|内部机器：运动控制可以更快地移动培根
机器人技术 2020-02-28 12:07www.robotxin.com机器人技术
导语 案例研究：当PLC无法快速移动培根时，请考虑使用专用的控制器。
当新西兰的食品切片机制造商需要从其培根切片机设计中获得更多性能时，它从使用可编程逻辑控制器（PLC）进行全机控制转换为将小型PLC与运动控制器相结合的分布式布局。评估中央控制和分布式控制之间的权衡是机器设计人员的常见做法。集中控制架构是否有效取决于应用程序对确定性的要求，以及绝对可预测和及时响应刺激的需求。确定性系统产生可重复的结果; 相同的条件和时间导致从机器周期到机器周期的相同响应。
对于通过确定性控制的非常高速的过程，控制器需要能够在少于过程分配的时间内评估其输入并做出适当的响应。由于对更高生产率的需求驱使机器运行得更快，过去的时间余量可能不再允许及时完成必要的控制回路，并且系统将无法按预期运行。
这是新西兰尼尔森泰坦切片有限公司遇到的问题。该公司需要提高其Titan 500培根切片机（图1）的切割速度，每分钟生产1600片，但控制所有机器功能的PLC无法跟上。挑战不在于切割原始培根板，而在于控制板坯如何进入切片机。为了确保包装中初始切片的尺寸与其他切片的尺寸一致，必须在恰当的时间将培根板送入切片刀片。太快或太晚会产生太厚或太薄的初始切片，这正是PLC所具有的问题。
为了解决这个问题，Titan Slicer的管理人员召集了一位经验丰富的控制商，罗托鲁瓦的Tui Technology和新西兰的Whangarei。Tui的工程师Malcolm Jones过去曾与运动控制器合作过，并使用专用运动控制器为培根切片机提出了一种新的控制系统设计（见图2）。在新设计中使用了PLC，但用于时间要求较低的功能，例如为叶片电机发出开/关控制。运动控制器被编程为使用来自的编码器反馈进行闭环位置控制，该编码器反馈将培根板移动到切割刀片中。运动控制器向伺服驱动器发送+/- 10 V模拟输出，以移动培根板。双向运动控制是重要的，以便当旋转刀片不在用于切割新培根包的第一片时的正确位置时，培根可以从切割位置移回。
请注意，刀片不是圆形的，而是成形为在培根在其下移动时切片培根（参见图3）。不同版本的机器通过皮带上方和下方的皮带或通过下部皮带和抓住平板后端的夹具移动培根板。为了使运动控制器能够跟踪转动叶片的速度和角度位置，运动控制器连接到安装在叶片马达上的第二编码器作为参考。
运动控制器的快速循环时间允许切割操作产生可重复的结果。在1600转/分时，有一个38毫秒的时间窗口，用于决定培根板是否向前移动以设置下一次切割或向后移动以清除刀片。运行高级齿轮移动指令的运动控制器中的1 ms循环时间可实现可重复且准确的切片厚度。高级齿轮移动只是运动控制器支持的众多齿轮传动功能之一。当一个轴（从轴）必须相对于主轴逐渐地和成比例地移动时使用齿轮传动，这通常是另一个轴的位置或速度。虽然可以在主站和从站之间建立简单的线性关系（使用运动控制器的齿轮绝对功能），但是先进的齿轮移动操作允许用户编程主站和从站之间的非线性关系。例如，图4示出了高级齿轮移动操作，其中从属的运动使用五阶多项式方程来规定。大多数运动控制器更简单的齿轮传动命令允许设计人员在编程运动步骤时通过指定分子和分母来选择要使用的精确齿轮比。
“要明确的是，在PLC控制的解决方案中，在包装中间实现均匀的培根切片宽度不会成为问题，”Malcolm Jones说。运动控制器“在第一片的控制下为自己付出代价，以满足我们的关键设计目标。”
除了带有单切刀片的机器外，Titan还提供更高速的双刀片版本，其中刀片以相反的方向旋转。双轨道驱动的原因是允许非常脆弱或温暖的产品快速切片。在此切片机版本中，每个电机驱动器都有0-10 V速度命令，单独的头编码器提供反馈以指示每个刀片的位置。与单刀片版本一样，当刀片转动时，培根板会前进或拉回，以防止不完整的切片。
为了对动作进行编程和调整，Malcolm Jones使用了运动控制软件，其中包括一个绘图管理器，可显示关键运动参数与时间的趋势或捕获图。图4是绘图管理器生成的绘图，显示了高级齿轮移动指令的操作。运动控制软件还包括一个调整向导，可以快速轻松地设置控制回路参数增益，以优化运动。
使用软件工具，“我能够证明系统有足够的时间余量来处理更高的切割速度，”琼斯说。
培根切片机是一种典型的设计实例，需要密切注意循环时间以确保所需的结果。在开发这样的机器时，选择被优化用于执行具有确定性的闭环控制的组件是值得的。
对于通过确定性控制的非常高速的过程，控制器需要能够在少于过程分配的时间内评估其输入并做出适当的响应。由于对更高生产率的需求驱使机器运行得更快，过去的时间余量可能不再允许及时完成必要的控制回路，并且系统将无法按预期运行。
请注意，刀片不是圆形的，而是成形为在培根在其下移动时切片培根（参见图3）。不同版本的机器通过皮带上方和下方的皮带或通过下部皮带和抓住平板后端的夹具移动培根板。为了使运动控制器能够跟踪转动叶片的速度和角度位置，运动控制器连接到安装在叶片马达上的第二编码器作为参考。
除了带有单切刀片的机器外，Titan还提供更高速的双刀片版本，其中刀片以相反的方向旋转。双轨道驱动的原因是允许非常脆弱或温暖的产品快速切片。在此切片机版本中，每个电机驱动器都有0-10 V速度命令，单独的头编码器提供反馈以指示每个刀片的位置。与单刀片版本一样，当刀片转动时，培根板会前进或拉回，以防止不完整的切片。
为了对动作进行编程和调整，Malcolm Jones使用了运动控制软件，其中包括一个绘图管理器，可显示关键运动参数与时间的趋势或捕获图。图4是绘图管理器生成的绘图，显示了高级齿轮移动指令的操作。运动控制软件还包括一个调整向导，可以快速轻松地设置控制回路参数增益，以优化运动。
使用软件工具，“我能够证明系统有足够的时间余量来处理更高的切割速度，”琼斯说。
培根切片机是一种典型的设计实例，需要密切注意循环时间以确保所需的结果。在开发这样的机器时，选择被优化用于执行具有确定性的闭环控制的组件是值得的。
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