosítanak. Ez már elég gyors. Ezzel szemben a Modbus TCP még mindig jelen van a régebbi rendszerekben, de jellemzően lassabb, szinkronizációs késleltetései gyakran meghaladják az 5 ezredmásodpercet pozitív és negatív irányban egyaránt. Nem ideális, ha szigorú mozgáspontossági vezérlésre van szükségünk. Több tengely együttes működtetése esetén a legtöbben olyan protokollokat választanak, amelyek támogatják a CIP Motion vagy a PROFIdrive szabványokat, mivel ezek a tengelyeket egész hálózatban a millisekundum töredékére pontosan szinkronban tartják.

Proprietáris vs. nyílt architektúrájú PLC-szervó integráció

A saját rendszerek, mint például a CC-Link IE, általában jobban teljesítenek, mivel a gyártók ezeket pontosan saját hardverükhöz optimalizálhatják. Azonban az olyan nyílt szabványok, mint az OPC UA és az MQTT, sokkal nagyobb szabadságot biztosítanak a gyártók számára különböző platformok közötti működés során. A legújabb iparági jelentések szerint az automatizálási szakemberek körülbelül kétharmada moduláris PLC-kialakítás mellett dönt, amely mindkét típusú architektúrával kompatibilis. Ez a kombináció évente körülbelül 14 százalékos ütemben serkenti a hibrid kommunikációs modulok növekedését. Az igazi előny itt az, hogy lassan frissíthetők a régi szervóhálózati rendszerek modern IIoT infrastruktúrára anélkül, hogy mindent el kellene dobni és nulláról kellene kezdeni.

I/O és kommunikációs interfészek méretezése szervóalkalmazásokhoz

Az I/O és kommunikációs interfészek megfelelő méretezése megbízható interakciót biztosít a PLC-modulok és a szervórendszerek között, egyensúlyt teremtve az azonnali igények és a jövőbeli skálázhatóság között.

Digitális, analóg és speciális I/O-követelmények értékelése automatizálási feladatokhoz

A szervóalkalmazások gondos I/O-osztályozást igényelnek:

• Digitális I/O diszkrét jeleket kezel, például határolókapcsolókat és relék állapotát.
• Analóg I/O folyamatos adatfolyamokat kezel, beleértve a nyomatékvisszajelzést és a hőmérsékletet, pontossági feladatokhoz ajánlott a legalább 12 bites felbontás.
• Speciális modulok , mint például magas sebességű számlálók enkóderbemenetekhez vagy PWM kimenetek léptetőmotorokhoz, egyedi alkalmazási igényeket elégítenek ki. A 2023-as Automation Research tanulmány szerint az integrációs hibák 27%-a az I/O-specifikációk nem megfelelő illesztéséből adódik, ami kiemeli a alapos tervezés fontosságát.

I/O-portok illesztése terepi eszközökhöz: érzékelők, aktuátorok és meghajtók

Fontos a bemeneti/kimeneti képességek helyes beállítása a mezőegységekhez való csatlakozáskor, különösen a gyorsan mozgó termelési környezetekben fellépő lassulások elkerülése érdekében. Vegyünk például egy tipikus csomagolósort: a fotoelektromos érzékelők gyakran a legjobban működnek 24 V-os DC nyitott kollektoros (sinking) bemenettel, míg az arányos szelepek általában 4–20 mA-es analóg kimenetet igényelnek. A vezető felszerelésgyártók közül sokan felismerték ezt a problémát, és olyan konfigurálható I/O csatornákat kezdtek gyártani, amelyek többféle jel típust is kezelni tudnak. Ez a fajta rugalmasság jelentősen csökkenti azokat a kompatibilitási problémákat, amelyek korábban annyira megnehezítették a telepítőcsapatok munkáját.

A méretezhetőség és a jövőbeli bővíthetőség biztosítása

A skálázhatóság tervezésekor a szakértők többsége azt javasolja, hogy kb. 10–20 százalékkal több bemeneti/kimeneti kapacitást építsenek be, mint amennyire jelenleg szükség van, figyelembe véve a legújabb, 2024-es automatizálási szabványokat. Itt igazán előnyösnek bizonyulnak a bővíthető háttérbuszokkal rendelkező moduláris PLC-rendszerek, mivel lehetővé teszik a gyártók számára, hogy fokozatosan, elemenként frissítsék a rendszert. Több hajtás-csatlakozásra van szükség? Egyszerűen illesszen be egy további PROFINET kártyát, ahelyett, hogy mindent szétszedne. Ennek a módszernek az az előnye, hogy a rendszer elég gyors marad a valós idejű működéshez, és megtartja az egy milliszekundumnál gyorsabb ciklusidőket, még akkor is, amikor a termelési igények változnak és növekednek.

Gyakorlati integráció: kommunikációs teljesítmény PLC-szervohajtás hálózatokban

Valós idejű adatfolyam szinkronizálása PLC és szervohajtások között

Az ipari automatizálásnál nagyon fontos a megbízható adatátvitel a PLC-modulok és a szervohajtások között. Az órának is pontosnak kell lennie – arról van szó, hogy az időszinkronizációs hibák plusz-mínusz 50 mikromásodperc alatt maradjanak bármi olyan alkalmazásnál, amely a sebességet illetően az előző év Automatizálási Teljesítményjelentése szerint működik. Manapság az emberek korszerű kommunikációs protokollokra, mint például az EtherNet/IP és a PROFINET használnak valós idejű parancsok továbbításához. Mit jelent ez gyakorlatban? A motorok pontosan oda állnak le, ahol kell, általában kb. egy tized fokon belül a céltól. Vegyük például a fémtömeges sajtolóprészeket. Amikor a gyártók közvetlenül a PLC-ket csatlakoztatják a szervohálózathoz a régi típusú impulzusjelek helyett, elképesztő dolgot tapasztalnak. Az eszközök igazítása, ami korábban örökké tartott, most négyszer gyorsabban megtörténik. Érthető, ha figyelembe vesszük, milyen kritikus az időzítés ilyen termelési sebességeknél.

Esettanulmány: PROFINET-alapú PLC-szervó koordináció bevezetése egy csomagolóvonalon

Egy édességcsomagoló üzem a Közép-Nyugaton komoly fejlesztéseket hajtott végre mozgásvezérlési rendszerén, amikor lecserélte a régi CANopen technológiát PROFINET IRT-re. Mit jelent ez gyakorlatban? A válaszidő drasztikusan lecsökkent 8 milliszekundumról mindössze 1,2 ms-ra, miközben az összes 12 tengely pontosan szinkronizálva maradt. Az eredmények magukért beszélnek – a termékakadályok száma majdnem kétharmaddal (67%) csökkent, miközben az általános termelési sebesség 25%-kal növekedett. Elég lenyűgöző. A háttérben a PLC speciális Motion Control CPU-ja kezelte az 1200-as bemeneti/kimeneti pontot, amelyek három külön szervószekrényen voltak elosztva. Ez a teljesítmény jól mutatja, mennyit fejlődött a PLC-modul technológia annak kapacitásában, amit ma már kezelni képes.

Teljesítménymutatók PLC-modulokhoz nagysebességű szervóvezérlés esetén

A mai piacon elérhető legjobb PLC-modulok akár 32 tengelyes rendszerek esetén is kezelhetik a 2 ezredmásodpercnél rövidebb ciklusidőt. Ezek a rendszerek az 5 mikromásodperces jitter-szint alatt is képesek maradni, még vészmegállítás esetén is, amit a Motion Control Lab 2023-as tesztjei igazoltak. Ezek az előrehaladott rendszerek kettős processzoros felépítést használnak, ahol az egyik foglalkozik az összes kommunikációval, míg a másik futtatja a tényleges logikát. Ez az elkülönítés lehetővé teszi a szervófrissítést 1 kilohertzes frekvencián anélkül, hogy zavarná az analóg bemeneti értékeket. Párosításuk elosztott I/O modulokkal tovább javítja a működés folyamatosságát. 100 méteres távolságon keresztül EtherCAT-kapcsolatot használva a csomagveszteség 0,01% alatt marad. Ez a megbízhatóság teszi lehetővé, hogy ezek a rendszerek jól működjenek nehéz ipari környezetekben, ahol a leállás nem opció.

GYIK

Milyen szerepet játszanak a PLC-modulok a szervóvezérlő rendszerekben?

A PLC-modulok kritikus szerepet játszanak a kód mozgássá alakításában és a pontos szervóvezérlés biztosításában. Feldolgozzák a szenzorjeleket, és utasításokat küldenek a szervohajtásoknak, fenntartva a gördülékeny mozgásvezérlést, valamint figyelemmel kísérik a nyomatékot és a sebességet.

Miért fontos a protokoll-összehangolás a PLC-szervó rendszerekben?

A protokoll-összehangolás, például az EtherNet/IP vagy a PROFINET, gyors és zökkenőmentes adatcserét biztosít a PLC-k és a szervóerősítők között, ami elengedhetetlen a pontos mozgás és szinkronizálás fenntartásához.

Hogyan biztosíthatják a PLC-rendszerek a jövőbeli skálázhatóságot?

A további bemeneti/kimeneti kapacitással történő tervezés és a bővíthető háttérbuszú moduláris felépítések használata lehetővé teszi a jövőbeli skálázhatóságot és a rendszer egyszerű frissítését.

Miért választható az open-architecture PLC-integráció a tulajdonosi rendszerek helyett?

A nyílt architektúrájú rendszerek nagyobb rugalmasságot kínálnak különböző platformokon, és egyre inkább ezeket részesítik előnyben, mivel képesek integrálódni eltérő rendszerekkel teljes átalakítás nélkül.