Page 18 - Sterowanie Silniki & Napędy 2020

e-wydanie
silnika o wymaganą wartość kątową, która jest liniowo proporcjonalna do ana- logowego sygnału sterującego.
Analogowe układy sterujące pozycjono- waniem nie wymagają żadnej konfiguracji specjalnej i mogą wykorzystywać podsta- wowe analogowe sygnały sterujące, które wysyła każdy programowalny sterownik logiczny PLC. Większość z tych sterowni- ków ma uniwersalne wyjścia analogowe, zarówno sterowane z głównego procesora, jak i w postaci kart rozszerzeń. Do stero- wania położeniem nie jest wymagany dedy- kowany sterownik ruchu. Ponadto ana- logowe sterowanie pozycjonowaniem jest proste do zaprogramowania. Przykładowe programy sterowników serwonapędów zintegrowanych, dostarczane przez ich producentów, realizują konwersję analo- gowego sygnału sterującego na docelowe położenie wału silnika. Są one uzupełnia- ne przez parametry do skalowania i prze- sunięcia (offsetu) sygnału analogowego.
Inną zaletą sterowania analogowego jest to, że pozycjonery reagują zwykle bar- dzo szybko. Ponieważ w sterownikach PLC zadania układów We/Wy mają prio- rytet, zmiany analogowych sygnałów wyj- ściowych są zwykle przetwarzane w każ- dym cyklu programu. Dodatkowo więk- szość serwonapędów zintegrowanych ma szybkie mikroprocesory, tak więc program konwertujący analogowy sygnał sterujący na docelowe położenie wału silnika może odświeżać sygnał o położeniu co 1 ms.
Te właśnie czynniki determinują bardzo szybką reakcję analogowych układów ste- rowania położeniem.
Zakłócenia sygnału jako główny problem sterowania analogowego
W niektórych sytuacjach wady analogo- wych układów sterowania położeniem przewyższają ich zalety. Duże znaczenie ma tu fakt, że sterujące sygnały analo- gowe są wrażliwe na zakłócenia, szczegól- nie wtedy, gdy przewody i kable sterow- nicze są długie, nieekranowane lub ekra- nowane, ale nieprawidłowo uziemione. Jednak nawet zastosowanie prawidłowo uziemionego kabla ekranowanego wyso- kiej jakości nie gwarantuje, że zaburzenia elektromagnetyczne, generowane przez różne źródła w środowisku fabrycznym, nie sprawią, że sterowanie analogowe będzie trudne i niepewne.
W idealnej sytuacji jedna wartość napięcia analogowego sygnału sterującego ze sterownika PLC jest zamieniana na dokładnie jedną zmianę położenia wału silnika, a sterowanie musi być dokładne
i powtarzalne w czasie. Jednak w prak- tyce wartości napięcia sterującego ze ste- rowników PLC są podatne na wpływ zewnętrznych zakłóceń elektromagnetycz- nych i zmieniają się podczas ich przesyła- nia do serwonapędów. W wyniku tego zja- wiska napięcie sterujące wysyłane ze ste- rownika PLC nie jest jedynym sygnałem docierającym do sterownika silnika, co powoduje różnicę pomiędzy wymaganym a rzeczywistym obrotem wału silnika.
Gdy zakresy wymaganych zmian obrotu wału silnika zwiększają się, a zakres war- tości analogowych napięciowych sygna- łów sterujących z PLC pozostaje stały,
0°
wielkość różnicy pomiędzy wymaganym
a rzeczywistym obrotem wału silnika dodatkowo się zwiększa. Ta różnica jest częściowo spowodowana skończoną war- tością rozdzielczości analogowego wej- ścia sterującego serwonapędu. Gdy zakres obrotu silnika serwonapędu wzrasta, ogólna dokładność i czas reakcji układu pozycjonującego pogarszają się (rys. 2).
Użytkownicy mogą modyfikować pro- gram sterownika serwonapędu zinte- growanego, tak aby wygenerować histe- rezę stabilizującą położenie wału silnika oraz redukującą krótkookresowe odchyle- nia od ustalonego położenia wału (jitter), które wynikają z małych zmian analogo- wego sygnału sterującego. Jednak progra- mowanie daje ograniczone rezultaty i czę- sto zamienia zwiększoną rozdzielczość systemu na zmniejszoną szybkość reak- cji. W większości sytuacji programowanie nie jest w stanie całkowicie wyelimino- wać negatywnego wpływu zaburzeń elek- tromagnetycznych na analogowy sygnał sterujący. Brak dokładności spowodo- wany przez zakłócenia może prowadzić do istotnych szkód w niektórych aplika- cjach. Opisany dalej w artykule przykład ilustruje negatywny wpływ zakłóceń na pracę przenośnika taśmowego.
Sytuacje, w których sterowanie analogowe się nie sprawdza
Pewien producent inteligentnych prze- nośników taśmowych napotkał trudno- ści z uzyskaniem wymaganej dokładno- ści regulacji położenia wałów silników
↙ Rys. 2. Gdy zakres wymaganych zmian położenia wału sil- nika zwiększa się, różnica pomiędzy wymaganą (opartą na punkcie nastawy analogowego sygnału sterującego) a rzeczywistą warto- ścią tego położenia się zwiększa.
PLC
0V
5V
Kąt obrotu wału silnika 360° lub więcej
e2
Źródło: Applied Motion Products