6 na stronę - Stefan Brock

Sieci miejscowe stosowane w
układach serwonapędowych
Zagadnienia komunikacji
w nowoczesnych układach
serwonapędowych
• Serwonapędy – układy regulacji
połoŜenia, wyposaŜone w silniki
wysokomomentowe
• Sieci miejscowe - komputerowe sieci
lokalne stosowane w układach
automatyzacji
• Sieci miejscowe stosowane w napędzie –
bardzo wysokie wymagania: duŜa
szybkość transmisji i gwarantowana
praca synchroniczna napędów.
dr inŜ. Stefan Brock
3 – osiowe
układanie
opakowań na
palecie
Cięcie taśmy za
pomocą latających
noŜyc
Schemat blokowy układu sterowania
serwonapędu
ω wyp
3
Mwyp
Z
Θzad
RΘ
ω zad
Rω
Mzad
ω rze
Cięcie za pomocą
wirującego noŜa
Θrze
CZ
εrze
RM
Θe
CM
MS
MR
CR
1
Konwencjonalny układ
serwonapędowy
Analogowe przekazywanie sygnałów
•
Zalety:
–
–
•
Wady:
–
–
–
–
Hybrydowe układy komunikacji
• Sygnały analogowe i sygnały cyfrowe przesyłane łączem
szeregowym
• Za pomocą sygnałów analogowych przekazywane są tak
zwane informacje cykliczne: sygnały zadane i sygnały
sprzęŜeń zwrotnych
• Za pomocą łącza szeregowego przesyłane są tak zwane
informacje niecykliczne: parametry konfiguracyjne dla
serwonapędu, informacje wykorzystywane do diagnostyki i
monitoringu.
• Wykorzystywane są standardowe łącza szeregowe, takie jak
na przykład RS-232, RS-485, CAN. Nie ma jednak
standartowych protokołów komunikacyjnych, definiujących
znaczenie poszczególnych poleceń i komunikatów.
Cyfrowe przekazywanie sygnałów - wymagania
- izochroniczność przekazywanych sygnałów
- aktualność danych
- synchroniczność
- niezawodność i odporność na zakłócenia
elektromagnetyczne
- duŜa szybkość transmisji: przekazywanie
sygnałów zadanych i sprzęŜeń zwrotnych z
dokładnością minimum 16 bitów w czasie krótszym
niŜ 1 ms
+ Standaryzacja: moŜliwość współpracy modułów osi i układów
CNC róŜnych wytwórców.
+ MoŜliwa bardzo duŜa szybkość zmian sygnałów, ograniczona
praktycznie jedynie czasami przetwarzania wejściowych
przetworników A/C
- WraŜliwość na zakłócenia elektromagnetyczne, poziom
których w przypadku stosowania przekształtników jest wysoki.
- Ograniczona dokładność przesyłu informacji.
- W przypadku dominującej obecnie cyfrowej realizacji
wewnętrznych pętli sterowania konieczność stosowania
wejściowych przetworników A/C.
- Brak moŜliwości zmiany parametrów modułu osi przez układ
CNC
Cyfrowe przekazywanie sygnałów
• brak zjawisk zmiany właściwości
wynikających ze starzenia się elementów i
dryfu
• odporność na zakłócenia
• moŜliwość realizacji złoŜonych algorytmów
regulacyjnych: samonastrajających się,
układów odpornych i adaptacyjnych
Błędy regulacji zaleŜą od czasu
trwania cyklu komunikacji
Okrąg o
promieniu 10 mm
2
Błędy kształtu
Tryby komunikacji
•
•
•
•
•
•
Regulacja momentu
Regulacja prędkości
Regulacja połoŜenia
Interpolacja
Synchronizacja
Elektroniczna przekładnia
Model 1 – regulacja momentu
Modele komunikacji w układzie sterowania serwonapędu
Model 1:
Model 2:
Automatyzacja
Automatyzacja
Interpolacja
Interpolacja
Reg. połoŜenia
Reg. połoŜenia
Reg. prędkości
PołoŜenie
PołoŜenie
Interpolacja
Informacje
pomocnicze
Prędkość
zadana
PołoŜenie
zadane
Model 4:
Automatyzacja
Informacje
pomocnicze
Mf*
Vf*
Instrukcje
technologiczne
Reg. połoŜenia
Interpolacja
Reg. połoŜenia
Reg. prędkości
Reg. prędkości
Reg. prędkości
Reg. momentu
Reg. momentu
Reg. momentu
Moment
zadany
Reg. momentu
Model 3:
Automatyzacja
X1*
Poz
Pręd
M
M
.
.
.
Xn*
X1
V1
T1
Wymagania dotyczące synchronizmu i szybkości komunikacji
Wymagania dotyczące komunikacji między węzłami podporządkownymi
Model 2 – regulacja prędkości
Model 3 – regulacja połoŜenia
Mf*
Mf*
Vf*
Vf*
X1*
Poz
Pręd
M
.
.
.
Xn*
M
X1*
Poz
Pręd
M
M
.
.
.
X1
V1
T1
Xn*
X1
V1
T1
3
Ewolucja układów napędowych (1)
Ewolucja układów napędowych (2)
Struktura sieci Profibus
Specjalizowany profil napędowy sieci
Profibus - PROFIdrive
Ethernet/TCP/IP
Area
Controller
TCP/IP/Ethernet
• Bezpośrednia komunikacja
pomiędzy urządzeniami
podporządkowanymi
• Praca izochroniczna –
przekazywanie informacji w stałych
odstępach czasu
PC/VME
CNC
PROFIBUS-FMS
VME/PC
PLC
DCS
PROFIBUS-DP
PROFIBUS-PA
Consumer
Układ nadrzędny
(master)
komunikacja
Producer
Praca izochroniczna –
przekazywanie informacji w stałych
odstępach czasu
Cykl pracy magistrali Profibus - DP
Multicast
Consumer
poprzez
komunikat
adresowany
Consumer
Consumer
Bezpośrednia komunikacja
pomiędzy urządzeniami
podporządkowanymi
komunikacja poprzez komunikat rozgłoszeniowy
Napęd
wydawca
Napęd
abonent
Napęd
abonent
komunikacja między węzłami podporządkowanymi
Globalny
sygnał
synchronizacji
Dane od
poszczególnych
napędów
Kanały danych
asynchronicznych
Stały czas trwania cyklu – rzędu 1 ms
z dokładnością 1 µs
4
Sieć SERCOS - Interface
• SErial Real Time COmmunication System
• Sieć dedykowana dla zastosowań w układach
serwonapędowych – do komunikacji między
układem nadrzędnym CNC a modułami osi
• Dane przesyłane są miedzy układem CNC a
układami podporządkowanymi w postaci bloków
danych, tak zwanych telegramów, w ściśle
określonych chwilach.
• Nie występuje bezpośrednia wymiana informacji
między układami podporządkowanymi.
Struktura sieci SERCOS
Interface
Układ nadrzędny
(master)
Węzeł podrzędny
(slave)
Węzeł podrzędny
(slave)
Węzeł podrzędny
(slave)
Napęd
Napęd
Napęd
Połączenie CNC - napęd
Połączenie CNC - napęd
Połączenie CNC - napęd
5
Przesył telegramów w sieci SERCOS
Interface
Cyklicznie przekazywane dane
(przykład:
4 MBit/s, okres 1ms, 8 napędów)
Dane cykliczne Dane niecykliczne
Ramka Adres roz. Dane dla 1.
Dane dla x.
• Od sterowania do
kaŜdego napędu
Ramka
Telegram
synchronizacyjny
Telegramy od układów podrzędnych
0
Ramka Adres x
1000 t [µs]
Telegram od układu
nadrzędnego
x
1
Dane cykliczne Dane niecykliczne
– 32 bity wartości zadanej
(np. prędkość lub
połoŜenie)
– 16 bitów wartości
ograniczenia (np.
moment dopuszczalny)
• Od kaŜdego napędu do
sterowania
– 32 bity wartości
chwilowej (np. prędkość
lub połoŜenie)
– 16 bitów wartości
chwilowej (np. moment)
Ramka
Dodatkowo do 8 kB/s danych dla kaŜdego
napędu niecyklicznie
SERCOS 4 MHZ
1000
900
16 bytes
800
700
Okres pracy w
600
mikrosekundach
500
400
2 bytes
300
200
100
1
2
3
4
5
6
7
8
Ilość napędów
Elektroniczna
krzywka
6
Tablica definiująca elektroniczną krzywkę
Zamykanie kartonów – redukcja z 43 do 2
części
7