Rídicí systém pro 1,5 osy

Řídicí systém MP940 představuje jeden z tzv. aplikačních modulů, které firma Yaskawa dodává jako doplněk servopohonů řady Sigma II. Řada pohonů Sigma II je k dispozici v 30 různých velikostech s maximálním krouticím momentem v rozsahu 0,01 do 692 Nm s napájecím napětím 110 Vac nebo 3x 230 Vac či 3x 480 Vac, lineární motory s max. silou 6000 N a rovněž provedení s inkrementálním nebo absolutním snímačem natočení a provedení s brzdou nebo převodovkou.

Pojem "řízení jeden a půl osy" v podstatě znamená, že osu poháněnou pohonem Sigma II lze řídit nejen na základě programu uloženého v paměti modulu, ale i na základě informace o úhlu natočení další - vedoucí - osy. Modul MP940 je navíc vybaven výkonným PLC automatem. Škála jeho funkcí je velmi rozsáhlá a zahrnuje polohování, otáčkové a momentové řízení motoru včetně možnosti přepínání režimů řízení za chodu. Funkce využívající řídicí osy zahrnují elektronické kopírování, převody, hřídele a vačky.

Jednotlivé funkční bloky jsou realizovány firmwarem v centrální jednotce CPU a specializovanými obvody. Blok sériové komunikace obsluhuje dva porty. Jeden z nich s rozhraním RS 232 C je obvykle používán ke komunikaci s prostředím pro vývoj aplikačního programu, jak je také naznačeno na obrázku. Druhý sériový port se předpokládá pro komunikaci s terminálem, případně jiným zařízením pro datovou komunikaci na rozhraní RS-422/485. Modul MP940 je standardně vybaven komunikačním protokolem Memobus, který se využívá při komunikaci přes rozhraní RS - 422/485. Funkční blok označený v obrázku Local I/O poskytuje 8 digitálních vstupů a 8 výstupů na úrovni 24V dc. Signály jsou galvanicky odděleny od obvodů MP940. Vstupní a výstupní signály lze lokálně rozšířit o další nepoužité vstupy a výstupy na pohonu. Při použití pohonu SGDH lze tak docílit počtu celkem 14 digitálních vstupů a 10 výstupů. Blok lokálního v/v realizuje navíc jeden analogový výstup. Jako analogový vstup zařízení je možno využít analogový vstup pohonu, který je programově přístupný přes dvoubránovou paměť.

Funkce CNTR (counter = čítač) slouží k rychlému hardwarovému čítání vstupních impulzů. Tyto impulzy jsou obvykle generovány externím snímačem polohy a lze je zpracovávat celou řadou způsobů v závislosti na nastavení parametrů. Tato funkce poskytuje rovněž možnost rychlé registrace obsahu čítače do vnitřního registru a rychlou aktivaci výstupního signálu na základě vyhodnocení koincidence čítače a registru.

Funkce označená v obrázku jako MLINK or DeviceNet je vysokorychlostní komunikace po průmyslové sběrnici typu Mechatrolink (Yaskawa) nebo DeviceNet. Při použití Mechatrolinku lze docílit komunikace mezi 15 uzly sítě s periodou 1 ms. Přenosová rychlost činí 4 Mb/s.

Funkce řízení serva se realizuje pomocí bloků označených ve schématu jako SVA a DPR. Toto rozdělení chce naznačit, že algoritmy řízení pohybu jsou implementovány v softwaru a jejich výsledkem jsou víceméně standardní signály pro ovládání pohonu. Ty však nejsou posílány pohonu prostřednictvím vstupních/výstupních svorek jako u samostatně stojícího pohonu, ale přes vnitřní dvoubránovou paměť DPR (dual port RAM).

Podstatnou vlastností těchto signálů je fakt, že i za běhu motoru lze přepínat řízení serva do jednoho ze 4 režimů. Tyto režimy představují polohové řízení v uzavřené polohové smyčce, rychlostní smyčce nebo proudové - momentové - smyčce a režim zvaný fázová synchronizace, který spojuje vlastnosti rychlostní a polohové smyčky. Je rovněž možné za chodu přepínat P/PI charakter rychlostní smyčky. PLC - programovatelný automat. Všechny uvedené funkce jsou pro aplikaci přístupné pomocí programovatelného automatu PLC.

Pro vývoj aplikačního programu MP940 existuje celá řada softwarových nástrojů. Program MotionWorks+ poskytuje pro návrh programu grafickou pracovní plochu s ikonami, které vyhovují zejména v situaci, kdy je problém popsán tak, že lze sestrojit obdobu vývojového diagramu pro programovaný pohyb motoru. V prostředí MW+ je k dispozici nástroj pro návrh elektronických vaček. Software MotionWorks naopak poskytuje programovací prostředí připomínající PLC. Aplikace se programuje v jazyce Ladder Diagram s tím, že jsou dostupné všechny registry ovládající pohyb souřadnice i parametry natočení vedoucí osy.

Na příkladě uvedeném na obrázku je vidět strukturu systému, který využívá komunikace s inteligentním terminálem přes vestavěný sériový port. Systém využívá služeb interního PLC, který má v této konfiguraci k dispozici maximálně 14 vstupů a 10 výstupů

Další, zřejmě velice obvyklou konfigurací může být MP940 jako periferní zařízení PLC, komunikující přes vstupy/výstupy. To se může dít jak paralelně, tak prostřednictvím průmyslové sběrnice. Tuto situaci ilustrují následující 2 obrázky.

Další možnou alternativu pro strukturu systému přibližuje následující obrázek, který znázorňuje MP940 jako periferní zařízení inteligentního terminálu nebo PC. Každý z modulů obsahuje svoje vlastní aplikační programy. PC nebo terminál zprostředkuje funkce monitorovací a seřizovací - tj. nastavení parametrů, historii alarmů apod.

Modul MP940 představuje velmi univerzální nástroj pro návrh řídicích systémů, kde je vyžadováno komplikovanější řízení pohybu. Zároveň je MP940 cenově zajímavým řešením systémů, kde počet řízených souřadnic nedosahuje počtu, kde se vyplatí aplikace modulárního řídicího systému charakteru PLC s polohovacími osami.