Automatická optimalizace posuvů a pohonů obráběcích strojů

Před více než rokem uvedla společnost Siemens do prodeje nový a podstatně funkčně vylepšený software 4.7 pro NC řídicí systémy Sinumerik 840D sl a 828D. Na nové funkce softwaru, které výrazně vylepšují vlastnosti řídicího systému Sinumerik v oblasti programování a obsluhy, jsme se soustředili v článku ve vydání č. 1, 2/2017 (viz www.mmspekturm.com/170148). V tomto příspěvku se budeme věnovat detailněji výrazné změně softwaru 4.7 v oblasti seřizování a optimalizace posuvů a hlavních pohonů.

Funkce automatická optimalizace je nyní standardním vybavením řízení pro systémy Sinumerik 840D sl a Sinumerik 828D. Druhou výraznou změnou pro vylepšení chování posuvů stroje je adaptivní kompenzace tření (adaptive friction compensation), která zlepšuje chování posuvů při reverzaci. Její nasazení vede ke zlepšení přesnosti testů kruhové interpolace při přechodech mezi kvadranty.

Dnes již starší software z řady 4.5 je používán jen velmi zřídka, neboť výrobci strojů si uvědomují výhody verze 4.7 pro koncové zákazníky i pro snadnější uvedení stroje do provozu a následný servis stroje. K softwaru 4.7 jsou pravidelně uvolňovány nové softwarové verze, které dále rozšiřují a doplňují funkční vlastnosti. V současnosti je aktuální softwarová verze SP4.

Pro oblast seřizování posuvů a hlavních pohonů přináší softwarová verze 4.7 především výraznou změnu ve funkčnosti automatické optimalizace posuvů a hlavních pohonů. Tato funkčnost je standardním vybavením řízení jak u systému Sinumerik 840D sl, tak u systému Sinumerik 828D. Funkce automatická optimalizace se označuje jako AST (Auto Servo Tuning), představení jejích základních vlastností je předmětem tohoto článku.

Co možná nejvhodnější nastavení regulačních vlastností posuvů je jedním z hlavních úkolů pracovníků provádějících seřízení stroje. Základem optimálního chování posuvů stroje bylo a vždy bude co nejlepší mechanické nastavení – minimální vůle v posuvových mechanismech a minimální tření. To platilo v minulosti, platí nyní a bude jistě platit i do budoucna. Řízení dokáže dobře mechanicky zkonstruovaný a smontovaný stroj z hlediska regulace ještě zlepšit. Stále však platí, že špatnou mechaniku žádné řízení nezachrání. Možnosti zlepšení chování jednotlivých posuvů a jejich vzájemné interpolace v posledních letech výrazně rostou. Dříve se optimalizace prováděla pomocí trimrů analogových pohonů a kritériem dobrého seřízení bylo subjektivní posouzení dotykem na pohybující se železo s vyhodnocením kmitá/nekmitá. Dnes slouží seřizovačům strojů relativně účinná diagnostika založená na zkoumání vlastností regulace pomocí frekvenčních charakteristik rychlostní i polohové regulace, měření mechanických frekvencí, měření odezev jednotkových skoků atd. Vylepšená funkčnost AST umožňuje optimalizovat posuvy a pohony s pomocí těchto integrovaných diagnostických prostředků, a to v dialogovém režimu. AST software přitom vyhodnocuje naměřené informace a navrhuje optimální nastavení rychlostní a polohové smyčky včetně instalace příslušných frekvenčních filtrů.

Jak již z výše uvedeného vyplývá, před použitím AST musí být stroj především správně mechanicky smontován a seřízen. Dále je vhodné před zahájením měření posuvy opakovaně projet tak, aby došlo k nastavení takových mechanických podmínek, ve kterých bude posuv běžně pracovat (promazání, zahřátí vodicích ploch atd.). Automatická optimalizace pracuje v dialogovém režimu ve dvou krocích. V prvním kroku jsou proměřeny jednotlivě posuvy stroje s cílem optimalizovat parametry rychlostní a polohové regulace. Ve druhém kroku pak jsou jednotlivé posuvy vzájemně srovnávány tak, aby spolu mohly správně interpolovat. Co je však důležité, s novou verzí softwaru 4.7 lze automatickou optimalizaci použít i pro posuvy ve vazbě master– slave, a dokonce i pro gantry osy. Pouze v případě optimalizace os ve vazbě master–slave funkce AST optimalizuje rychlostní a polohovou smyčku, neprovádí ale optimalizaci nastavení vazby master–slave. Proto je nutné tuto vazbu nejdříve správně nastavit a pak spustit funkci. Jak tedy optimalizace jednotlivých os v AST probíhá?

Optimalizace jednotlivých os – rychlostní a polohová smyčka

1. Nutno zvolit strategii optimalizace

Jako vhodná se jeví strategie 102 – „Proměření otáčkové a polohové smyčky, optimalizace a ověření“. V oblasti volby strategie lze např. provést omezení maximálních hodnot proporcionálního zesílení, zesílení polohové regulace apod.
2. Po odstartování optimalizace je nutno z bezpečnostních důvodů měření potvrdit tlačítkem NC start. Měření a optimalizace pak probíhají pro rychlostní smyčku v několika krocích, kdy jsou měřena různá frekvenční pásma. Po provedení každého měřicího kroku jsou výsledky zobrazeny na obrazovce. Pokud pracovník provádějící optimalizaci není s výsledkem měření spokojen, může nechat měření opakovat, případně před opakováním změnit parametry měření.

3. Po provedení proměření rychlostní smyčky jsou zobrazeny navržené regulační parametry rychlostní regulace včetně instalovaných filtrů. Zobrazeny jsou původní hodnoty před optimalizací, optimalizovaná hodnota a sloupec pro případnou ruční změnu pracovníkem provádějícím optimalizaci.

4. Pokud je optimalizovaná osa vybavena přímým odměřováním, následuje měření mechanické frekvence.

5. Následným krokem je potom výpočet parametrů polohové regulace. Podobně jako u rychlostního regulátoru jsou zobrazeny tři sloupce – původní hodnota, optimalizovaná hodnota a ručně modifikovatelná hodnota.

Dráhová optimalizace – vzájemné sladění os

V předchozí optimalizaci provedla AST optimální nastavení parametrů rychlostní a polohové smyčky. Vzhledem k možným rozdílům v mechanických vlastnostech jednotlivých posuvů tak ve většině případů nastává situace, kdy zesílení polohové smyčky (Kv) je pro posuvy různé. Posuvy by tak nemohly spolu interpolovat. Toto řeší druhý krok AST. Před startem druhého kroku optimalizace je nutno určit, které osy spolu mohou potenciálně interpolovat. Pro tyto osy je pak odstartován společný výpočet.

Druhý krok neprovádí žádná měření, ale počítá časové konstanty jednotlivých os pro osový sollwertový fázový filtr (NC MD 32895 MA_DESVAL_DELAY TIME). Tato hodnota je vypočtena tak, aby celková časová konstanta byla pro všechny potenciálně interpolující osy shodná. To znamená, aby se srovnala fázová zpoždění jednotlivých os tak, aby ve výsledku měly všechny interpolující osy zdánlivě shodný Kv faktor.

Výsledkem dráhové optimalizace je sladění posuvů pro interpolaci. Test kruhové interpolace by pak již měl vyjít optimálně. Samozřejmě mimo chyb daných třením projevujícím se při přechodech kvadrantů. To pak řeší již výše zmíněná adaptivní kompenzace tření.

Ve srovnání s předchozími softwarovými verzemi přináší verze 4.7 výrazný pokrok v podpoře pracovníků, kteří seřizují a optimalizují posuvy obráběcích strojů. Funkce AST využívá již dříve dostupných diagnostických prostředků a automatizuje optimální regulační nastavení pro jednotlivé osy stroje. Rozdílné výsledky nastavení jednotlivých os pak dorovnává výpočtem osových sollwertových fázových filtrů tak, aby spolu osy mohly přesně interpolovat. Zahrnutím optimalizace os ve vazbě master–slave a gantry je AST významným pomocníkem při seřizování strojů.

Siemens

Ing. Tomáš Kopeček

tomas.kopecek@siemens.com