Дельта Електронікс
Позиціонування є одним із основних завдань електроприводу, особливо у завданнях управління рухом (motion control). Інженер з автоматизації у своїй практиці часто стикається з необхідністю позиціонування робочих органів устаткування чи матеріалу. Наприклад, позиціонування запірного елемента трубопровідної арматури, напрямного апарату, позиціонування конвеєра, натискного гвинта прокатного стану, візка порційного дозування, автостели, підйомника. Якщо жартома узагальнити, то машинобудівники стикаються лише з трьома проблемами – це не їде, переїжджає чи недоїжджає.
Прецизійне позиціонування з точністю від десятих часток міліметра і вище, що враховує безліч додаткових факторів, успішно вирішується за допомогою сервоприводів виробництва Delta Electronics ASD.
Однак і звичайний загальнопромисловий частотний перетворювач C2000 (того ж виробника), з усією своєю невибагливістю і широким рядом потужності, може бути використаний для багатьох завдань позиціонування, наприклад, в непрецизійних додатках, для яких достатня точність позиціонування близько міліметра.
У цій статті описується порядок конфігурування універсального перетворювача частоти серії C2000 під завдання позиціонування та процедура передачі уставки позиції протоколу Profibus з ПЛК Siemens S7 використовуючи TIA PORTAL.
Повний перелік необхідного обладнання та ПЗ:
- Перетворювач Delta C2000 + двигун + енкодер
- EMC-PG01 - плата енкодера
- ПЛК S7-1500 з прошивкою Profibus версії не нижче 1.8 (якщонижче, потрібне оновлення).
- TIA PORTAL V12/V13
- Кабель Profibus DP з роз'ємами з вбудованими резисторами навантаження, що задовольняє специфікації Profibus,
Для того, щоб мати можливість працювати в режимі позиціонування, необхідно встановити в привід С2000 додаткову плату енкодера, що відповідає його типу, наприклад, EMC-PG01, а також плату CMP-01 інтерфейсу Profibus-DP. При цьому не забудьте під'єднати землю (GND) плати енкодера до загальної землі GND, інакше не виключено відмову енкодера.
Встановлення та конфігурація енкодера
Правильний вибір енкодера є основним чинником успіху для конкретного завдання позиціонування. Наприклад, якщо потрібна швидка реакція, необхідно звернути увагу на частоту сигналу енкодера та його сумісність із частотою опитування плати EMG-PG01.
Для максимальної відповідності вимогам застосування перетворювачі частоти VFD-C2000 підтримують різні типи енкодерів як виробництва Delta, так і сторонніх виробників на різну напругу живлення та за різними схемами підключення. Для отримання більш детальної інформації див. розділ 3 посібника С2000.
Вважається, що синхронні двигуни на постійних магнітах найбільше підходять для завдань позиціонування. Але перетворювачі частоти VFD-C2000 у режимі позиціонування можуть керувати як синхронними, і звичайними асинхронними двигунами. Для цього перед використанням ПЧ у векторному режимі необхідно пройти процедуру автотестування двигуна. Якщо є можливість від'єднати двигун від навантаження, рекомендується провести автоналаштування з обертанням ротора, оскільки це може поліпшитиПоказники позиціонування.
Пошук початкового стану
Інкрементальні енкодери не запам'ятовують свою позицію при зникненні харчування, тому відразу ж після включення необхідно знайти точку відліку, щодо якої задаватимуться подальші переміщення.
Процес пошуку початкового стану називається хомінгом (homing). У хомінгу задіяні 3 дискретні входи частотника - два - для кінцевих вимикачів граничних позицій, що обмежують область пошуку та один - власне сигнал досягнення початкової точки звіту.
Для C2000 існує множина режимів пошуку початкового положення, що задається параметром 0-40. У посібнику наведено 8 можливих діаграм швидкостей пошуку початкової позиції.
Після того, як правильно налаштований векторний режим перетворювача частоти та успішно знайдена початкова позиція, для включення режиму позиціонування потрібно виконати 3-х простих кроків:
- Переключити ПЧ на режим позиціонування (P2P) (параметр 00-10 = 1)
- Вибрати абсолютне або відносне позиціонування (параметр 00-12)
- Визначити, звідки надходитиме завдання (команда) на позицію (параметр 11-40=5 Комунікаційна плата)
Після цього управління буде виконуватися зовнішнім ПЛК, в даному випадку Siemens S7, за протоколом Profibus DP. Одиницею вимірювання переміщення є імпульси або фронти імпульсів енкодера. За кожен оберт валу екодер зі стандартним двофазним вихідним сигналом ABZ генерує N імпульсів та 4N фронтів (передні та задні фронти A та B сигналів). Таким чином, енкодер з роздільною здатністю 2500 імпульсів на оборот генерує 2500х4 = 10 000 фронтів, які і вважаютьсяперетворювачем частоти.
При використанні ПЛК C2000 команди позиціонування завжди задаються у кількості фронтів. У нашому прикладі саме ця кількість має пересилатися через Profibus PZD пам'ять.
Якщо у нас енкодер видає 1024 імпульси на оборот, тоді ціна одного обороту буде 4096 фронтів. Тому, якщо ми вимірюємо переміщення в оборотах, команда на переміщення повинна дорівнювати 4096 x оборотів.
Налаштування контролера S7-1500 та мережі Profibus-DP
TIA портал починає "бачити" перетворювач частоти C2000 після встановлення файлуDelta C2000.gsdу конфігурацію обладнання
Далі необхідно визначити дані, які будуть пересилатися з перетворювача частоти ПЛК і назад.
Далі в ПЛК заводяться теги, а також додаються необхідні функціональні блоки обміну організаційний блок OB1.
У прикладі перетворювач частоти з ПЛК будуть передаватися
- команда управління (слово)
- режим позиціонування
- Завдання позиції (подвійне слово)
ПЛК циклічно отримуватиме з перетворювача частоти реальне положення валу двигуна. Таким чином, налаштування режиму позиціонування перетворювача частоти, пошук початкової позиції, саме позиціонування та моніторинг реального положення валу здійснюється за допомогою програми ПЛК Siemens
При написанні програми слід пам'ятати, що ПЛК Siemens успадковують архітектуру регістрів компанії Motorola, внаслідок чого через мережу Profibus DP спочатку пересилається молодший байт слова позиції, апотім старший.
Всі дані, що передаються в перетворювач частоти, а також дані, що отримуються з нього, відображаються в стандартній таблиці Watch table TIA Portal.
Користувач має можливість не лише контролювати, а й змінювати ці дані в режимі реального часу.
З іншого боку, позицію можна зчитувати зі стандартного пульта перетворювача частоти VFD-C2000.
Точність та якість відпрацювання команд позиціонування багато в чому залежить від якості налаштування векторного режиму перетворювача частоти VFD-C2000.
Векторний режим в перетворювачах частоти серії C2000 Delta побудований за класичною схемою з використанням перетворень Кларка і Парку і переходом до системи координат, що обертається, зі зворотним зв'язком і має безліч тонких налаштувань, що дозволяють досягти більшої точності, що утримує моменту і плавності ходу.
За допомогою додаткових параметрів можна налаштувати смугу пропускання регуляторів на високій, низькій та нульовій швидкості, часи розгону та уповільнення, струми намагнічування.
Штатний режим позиціонування P2P універсального перетворювача частоти серії C2000 Delta Electronics має достатній функціонал для вирішення більшості завдань позиціонування середньої точності.
Команда на позиціонування може надходити як у вигляді імпульсів на імпульсний вхід приводу, так і широко поширеним польовим шинам Modbus, Profibus, CAN від керуючих пристроїв Delta Electronics або сторонніх виробників. Крім того, самим перетворювачем частоти та його позиціонуванням можна управляти здопомогою вбудованого в перетворювач ПЛК.
Незалежно від джерела завдання позиції (команди), перетворювач частоти сам шукає початкову точку та обробляє сигнали кінцевих вимикачів по одному з 8 готових алгоритмів при першому включенні живлення.
Діапазон потужностей до 500 кВт, можливість використання недорогих асинхронних двигунів, невибагливість, доступність на складі, конкурентоспроможна ціна, вбудований повноцінний ПЛК, сумісність з популярними польовими шинами, безкоштовність ПЗ - прискорюють вирішення часто зустрічаються завдань позиціонування в різних галузях і роблять ці рішення привабливими за ціною .