Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Villamosmérnöki és Informatika Kar Irányítástechnika és Informatika Tanszék
Hajtásszabályozás Mitsubishi eszközökkel Önálló Laboratórium beszámoló
Készítette: Kendli Ádám Konzulens: Kovács Gábor
Budapest, 2015
Tartalomjegyzék Bevezetés ........................................................................................................... 2 Szervomotor.................................................................................................... 2 Szervoerősítő .................................................................................................. 3 PLC .................................................................................................................. 4 HMI ................................................................................................................. 5 1, Eszközök alkalmazása a gyártósor modell vezérléséhez ............................... 5 1/a, Új project létrehozása és kommunikációs beállítások PLC-hez ................. 5 1/b, Létradiagram készítése gyártósor vezérléséhez ....................................... 6 1/c, ST nyelven gyártósor automatikus vezérlése ............................................ 9 1/d, ST nyelven gyártósor kézi vezérlése ....................................................... 11 1/e, HMI használata, animációk megjelenítése ............................................. 12 I. Új project létrehozása a HMI-hez ............................................................ 12 II. Kapcsolat beállítása ................................................................................ 12 III. Elemek alkalmazása............................................................................... 12 IV. Animációk létrehozása .......................................................................... 13 V. HMI írása................................................................................................ 13 2, Szervomotor alkalmazása ............................................................................ 14 2/a, Motor elindítása .................................................................................... 14 2/b, sebesség szabályozás ............................................................................. 15 I. Fizikai összeszerelés ................................................................................ 15 II. A/D, D/A átalakítás és linearizálás .......................................................... 16 III. PLC programozása és a HMI-n való kijelzés ........................................... 18 2/c, Nyomaték szabályozás ........................................................................... 19 2/d, Pozíció szabályozás ................................................................................ 20 3, Összefoglalás ............................................................................................... 20
1
Bevezetés Az önálló laboratórium témám címe Hajtásszabályozás Mitsubishi eszközökkel. Feladatom elvégzése során Mitsubishi típusú PLC-vel, HMI-vel, szervoerősítővel és szervomotorral dolgoztam. Az eszközökkel és programozó szoftvereikkel való megismerkedés mellett, őket felhasználva a motor pozíció-, sebesség- és nyomatékszabályozása volt a feladatom. Szervomotor A szervomotorok olyan motorok, amelyek nagyon dinamikus mozgásokat végeznek, ezek egy állandó mágneses gerjesztésű szinkron gép elve alapján működnek. Táplálásuk és vezérlésük szervoerősítőn keresztül történik, működésüket változó, folyamat optimalizáló sebességeken végzik, és precíziós pozícionálást hajtanak végre anélkül, hogy az eszköznek bejáratási időre lenne szüksége. A szervoerősítő számára a motortengelyen található helyzetérzékelő küld jelet a rotor pozíciójáról. A motorokban egy elektromágneses fék is található, hogy a pozíció még tápkiesés esetén is megmaradjon.
1. ábra: HF-KN13 szervomotor
A feladat elvégzése során az 1.ábrán látható HF-KN13 típusú szervomotort használtam. Ez a típus nem rendelkezik beépített elektromágneses fékkel, a tetején található két csatlakozó, az első a tápellátást szolgálja, míg a hátsó a pozícionáláshoz tartozó jeladó, amely a 17 bites enkóder jelét továbbítja, amivel egy fordulat 131072 impulzusra bontható fel. Egyéb tulajdonságok: 0,1kW a névleges kimeneti teljesítménye, 3000 a névleges fordulatszáma/perc, míg az ajánlott maximális érték 4500 ford/perc, névleges nyomatéka 0,32Nm, a maximális nyomaték pedig 0,95Nm.
2
Szervoerősítő A szervoerősítők működésével a szervomotorok mozgatása és pozicionálása történik. Ennek a segítségével végezhetőek el a pozíció-, sebesség- és nyomaték szabályozások. Pozíció szabályozás: forgás sebességének és irányának meghatározása vagy adott pozícióba állítása egy impulzussorozattal, melynek legnagyobb értéke 4Mpps (4millio pulzus per sec). Sebesség szabályozás: a fordulatszám és a szervomotor irányának állandó szabályozása egy külső analóg fordulatszám szabályzóval (0-10V DC), a PC-ről MR Configurator2 programmal vagy paraméter által kiadott belső fordulatszám szabályzó paranccsal történik, utóbbival 7 különböző sebesség határozható meg. Nyomaték szabályozás: külső analóg (0-8V DC) nyomatékszabályozó paranccsal történik.
2. ábra: MR-JE-10A
A HF-KN13 típusú szervomotor vezérléséhez az MR-JE-10A szervoerősítő alkalmazható, amely a 2. ábrán látható. A paraméterek állítása és a pillanatnyi mért értékek kijelzése (sebesség, nyomaték, vezérlő feszültség nagysága) közötti váltás az előlapon található gombokkal történik. Alattuk a CN3-as csatlakozó a PC-ről történő USB-s összeköttetésen keresztüli szabályozáshoz szükséges. Következő a CN1-es csatlakozó a sorkapocshoz, amire digitális és analóg I/O vezetékek köthetőek. A CN2-es csatlakozó a motor enkóderéhez csatlakoztatható. A szervoerősítő egyfázisú hálózatról van táplálva, így a CNP13
L1-es pontba a fázisvezeték, L3-asba a nullavezető, a legalsó „csavaros” pontba pedig a föld kerül. Az U,V,W, pontokon keresztül a motor táplálása történik.
PLC A félév során FX3GE-24MT/DSS típusú PLC-t használtam, ami a kiadott feladatok vezérlését látta el a rá készített programok alapján, az eszköz a 3. ábrán látható.
3. ábra: FX3GE-24MT/DSS Programozása a GX Works2 programmal történik, az írására USB-n és Etherneten keresztül is van lehetőség. A PLC 24V DC tápfeszültségről üzemel. 2 analóg és 14 digitális bemenettel rendelkezik. A digitális bemenetek potenciálja 24V. Az analóg bemenetek feszültsége 0-10V DC között változik, másik üzemmódban, azaz áram bemenet esetén 4-20mA DC közötti az analóg bemeneti tartomány, melyek 12 bites felbontással (0-4000) rendelkeznek. Kimeneteit tekintve 1 analóg és 10 digitális relés típusú van. A digitálisak 5-30V közötti feszltséget tudnak kapcsolni. Az analóg kimenet feszültség üzemmdban 0-10V DC-t biztosít, áram kimenet esetén 4-20mA DC-t, itt is 12bites (0-4000) felbontás biztosított. Az Ethernet csatlakozás a programozáson felül lehetővé teszik a HMI vel való kommunikációt valamint webes felületre is lehetőséget nyújt.
4
HMI Az általam használt HMI egy GS2107-WTBD típusú eszköz a GOT Simple családból, ami a 4. ábrán látható.
4. ábra: GS2107-WTBD 24V DC tápfeszültség szükséges a működéséhez, Etherneten és USB-n is lehet vele kommunikálni. Az eszköz 7 colos érintő képernyővel van ellátva és 800x480 pixeles felbontású. A programozása GT Designer3 programmal történik.
1, Eszközök alkalmazása a gyártósor modell vezérléséhez 1/a, Új project létrehozása és kommunikációs beállítások PLC-hez A PLC programozása a már korábban említett GX Works2 programmal történik. Megnyitása után új project létrehozása szükséges, ahol a PLC-re jellemző tulajdonságok és a programozás típusa is beállítható. A „New Project” ablakban a következő beállítások a szükségesek: „Series:” FXCPU, „Type:” FX3G/FX3GC, „Project Type:” Structured Project, „Language:” Structured Ladder/FBD. A Project elkészítése után a számítógép és a PLC közti kapcsolatot is be kell állítani, ez a baloldalon látható a „Connection Destination”-ra, majd pedig a „connection1”-re kattintva tehető meg. Alapesetben USB-n keresztül bármikor programozható az eszköz, de célszerű Etherneten keresztül csinálni, mivel az jelentősen gyorsabb és kényelmesebb. A felugró ablakban a „PC Side I/F” sorában az Ethernet Boardot kell kiválasztani, majd egyel lejjebb „PLC Side I/F” mellett „PLC Modulera” duplán kattintva ki kell pipálni a „Connection via HUB”ot mivel nem közvetlenül, hanem egy routeren keresztül vannak összekötve az 5
eszközök, majd pedig az IP címet 192.168.1.250.-re kell állítani. A legfelső ablakot bezárva az előző oldalon ellenőrizhetjük, hogy megfelelőek-e a beállítások a „Connection Test” gombra kattintva. Amennyiben minden rendben van, nyomjunk „OK”-t és következhet a PLC programozása.
1/b, Létradiagram készítése gyártósor vezérléséhez A gyártósor modell az 5. ábrán látható felépítésű, az ehhez tartozó működést kell megvalósítani.
5. ábra: Gyártósor modell A ki- és bemeneti digitális vezetékek bekötését követően a programban szükséges ezek hozzárendelése egy változóhoz, ez baloldalt a „Project” fül alatt a „Global Label”-re, majd a „Global1”-re kattintva tehető meg. Az első oszlopban történik a „Class” beállítása, mivel ezek nem fix konstansok lesznek, hanem folyamatosan változnak, így „VAR_GLOBAL”-ra kell őket állítani, azaz ezek globális változók, melyeket majd a PLC fizikai ki és bemeneteihez rendelünk hozzá. A második oszlopban a „Label Name” alatt a változókhoz lehet nevet beállítani. A következő oszlopban („Data Type”) a változók típusa adható meg, mivel ezek mind digitális ki és bemenetek, így ezekhez a Bit típust kell választani. A „Device” oszlopban pedig az objektumok azonosítóit kell megadni, jelen esetben az 5. ábra alapján: (X0 --- X10 digitális bemenetek, Y0…Y11 digitális kimenetek)
6
X0 - 1.fotoérzékelő X1 - 2.fotoérzékelő X2 - 3.fotoérzékelő X3 – 4.fotoérzékelő X4 – 5.fotoérzékelő X5 – 1.tologató első v.á.k. X6 – 1.tologató hátsó v.á.k. X7 – 2.tologató hátsó v.á.k. X10 – 2.tologató első v.á.k.
Y0 – 1. futószalag Y1 – 2. futószalag Y2 – 3.futószalag Y3 – 4.futószalag Y4 – 1.tologató mozgatása Y5 – 1.tologató iránya Y6 – marógép forgatása Y7 – fúrógép forgatása Y10 – 2.tologató mozgatása Y11 – 2.tologató iránya
Az elvárt működés: Az 1.fotoérzékelő elé kerülő mintadarab esetén elindul az 1.futószalag. Majd a 2.fotoérzékelő előtt elhaladva, ami után 2 másodperccel az 1.futószalag megáll, az 1.tologató elé kerül. Ezután az 1.tologató áttolja a 2.futószalagra, ami ekkor már jár. A marógép alatti szenzort elérve a munkadarab megáll majd a marógép 3 másodpercig üzemel. A marás után elindulnak a 2. és 3. futószalagok és a fúrógép alá juttatják a munkadarabot, amint a fúrógép 5 másodpercig dolgozik. A fúrás végeztével a 3. futószalag elindul, és a 2.tologató elé juttatja a munkadarabot, amihez kb. 4 másodperc elegendő. Ezután a második tologató a munkadarabot a 4.futószalagra áttolja, ami az 5. fotóérzékelő előtt elhaladva 2 másodperc múlva megáll. A létra diagrammal történő megvalósítás a 6. ábrán látható.
7
6. ábra: Létra diagram
A felhasznált elemek a „Toolbar”-ról egyszerűen áthúzhatóak, dupla kattintással a változók nevei is megadhatóak. A Komplexebb elemek pl: TP időzítő, a jobb oldalon lévő „Function Block” mappában találhatóak. Az elemek elhelyezése után a csatlakozási pontjaik egyszerűen összeköthetőek.A program elkészülte után a „Compile/Buildre” kattintva a program lefordítható. Ha valamilyen szintaktikai hiba volt a kódban, azt a program alsó részén, az „Output” menü alatt 8
jelzi, amennyiben nem volt, akkor minden rendben lefut, és nem jelez hibát. Sikeres fordítás esetén az „Online/Write to PLC…” fülre kell kattintani, ahol az „Execute” gombbal indítható a program PLC-re írása.
1/c, ST nyelven gyártósor automatikus vezérlése Új project létrehozása az előzővel azonos módon, viszont „Language”-hez a „Structured Ladder/FBD” helyet az „ST”-t kell választani. A kapcsolódáshoz szükséges beállítások az 1/b pontban leírtakkal teljesen megegyeznek. A változók szintén a korábbiakhoz hasonló módon definiálhatóak, eltekintve a HMI kijelzésétől, amihez szükséges néhány új bevezetése. A program egyedi részei Function Blockokba lettek megírva, így ha több azonos részt tartalmaz a program, mint például a tologatók vagy a futószalagok, akkor nincs szükség ugyanannak a működésnek többszöri leírására, hanem elég egy újabb példányt készíteni belőle, ennek köszönhetően sokkal átláthatóbb lesz a program. Két üzemmódot készítettem a gyártósor vezérléséhez, ami a HMI-n keresztül választható ki, az egyik az automata-, a másik a kézi üzemmód.
7. ábra: Automata üzemmód A főprogram, amiben a funkció blokkok hívása történik, két részre van bontva az aktuális üzemmódtól függően, amik között az ábrán látható „Automata Kepernyo” vagy „Kezi Kepernyo” gombokkal lehet váltani. Első lépésként az első futószalagot vezérlő FB-t készítettem el. Működése csak a 9
mellette található fotoérzékelőktől függ. Az első szenzor lefutó élére elindul a futószalag, majd a második mellett elhaladva egy két másodperces impulzus időzítő is elindul, aminek a kimenő jelének a lefutására leállítja a futószalagot és egy „DONE” jelet szolgáltat a következő FB számára. Ezután következik az első tologató, ami működését tekintve megegyezik a másodikkal. Az előbb kiadott „DONE” jel hatására indul a folyamat, az ’előre’ irány beállítása után mozdul meg a tologató. Egészen addig halad előre, míg el nem éri az első végállás kapcsolót. Ekkor a mozgás irányát hátramenetbe kapcsolva visszahúzza a kart, egészen addig, míg a hátsó végálláskapcsolót el nem éri, mikor a folyamatot befejezve megáll. A marógép FB-jában kap helyet a második futószalag irányítása. Ez is az első futószalagból származó „DONE” jel hatására indul el, így mire a tologatótól odaér, már mozgásban lesz a futószalag. Egészen a marógép alá mozog a munkadarab, ahol az alatta lévő fotoérzékelő lefutó jelére megáll, és elkezdődik a 3másodperces marás, amit impulzusidőzítővel mérek. Marás végeztével elindul a futószalag valamint a fúrógép FB-jének jelezve a harmadik futószalag is elindul a fennakadás elkerülése végett. A fúrógép alatti fotoérzékelő jelének lefutó élére a munkadarab ismét megáll, valamint ezzel egyidejűleg a korábban elindított második futószalag is. A fúrás elindul, majd 5 másodperc múlva az impulzus időzítő kimenő jelének lefutására a fúrógép leáll, a harmadik futószalag pedig a második tologató elé mozgatja a munkadarabot. A második tologató működése az elsővel teljesen megegyezik, a funkció blokk egy másik példányaként lett meghívva. A fúrás után 5 másodperccel a fúró „DONE” jelének hatására indul és eljuttatja a munkadarabot az utolsó futószalagra. A negyedik futószalag szintén a fúró „DONE” jelére indul el, így az a munkadarabot mozgó állapotban várja. Az ötödik fotoérzékelő előtt elhaladó test elindít egy impulzus időzítőt, ami után két másodperccel a futószalag megáll, addigra a munkadarab már biztosan a gyártósor végére ért. A képernyőn látható körök digitális változók állapotát jelzik. A futószalagok melletti kis kékek az fotoérzékelőket szimbolizálják, ha elhalad előttük a munkadarab, arra az időre sárgára váltanak. Hasonlóképp a végállás kapcsolók, amik jelzik, ha a tologató a szélső állapotai egyikét elérte. A két nagy piros kör a fúró és maró gépeket szimbolizálják, amik aktív állapot esetén zöldre váltanak.
10
1/d, ST nyelven gyártósor kézi vezérlése A következő lépés a kézi vezérlés, itt nem gyártósor szinten történik az egész működtetése, hanem elemenként lehet mozgatni/irányítani őket. A 8. ábra szemlélteti a kézi üzemmód felépítését és irányíthatóságát.
8. ábra: Kézi Üzemmód A középen látható „Kezi Kepernyo” gombbal történő üzemmód váltással egyidőben jelenik meg ez a képernyő. Az előzőhöz hasonló a felépítése, viszont itt minden elem mellett található egy gomb, ami annak mozgatására szolgál. A munkadarab első futószalagra helyezését követően a „Runner1” gomb nyomva tartásával mozgatható előre, ha elengedjük a gombot, a futószalag is megáll. A tologató a „Forw1” gombbal mozgatható előre, egészen addig, míg az első végálláskapcsoló nem jelez, ekkor a program automatikusan megállítja, és nem engedi tovább előre. A „Back1” a tologató hátra mozgatására szolgál, a hátsó végálláskapcsoló jelzése esetén a PLC szintén megállítja, mivel lefutna a sínről. Tovább haladva a „Runner2” gombbal mozgatható a második futószalag, a munkadarab ezzel juttatható a marógép alá, ami pedig a „Cut” gomb nyomva tartásával elindul. A fúrás a „Drill” gomb folyamatos nyomásával történik. Következő a második tologató, ami az elsővel teljesen megegyezik, a „Forw2” és „Back2” gombokkal mozgatható előre és hátra, valamint a program itt sem
11
engedi leszaladni a sínről. Legvégül a negyedik futószalag maradt, ami a mellette lévő „Runner4” nyomva tartásával szállítja a munkadarabot előre. 1/e, HMI használata, animációk megjelenítése I. Új project létrehozása a HMI-hez A HMI-vel való kommunikáció beállítása, megjelenítendő képernyő kialakítása és feltöltése a GT Designer3 programmal végezhető. Új project létrehozása során be kell állítani a Sorozatot: „GS Series”, a HMI típusát: „GS21**-W”, valamint a nyelvet: „English”. Ki kell választani a PLC típusát: „MELSEC-FX” és a kapcsolat interfészét: „Standard I/F(Ethernet):Multi”. Ezzel az új project elkészült, más beállítással nem kell foglalkozni, minden maradhat az alapértelmezett értéken. II. Kapcsolat beállítása HMI és PLC közti Etherneten keresztüli kommunikációhoz a program bal oldalán, középen a system fülre kattintva ki kell választani a „Controller Setting / CH1:MELSEC-FX” opciót. A beállítások egy része kiválasztásra került a project létrahozása során, így már csak az IP címek és a portok megadása szükséges. HMI IP címe és az általa használt port: GOT Station: 1 (eszköz száma, PLC kapja majd a 2-t) GOT Standard Ethernet Setting: 192.168.1.251 GOT Communication Port No.: 5019 PLC IP címe és az általa használt port: IP Address: 192.168.1.250 Port No.: 5556 Station: 2 III. Elemek alkalmazása Kapcsolók, lámpák, számok bevitelére és megjelenítésére alkalmas elemek a jobb oldalt található Toolboxból húzhatóak a munkaasztalra. Az elemek elhelyezése, méretezése az egérrel egyszerűen elvégezhető. Ezek mellett minden elemet egy adott eszközhöz hozzá kell rendelni, úgy, hogy az megegyezzen a PLC-ben használt objektum azonosítójával. Elemek pontos típusa, színezése, felirat elhelyezése és méretezése, dupla bal kattintás után a felugró ablakba állítható be. 12
IV. Animációk létrehozása Lehetőség van a kimenetek nemcsak két vagy többállapotú lámpákkal való megjelenítésére, hanem úgynevezett animációkkal is. Ezekkel az animációkkal különböző formájú és méretű elemek mozgását és változását lehet szemléltetni. Első lépésként létre kell hozni minden ábrázolni kívánt mozzanatot/pozíciót. Ez bal oldalt a „Project/Parts” alatt tehető meg. „New”-ra kattintva készíthető el minden egyes darab, először adni kell egy sorszámot, majd egy nevet, ezután lehet csak megrajzolni. Ha elkészült az összes állapotnak a rajza, akkor jobb oldalt „Parts Display/Word Parts” elem elhelyezésével és méretezésével ebben az animációt tudjuk pozícionálni és megfelelő méretre állítani. Az elem tulajdonságainál be kell állítani a hozzá rendelt Word típusú változót, amelynek értékétől függ majd az éppen megjelenített alakzat. Bal oldalt lehet beállítani a használni kívánt állapotok számát és minden értékhez hozzárendelt alakzatot. A feladat során a négy futószalagot és a két tologatót animáltam. A futószalaghoz két állapotot rajzoltam, amiken a vízszintes vonalak egymáshoz képest el voltak csúsztatva, így ezek folyamatos váltogatása azt a látszatot keltette, mintha előre mozognának. A tologatónál négy állapotot készítettem. A két végállapotot piros, az első vagy hátsó helyzetben álló elemek szemléltetik. A köztes állapotok esetén a két végállapottól egyenlő távolságra (középre) egy zöld és egy piros tologatót rajzoltam, a zöld azt jelenti, hogy nincsen szélső állapotban, de mozog, míg a piros valahol szintén nem a szélén lévő, de egyhelyben álló elemre utal.
V. HMI írása Amennyiben elkészült a kijelző elrendezése és minden megfelelően be lett állítva, ezt fel kell tölteni a HMI-re. Ehhez a „Communication / Write to GOT…” ra kell kattintani. Itt PC és a HMI közti kommunikációhoz szükséges adatokat kell beállítani. Connection to GOT: Direct PC Side I/F: Ethernet GOT IP Address: 192.168.1.251 Peripherial S/W Communication Port No.: 5015 A beállítások elvégzése után a „Test” gombra kattintva ellenőrizhetjük, hogy sikerült a kapcsolatot létrehozni a két eszköz között. Az „OK” gomb megnyomásával felugrik egy ablak, ahol már semmit nem kell átállítani, a „GOT Write” gombra kattintva elkezdődik a HMI írása. 13
2, Szervomotor alkalmazása 2/a, Motor elindítása A konkrét szabályozási feladatok megkezdése előtt célszerű kipróbálni a motor elindítását terhelés nélkül, lassan forgatva, így bármilyen hiba fellépése kisebb veszélyt rejt és kevesebb kárt okozhat. Az alacsony sebességen való működés és a motor ellentétes irányokba forgatására a JOG módban ad lehetőséget. Hogy a motor elindulhasson a CN1-es csatlakozóba kötött sorkapocs megfelelő pontjaira feszültséget kell kapcsolni, ami JOG mode esetén pár vezeték bekötését igényli. Source interfészt használva 46 (DOCOM)-ra 24V-ot, míg a 21 (DICOM)-ra 0V-ot kötöttem. Ezen felül a 43 (LSP), 44 (LSN) adott irányba forgást engedélyező-, és 42 (EM2) elektromágneses féket reteszelő-, valamint 15 (SON) a szervoerősítő bázisáramkörét bekapcsoló pontokat helyeztem 24V feszültség alá. A szervoerősítő és a számítógép közti kommunikáció létrehozásához a CN3as csatlakozópontját össze kell kötni a PC-vel egy USB kábelt használva, majd az ehhez szükséges MR Configurator2 programot kell megnyitni. A „Project” fülre, majd a „New”-re kattintva új projectet hozhatunk létre, ahol jelen esetben a „Model” típusához MR-JE-A és az „Operation Mode”-hoz „Standard”-ot kell kiválasztani majd az „OK” megnyomásával elkészül a motorhoz a project. A képernyő bal részén a legördülő menüben a „Test Run”-t kell kiválasztani, azalatt pedig a 3. fület, itt található a JOG mode, amire rákattintva egy új ablak nyílik meg. A felugró ablakban lehet a motor megfelelő működésének teszteléshez szükséges beállításokat elvégezni. A motor sebessége, gyorsulása és lassulása valamint a forgási irányok állíthatóak akár működés közben is, amire a motor azonnal reagál. Vészhelyzet vagy meghibásodás esetére található egy STOP gomb, ami az egészet azonnal leállítja és egyes részeket feszültség mentesít. A szervoerősítő MODE (baloldali) gombját nyomkodva a „C” – „Status Display” módhoz eljutva, ezen belül működés közben az „UP” és „DOWN”gombokkal kiválasztható, hogy milyen információ vagy mért érték jelenjen meg a kijelzőn, például: sebesség, nyomaték, vezérlő feszültségek nagysága…. Ezen kívül a paraméterek állítására is itt van lehetőség, amikkel a motor működése befolyásolható.
14
2/b, sebesség szabályozás I. Fizikai összeszerelés A szervoerősítő PA01 es paraméterével állítható az aktuális üzemmód, amit sebességszabályozáshoz 1002-re kell beállítani. A sorkapcsokat és a PLC-t a következő módon kötöttem össze: Source I/O interfészt használva: 46 (DOCOM) - 24V 21 (DICOM) – 0V
- tápból érkező 24V - tápból érkező 0V
Sorkapocs sorszáma – PLC kimenete: 15 (SON) – Y0 - áram alá kerül a szervoerősítő fő áramköre 42 (EM2) – Y1 - elektromágneses fék reteszelés 43 (LSP) – Y3 - forgás engedélyezés 44 (LSN) – Y2 - forgás engedélyezés 41 (ST2/RS1) – Y4 - jobbra forgás 19 (ST1/RS2) – Y5 - balra forgás 2 (VC) V+ - analóg vezérlőjel: max 10V 3(LG) V- 0V/közösített pontok Sorkapocs száma – PLC bemenete: V1+ 26 (MO1) - szervoerősítő kimenete: max 8V sebesség jel V2+ 29 (MO2) - szervoerősítő kimenete: max 8V nyomaték jel V30 (LG) - 0V/közös pont Az MO1 és MO2 szabadon konfigurálható analóg kimenetei a szervoerősítőnek. Többek között a motor sebességével, nyomatékával, bemenő pulzusok számával és a vezérlőjel nagyságával tud arányos feszültséget kiadni, azaz +-8V-os vagy csak 0-8V-os intervallumon jeleníti meg. A PC14 es paraméterrel az MO1 állítható, amit a szervoerősítőn keresztül „02”-re állítva 0-8V-os sebességjelet mutat, míg a PC15-be „03”-at írva az MO2 kimenetre 0-8V közti nyomaték jel került.
15
II. A/D, D/A átalakítás és linearizálás A szabályozás során nem csak digitális, hanem analóg ki és bemeneteket is használtam a motor vezérléséhez valamint a szervoerősítő által küldött sebesség és nyomaték értékek megjelenítéséhez. Analóg kimenetként a 0-10V-os intervallumon kellett sebességjelet generálni. Az átalakító 12 bites, így 10V érték esetén 4000-es értéket kellett bele tölteni a D8282 es regiszterbe, hogy az megjelenjen a kimeneten. Az M8282 regiszterrel a kimenet típusa állítható, 0 érték esetén feszültség, míg 1 esetén áram kimenetet szolgáltat a PLC. Hogy a kívánt feszültség ténylegesen megjelenjen a kimeneten az M8289 es regisztert szintén 0-s értékre kell állítani.
D/A átalakító
Kimeneti feszültség [V]
10 8 6 4
2 0 0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
Digitális bemenet
Az ábrán a D/A átalakító bemenetére adott digitális értékek és a PLC kimenetén megjelenő feszültség karakterisztikája látható. Közel egyenes és offset feszültség is elég alacsony, aminek a kiküszöbölését a szervoerősítő PC37-es paraméterével állításával végeztem el, így a D/A átalakító bemenetére küldendő digitális érték könnyen meghatározható. PC12 es paraméter tartalmazza a maximális sebességet, amit a rákapcsolt 10V esetén el kell érnie, ennek az alapértelmezett értéke 3000 fordulat/perc. Ezek alapján az egyenlet:
Ahol a pillanatnyi D/A-ra adott érték megegyezik a D/A maximális értékének(4000) és a maximális sebesség hányadosával (PC12 értéke), valamint ezeknek a pillanatnyi (kívánt) sebességnek a szorzatával. Ezt a képletet a programozás során használtam fel. 16
A két A/D átalakító szintén 12 bites, így ezeknek is 4000 a felbontásuk, amihez a maximális bemenő 10 V tartozik. Amennyiben mindkét esetben feszültség bemenetel dolgozunk, az M8280-as és M8281-es regiszterekbe 0-t kell tölteni, 1-es érték esetén árambemenetre számítana a PLC. M8287 és M8288-as regiszterekkel lehet engedélyezni a bemenetek használatát 0-ás érték beleírásával, 1es esetben az A/D átalakító kimenetén nem jelenik meg a digitális érték. Az átalakított analóg jelek értéke a D8280 és D8281-es regiszterekből olvasható ki.
Pillanatnyi fordulatszám [ford/min]
Pillanatnyi sebesség meghatározása 4000 3500
3000 2500 2000 1500 1000 500 0 0
1
2
3
4
5
6
7
Szervoerősítő kimenő sebesség jele [V]
Az ábrán a szervoerősítő MO1 es kimenetére adott feszültsége látható a sebesség függvényében. Maximális sebesség esetén a feszültség 7,148V, míg a dokumentációban 8V-ot említenek. A maximális A/D elméletileg továbbra is 4000, viszont mivel csak 7,148V juthat a bemenetre így a max A/D értéke= 7,148*(4000/10). Ezek tudatában a HMI-n kijelzendő fordulatszám a következőképpen határozható meg:
Vagyis az A/D átalakítóból kiolvasott érték egy konstanssal való szorzása megadja a pillanatnyi sebesség nagyságát.
17
III. PLC programozása és a HMI-n való kijelzés
9. ábra: motor szabályozás HMI A PLC programot három funkció blokkra bontottam. Az egyik a HMI kijelzőn látható gombokat kezeli, amik a 9. ábrán láthatóak. A nyomógombok alternáló típusúak, azaz minden megnyomás után állapotuk megváltozik. Mellettük láthatóak kerek visszajelző lámpák, ami a pillanatnyi állapotot mutatja. A „SON”, „LSN”, „LSP”, „EM_Brake” lámpáknak aktívnak kell lenniük, hogy a motor bármely üzemmódból elindulhasson. A „MODE” gombbal az állapotok között válthatunk, az alatta lévő lámpán láthatjuk a jelenlegi szabályozási módot. Jobb oldalt a „Clock Wise” és „Counter Clock Wise„ gombokkal a motor forgásának iránya állítható, egyszerre mindig csak az egyik lehet aktív, különben a motor nem indul el. A „Speed/Torque Input:” melletti mezőbe lehet bevinni állapottól függően a kívánt értéket. Sebesség szabályozás esetén a fordulatszámot kell megadni, míg nyomatékszabályozásnál a névleges nyomaték hány százaléka jelenjen meg a motoron tizedes jegy pontossággal (100% esetén 1000 érték). A megadott értékek csak akkor kerülnek bevitelre, ha az input mező alatti „Enter” gomb megnyomásra kerül. Jobb alsó szélén látható két értékeket megjelenítő területek, a felső a pillanatnyi sebességet mutatja, míg a második a motorra ható nyomatékot. A második funkció blokk a bejövő analóg értékeket dolgozza fel. A regiszterekbe a megfelelő értéket betölti és a korábbi képletek valamint a szervoerősítőből érkező jel alapján meghatározza a sebességet és nyomatékot. 18
A harmadik FB a kimenő analóg értéket befolyásolja. Szintén beállítja a regisztereket megfelelő értékűre, azaz aktiválja a kimenetet, amin feszültség lesz várható. Ezen felül biztosítja, hogy a várható maximális sebességnél ne lehessen nagyobbat beállítani, illetve a D/A átalakítóra ne kerüljön 4000-nél nagyobb érték. A D/A átalakító bemenetére küldött érték, a korábban már említett képlet alapján számítható, azaz a pillanatnyi sebesség és a maximális sebesség hányadosa valamint ennek a 4000-rel való szorzata alapján. Ezek után a PLC a megfelelő analóg értéket kapcsolja a kimenetére.
2/c, Nyomaték szabályozás Nyomaték szabályozás esetén a PA01-es paramétert 1004-es értékre kell állítani. A vezetékezés majdnem teljesen megegyezik a sebesség szabályozás esetén leírtakkal, azzal a különbséggel, hogy a PLC-ből érkező analóg vezérlőjelet a következőképp kell bekötni: 27 (TC) 28 (LG)
-
V+ V-
- analóg vezérlőjel: max 8V - 0V/közösített pontok
A PLC programban való eltérés a D/A átalakító használatában különbözik. A szervoerősítő egy max 8V-os nyomaték vezérlő jelet vár, ami alapján a D/A –ra küldött érték a következőképpen alakul:
Mivel maximum 8V kerülhet a kimenetre, ezért a D/A maximális értéke (4000/10)*8 = 3200 lehet. 4000 a maximális felbontás, ami 10V-ot jelent a kimeneten, de ebből csak 8V-ra van szükség. A motorra ható nyomaték kijelzése a HMI jobb alsó sarkában látható, ez egy százalékos értékként van megjelenítve, ami azt jelzi, hogy a motor névleges nyomatékának hány százaléka hat éppen rá. Maga a szervóerősítő is így jelzi ki, illetve így továbbítja a PLC felé, ezért további számításokra nincs szükség.
19
2/d, Pozíció szabályozás Sajnos az FX3GE típusú PLC, amin félévközben dolgoztam nem alkalmas pozíció szabályozási feladatok elvégzésére, így csak a MR Configurator2 programmal vezérelhettem a motort. Bal oldalt a „Servo Assistant” ablakban a ”Test Run”-t kiválasztva a 3. fül alatt található a ”Positioning Mode”, amire rákattintva felugrik a pozícionáláshoz szükséges ablak. Itt lehetőség van a következő beállítások elvégzésére: - megadott felbontásnyi elmozdulást végezzen a motor, egy teljes kör 131072 részre van bontva, ennek megfelelő pontossággal mozgatható - az adott pozícióba beállásig milyen sebességgel haladjon - a kívánt sebességre való gyorsulás és lassulás megadása Ezeket felhasználva egyszerűbb sablonokat is be lehet állítani a mozgáshoz, azaz például jobbra mozduljon el x felbontásnyit, majd ugyanennyit balra. Ezen felül lehetőség van „Dwell time” meghatározására, vagyis az elért pozícióba mennyi ideig tartózkodjon a motor valamint az adott sablont hányszor ismételje meg. Egy másik lehetőség, a mozgássorozat végtelenszer való ismétlése, ahol mindig látható, hogy éppen hánynál tart.
3, Összefoglalás A félév során megismerkedtem a Mitsubishi típusú FX3GE PLC-vel, GS2107-es HMI-vel, valamint a programozásukra szolgáló szoftverekkel. Ezen felül az MR-JE-10A szervoerősítő felhasználásával sikeresen végrehajtottam a HF-KN13 szervomotoron a kítűzött szabályozási feladatokat. Az eszközökhöz kiadott hivatalos dokumentációk és kézikönyvek nagyban a segítségemre voltak a félév során, minden szükséges információt tartalmaztak. Továbbfejlesztési lehetőségek: - pozícióvezérlés megfelelő PLC-vel való megvalósítása - a mért értékek kijelzése ablakozószűrő felhasználásával, így az átlagolás miatt sokkal stabilabban jelezné az adatokat, ezzel könnyebben leolvashatóvá téve őket.
20
