_MENÜ____________
_DOKUMENTÁCIÓ___
Budapesti
Mûszaki és Gazdaságtudományi
Egyetem
Mechatronika, Optika és Mûszertechnika Tanszék
Szervopneumatika, a szervokontroller
A szervopneumatika
olyan modern hajtástechnika, amelynek sajátos
alkalmazási területei vannak. A szervopneumatika abban
különbözik a megszokott pneumatikától,
hogy bármilyen irányban történõ mozgást úgy
tud megvalósítani, hogy maximális dinamikát
nyújt és biztonságosan képes nagy erõk
kifejtésére. A szervopneumatikus manipulációs
rendszerrel bárhol meg lehet állítani a mozgást,
a munkadarab egyenes vonalban mozgatható, vagy elforgatható.
E rendszert megvalósítani kompakt és kis költségû
megoldásnál hasznos, ahol a mozgatandó tömeg
10 kilogramm fölötti és elegendõ néhány
tized mm pontosság. A szervopneumatikus rendszer pontossága
nagyban függ a szállítandó tömegtõl,
illetve annak sebességétõl, vagyis a mozgatandó egység
tehetetlenségétõl. Ez azt jelenti, hogy gyorsan csak
kisebb tömegû testet képes mozgatni nagy ismétlési
pontossággal, ebbol adódóan nagy tömegû
testet kicsi sebességgel kis gyorsulás faktorral kell
mozgatni a megfelelõ pontosság elérésének érdekében.
A FESTO szervopneumatikus rendszere ötvözi az arányos
pneumatikus szelepek fejlesztésének, a beavatkozó szervek
továbbfejlesztésének és az elektronikus
zárt hurkú vezérlés alkalmazásának
elõnyeit. A rendszer intelligenciáját a vezérlõ
tartalmazza, amelyik szabályozási, végrehajtási, összehasonlítási és
diagnosztikai funkciókat lát el. A pozícionálást
szabályozó jelek a szervopneumatikus szelephez jutnak,
ahol a bemenõ jellel arányos kimenõ áramlási
jellé alakulnak.
Ez a kimeneti jel jut a pneumatikus végrehajtó szervhez,
amelyik végrehajtja az elõre beprogramozott mozgást
a megállási pozíció eléréséig.
A pillanatnyi pozíciót az útadó érzékeli és
jelet ad a vezérlõ számára, amely összehasonlítja
azt a beprogramozott pozícióval. Ha eltérés
van, a vezérlõ korrekciós jelet küld a
szelephez. A szervopneumatikus rendszer egyenletes mozgást
biztosít,
még kis sebességek esetében is. Ilyen példa
karton dobozok megtöltése valamilyen dobozos élelmiszerrel,
például gyümölcsjoghurttal, amelynek a felsõ
rétege tejszínhab. A kicsi és egyenletes sebesség
itt alapvetõ követelmény, különben
a joghurt elnyeli a tejszínhabot. Ez a feladat valóban
ideális
a szervopneumatika számára, az SPC200 könnyen és
rugalmasan vezérli a mozgatóerõt, és
mindezt igen kedvezõ ár/teljesítmény
arány mellett.
A szervopneumatikus pozícionáló rendszer 4 fõ
elembõl áll:
1. Tengelyvezérlõ - jelenleg kétfajta tengelyvezérlõt fejlesztettek ki, a kisebb feladatokhoz a "Soft Stop" SPC 11 vezérlõt az elérhetõ sebességek növelésére és a kívánt pozícióban történõ kíméletes, puha megállítás elérésére; a komplexebb többtengelyes szervopneumatikus manipulációs rendszerek vezérlési feladataihoz, pedig az SPC200 vezérlõt.
2. Tengely interfész - minden egyes vezérelt tengelyhez tartozik egy interfész, amelyik az elektromos jeleket adja a szelepnek és a vezérlõnek (visszacsatoló eszköznek).
3. Szervopneumatikus szelep - a szervopneumatikus szelep szabályozza a sûrített levegõ átáramlást, a tengelyvezérlõtõl kapott elektromos jellel arányosan.
4. Lineáris hajtómûvek - a pneumatikus lineáris hajtómûvek belsõ vagy külsõ jeladóval rendelkeznek, amelyek vagy analóg, vagy digitális elektromos visszacsatoló jeleket adnak a vezérlõ számára. Alkalmasak arra, hogy végrehajtsák az általános manipulációs technológiákban eloforduló rövid, nagy sebességû munkadarab mozgatási feladatokat és ellenálljanak az eközben fellépõ dinamikus hatásoknak. Képesek a feladatok során adódó terhelések felvételére és igen nagy pontossággal mozgatják, illetve helyezik el a munkadarabokat.
Ezt a rendszert egészíti ki a manipulációhoz
nélkülözhetetlen megfogók széles választéka.
Bármilyen anyagból készült, bármilyen
alakú tárgyhoz található alkalmas megfogó,
a szokásos megfogók, a precíziós megfogók,
a miniatûr megfogók vagy a vákuum megfogók választékából.
A többtengelyes
szervopneumatikus manipulációs rendszerek vezérlésére
a FESTO kifejlesztette az SPC200 (Smart Positioning Controller) kisvezérlõjét.
Az SPC200 alkalmazása a szervopneumatikában jelentõs
elonyöket kínál a felhasználó számára.
Képes akár négy koordinált pozícionáló tengely
vezérlésére. Ezen felül léptetõ
motoros elektromechanikus hajtásokat is lehet vele vezérelni.
Helyi be- és kimenetein keresztül vagy busz interfészen
keresztül lehet vele az egyszerûtõl a komplex automatizálási
feladatig a legkülönfélébb vezérléseket
végrehajtani. A szervokontroller programozási nyelve
NC jellegû.
A számjegyvezérlés [6.] NC (Numerical Control)
az automatizálás egyik speciális formája.
A vezérlés a parancsokat – hogy mit kell tennie –,
az alkatrészprogramból ismeri. Az alkatrészprogram
alfanumerikus karakterkészletbol álló speciális – javarészt
szabványosított – szintaxissal rendelkezõ vezérloprogram.
A vezérlés ezt a programot fejti meg, dolgozza fel és
szolgáltat információkat a szerszámgép
(jelen esetben az egyes tengelyvezérlõk) számára.
Az alkatrészprogramnak (15. ábra) geometriai adatokat és
kapcsolási információkat kell tartalmaznia, valamit
elláthatjuk magyarázó leírással
is. A geometriai adatok a szerszámpályák – itt
a paletta és a megfogó relatív helyzeteinek – meghatározásához
szükséges.
A kapcsolási információk a mozgás sebességét és
egyéb funkciók mûködtetését irányítják
(megfogó zár-nyit, Z tengely fel-le).
A szervokontrollerhez a programot a WINDOWS alatt futó WinPisa
programban írhatjuk meg.
15. ábra Alkatrészprogram felépítése
Fekete karakter: Sorszámok, pozíciók és
paraméterek; Kék karakterek: NC parancsok;
Zöld karakterek: Magyarázat
Tipikusan a következõ alkalmazásokban használhatók
ki legjobban az SPC200 elõnyei:
• csomagolástechnika, pl. áruk továbbítása egy szállítószalagról egy dobozba
• szállítószalag technológia, pl. ráhelyezés vagy levétel
• adagolás, pl. töltõberendezések
• vizsgálati eljárások, pl. pozícionálás a vizsgáló berendezésben
• hegesztés technológia, pl. a hegesztõ elektródák pozícionálása
Muködési mód beállítás- Record Select mód
Program futás közbeni tulajdonságok meghatározására az SPC200 a következõ módokat ajánlja fel az NC jellegû program futtatására:
• Start/Stop mód
• Record Select mód
Start/Stop módban az SPC200 önállóan képes
irányítani a pozícionálási folyamatot.
Ez a mód támogatja az összes NC parancsot.
Record Select módban az SPC200-at egy magasabb szintû PLC-vel
mûködtetjük. Mivel az SPC200-at nem látták
el Ethernet csatlakozóval, így nincs mód világhálón
keresztüli vezérlésre. Viszont ebben a módban
lehetõség nyílik rá, hogy egy Ethernet csatlakozóval
ellátott PLC-vel Interneten keresztül vezéreljük
a rendszert.
Az irányító PLC pozíció mûveleteket küld az SPC200-nak a digitális I/O bemeneteken keresztül bináris formában. Az SPC200 végrehajtja a kívánt mûveletet és vár a következõ feladatra. Ha az I/O modulon keresztül vezérlünk, akkor az 5 felhasználható digitális bemeneten keresztül 0-tól 31-ig címzett NC mondatokat (mûveleteket) érhetünk el.
A Start/Stop vagy
másképpen a mûködési módhoz
képest az eltérés az, hogy míg ott egy
lefutó programvezérlésrõl beszélünk,
addig a Record Select módban a program egyes mûveleteinek
végrehajtási
sorrendjét nem az NC parancsok határozzák meg,
hanem egy magasabb szintû PLC utasításai. Az SPC200 a
4. táblázatnak [7.] megfelelõen csak a pozícionálási
parancsokat, pozícionálási állapotokat és
pozícionálási minõség beállítására
vonatkozó parancsokat támogat ebben a módban.
NC
parancs |
Magyarázat |
G00 |
Pozícionálás
a lehetõ legnagyobb sebességgel |
G01 |
Pozícionálás
megadott sebességgel |
G02 |
Finompozícionálás
megadott sebességgel |
G08 |
Gyorsulás
megadása |
G09 |
Lassulás
megadása |
G60 |
Precíziós
megállás |
G61 |
Megállási
minõség osztályának megadása |
G62 |
Gyors
megállás |
G74 |
Start
referencia pontra mozgatás |
G90 |
Abszolút értékmegadás |
G91 |
Relatív értékmegadás |
4.
táblázat Record Select mód NC parancsai [7.]
16. ábra Villamos tápegység modul és
az elsõ I/O modul bekötése [7.]
RESET (Program újraindítás) bemenet jelenleg a STOP nyomógomb
0 jelével
A 16. ábrán [7.] az SPC villamos tápegység
moduljának és az elsõ I/O modul bekötése
látható Record Select mód esetén (részletes
bekötési leírás a Palettázó
berendezés beüzemelése részben).
Az ábra keretezett számainak jelentése:
1. Csatlakozódugasz jelölése az I/O modulon
2. Bemeneti címek (I = Input) 3. Funkciók
4. VÉSZSTOP kapcsoló - alapállapotban zárt
5. Csatlakozódugasz jelölése az I/O modulon
6. Kimeneti címek (Q = Output) 7. Funkciók
A PLC és az SPC200 kommunikációja lépésrõl
lépésre a 17. ábrán [7.] látható.
A PLC által elküldött binárisan kódolt
pozíció feladatok - amik NC rekord sorszámokat
azonosítanak - az SPC200-ba RECBIT (6. táblázat
[7.]) nevû bemeneteken keresztül jutnak el.
Az SPC200 vár, ameddig CLK bemenetére érkezik
egy felfutó élû megerõsítõ jel, a
már beküldött
rekord sorszáma ekkor elfogadásra kerül. Kibocsát
egy ACK szignált, mely egyfajta nyugtázó jelként
szolgál és végrehajtja a rekordhoz tartozó NC
mondatot.
17. ábra Record Select mód I/O jeleinek idobeli lefolyása
[7.]
Az ábra keretezett számainak jelentése:
1. Várakozási idõ t>10ms
2. Kívánt rekordsorszámtól függõ egyéni bemeneti jelállapot
3. Pozíció mûvelet végrehajtása
4. Ebben a pillanatban a PLC várakozik az RC_A/B kimenet 1 jelére
A kívánt NC rekordot, amely a pozícionálási feladatot tárolja, egy meghatározott bináris kódú bemenettel határozunk meg. Ezen rekord sorokhoz az 5. táblázat [7.] szerint tudunk hozzáférni. Az SPC200 NC rekord sorszáma mindig 0-val kezdõdik, és soronként egyel nõ.
Vezérlés típusa |
Elérhetõ NC rekord sorok |
I/O modul (5 bemenet; ) |
0 … 31 |
Field
bus modul (10 bemenet) |
0 … 999 |
5. táblázat Különféle vezérlések estén elérheto NC rekordok nagysága [7.]
Hogy a megfelelõ sort címezzük meg az SPC200 programjában, a 6. táblázat [7.] szerinti bemeneti jelkombinációt kell a PLC kimenetérõl az SPC megfelelõ bemenetére adni.
6. táblázat RECBIT bemenetbõl adódó értékek [7.]
A csatlakozási beosztás és az I/O címek a következõ részben találhatók. Egyes I/O címeket különféle elnevezésekkel láttak el a gyártók, ezek értelme a két módban eltérõ, illetve vannak olyanok is, amelyek csak a Record Select módban jutnak szerephez. Az alábbi felsorolás a funkciók áttekintéséhez ad segítséget.
Bemenetek funkciói:
RECBIT |
-
NC rekord sorszámot meghatározó bitkombináció. |
CLK_B |
-
NC rekord parancsának indítása a B programban
vagy hibamegszüntetés (SPC200 opció, A és
B program egymástól függetlenül használható). |
CLK_A |
-
NC rekord parancsának indítása az A programban. Bemenetére érkezõ felfutó élû jel esetén: - RECBIT-el meghatározott NC rekord sorszáma elfogadásra kerül az A prog- ramban, az SPC200 pedig végrehajtja a rekordban szereplõ utasítást. Létrehoz egy ACK_A (17. ábra [7.]) jelet. - Hiba megszüntetés. |
STOP |
-
Stop pozíció állapot. STOP gomb megnyomásával a bemenetén elõidézett 0 jel hatására: - A tengelyek mozdulatlanok. - Az érvényes pozíció névleges pozíció lesz (zárt hurkú vezérlés leáll). A pozícionálási mûvelet újra indul ha: - Bemenetén 1 értékû jel jelenik meg. - CLK bemeneten megújuló indító pozíciófeladat jel (CLK_A/CLK_B). A pozícionálásba való beavatkozáson kívül ez a mód nem támogat egyéb közbeavatkozást Stop jel esetén. |
RESET |
-
Ha a STOP bemeneten 0 és az ENABLE bemeneten 1 digitális
jel jelenik meg a RESET (Program Reset) elõidéz egy
felfutó élû jelet a RESET bemenetén |
ENABLE |
-
Vezérlés engedélyezése. 0 bemenõ jel hatására: - Az összes tengelyt kikapcsolja, a szelepvezérlõ feszültséget, egy közepes értékre állítja (üzemszünet). - READY kimenet jele reset-elõdik. Ha a bemenetre újra 1 jelet adunk és nincs pozícionálási feladat: - READY kimenet újra beállítódik. - Szelepvezérlõ feszültség és az összes tengelyvezérlõ bekapcsolódik. - A névleges pozíció az aktuális pozíció lesz (zárt hurkú vezérlés leáll) |
Kimeneti funkciók:
RC_B |
- NC rekord parancsa végrehajtódott a B programban. |
RC_A |
-
NC rekord parancsa végrehajtódott az A programban. Kimeneti 1 jel mutatja, hogy az A programban lévõ pozícionálási feladat befejezõdött (17. ábra [7.]). Amikor az NC rekord feldõlgozásra kerül, egy MC rendelkezõ jel is elküldésre kerül, ha a tengelyek nem a programozott névleges pozícióban vannak. Például sûrített levegõellátás meghibásodás, instabil vezérlés, vagy egyéb zavaró esemény hatására. 0 kimeneti jel az NC rekord feldolgozását mutatja. |
ACK_B |
- Feladat elfogadva (nyugtázás) a B programban. |
ACK_A |
-
Feladat elfogadva (nyugtázás) az A programban. 0 kimenetû jel esetén jelzi az SPC, hogy az A programban lévõ megadott sorszámú NC rekord elfogadásra került (17. ábra [7.]). |
READY |
-
Rendszer üzemre kész. Ha a berendezés készen áll az üzemeltetésére, akkor ezen a kimeneten 1 jel van. 0 kimeneti jel esetén, rendszer vagy pozícionálási hiba lépett fel, vagy nincs ENABLE jel. |
Record Select
mód használatának elõfeltétele,
hogy az SPC200 programmemóriájában szerepeljen
az a program, amely a berendezés vezérlését írja
le. Ismernünk kell a megépített berendezés
rendszerjellemzõit (tengely-, alkalmazási- és irányítási
paraméterek valamint az analóg alapértelmezett értéket).
Az SPC200 konfigurációjában Record Select módot
kell beállítanunk (18. ábra). Az SPC ENABLE és
STOP bemeneteire 1 jelet kell adnunk.
18. ábra Record Select mód választása a
WinPISA szoftverben
SPC200 moduljai és I/O jelölései
Az SPC200 modulokból áll össze, az egyes modulok a 19. ábra [7.] szerinti elrendezésben találhatóak meg a vezérlõ egységben.
19. ábra SPC200 moduljai [7.]
1. Villamos tápegység modul; 2. Diagnosztikai
modul;
3. Elsõ I/O modul; 4. Második I/O modul
Az egyes modulok külön-külön, zárójelben a vezetékek színével megjelölve:
1. SPC200-PWR-AIF
típusú villamos tápegység
modul (20. ábra [7.]):
1.1 Tengelyinterfész csatlakozója
1: CAN - LOW (barna)
2: CAN - HIGH (fehér)
3: 24V (sárga)
4: 0V (zöld)
5: 24V Load feszültség (szürke)
1.2 ERROR LED (piros) a hibajelzéshez
1.3 POWER LED (zöld) a tápellátás jelzéshez
1.4 Tápellátás csatlakozója
1: 24V Load feszültség – kapcsolóval le lehet
választani 20. ábra PWR-AIF [7.]
2: 24V Tápfeszültség ellátás a belso
elektronikához
3: 0V
20. ábra PWR-AIF 21. ábra MMI-DIAG 22. ábra SPC-DIO bemeneti egysége
2. SPC200-MMI-DIAG típusú diagnosztikai modul.(21. ábra [7.])
2.1 Vezérlõpult csatlakozása, SPC200-MMI-1 típusú.
2.2 Soros port csatlakozó
3. SPC-DIO típusú ki-bemeneti (I/O) modul.
3.1 Bemenetek (22. ábra [7.])
24V: 24V ellátás
0V: 0V ellátás
0: Bemenet 0
…
9: Bemenet 9
23. ábra SPC-DIO kimeneti egysége [7.]
3.2 Kimenetek (23. ábra [7.])
0: Kimenet 0
…
7: Kimenet 7
24V: 24V külsõ ellátás a kimenetekbõl
0V: 0V külsõ ellátás a kimenetekbõl
4. További SPC modul csatlakoztatási
lehetõség.
Az SPC-DIO típusú be- és kimeneti (I/O) modul kapcsolat elosztásai a 7. és 8. táblázat [7.] tartalmazza. Az elsõ I/O modul bemenetei az X5-ös csatlakozóhoz (FESTO termék) kapcsolódik, ha Field bus modul nélkül mûködtetik.
7. táblázat Bemenetek kezelõfunkciókkal az elsõ I/O modulon [7.]
Az elsõ I/O modul kimenetei az X6-os csatlakozóhoz (FESTO termék)
kapcsolódik, ha Field busz modul nélkül muködtetik.
8. táblázat Kimenetek
kezelõfunkciókkal
az elsõ I/O modulon [7.]
Általános kapcsolati elosztása az I/O moduloknak a 9. és 10. táblázat [7.] szerint történik. A második, illetve a további I/O modulok bemeneti elosztása is ezt követi.
9. táblázat Bemenetek kezelõfunkciókkal az I/O modulon [7.]
10. táblázat Bemenetek kezelõfunkciókkal az I/O modulon [7.]
A szó száma (x) függ az SPC 200 konfigurációjától
(11. táblázat [7.]).
11. táblázat Szó száma különféle
konfiguráció esetén [7.]
D
O
K
U
M
E
N
T
Á
C
I
Ó
-
D
O
K
U
M
E
N
T
Á
C
I
Ó
-
D
O
K
U
M
E
N
T
Á
C
I
Ó
-
D
O
K
U
M
E
N
T
Á
C
I
Ó
-
D
O
K
U
M
E
N
T
Á
C
I
Ó
-
D
O
K
U
M
E
N
T
Á
C
I
Ó
-
D
O
K
U
M
E
N
T
Á
C
I
Ó
-
D
O
K
U
M
E
N
T
Á
C
I
Ó
-
D
O
K
U
M
E
N
T
Á
C
I
Ó
-
D
O
K
U
M
E
N
T
Á
C
I
Ó
