Sposoby sterowania serwonapędem Junma Pulse za pomocą sterownika PLC
Serwonapęd Junma Pulse
OMRON
Postępująca miniaturyzacja powoduje, że producenci zobowiązani są do dostarczania urządzeń wykonawczych, które są w stanie wykonywać przemieszczenia o bardzo małych wartościach, w dodatku z bardzo dużą precyzją. Urządzenia wykonawcze, które są w stanie spełniać takie wymagania, to serwonapędy, przy czym najbardziej precyzyjne urządzenia tego typu to serwonapędy elektryczne. W artykule zostanie przedstawiony sposób uruchomienia i sterowania serwonapędu Junma Pulse [1] za pomocą sterownika CJ1M-CPU21.
Zobacz także
AUTOMATION TECHNOLOGY Sp. z o.o. Automation Technology – nowy gracz na rynku
Automation Technology prężnie działa w obszarach energetyki, automatyki przemysłowej oraz robotyki.
Automation Technology prężnie działa w obszarach energetyki, automatyki przemysłowej oraz robotyki.
mgr inż. Dominik Trojnicz, dr hab. inż. Marcin Habrych, mgr inż. Justyna Herlender Wymagania stawiane automatyce zabezpieczeniowej i regulacyjnej inwerterów typu A
Obecny bardzo gwałtowny rozwój fotowoltaiki – nie tylko w Polsce, ale na całym terenie Unii Europejskiej (UE) – niesie za sobą dużo zalet, takich jak pozyskiwanie energii z praktycznie nieskończonej energii...
Obecny bardzo gwałtowny rozwój fotowoltaiki – nie tylko w Polsce, ale na całym terenie Unii Europejskiej (UE) – niesie za sobą dużo zalet, takich jak pozyskiwanie energii z praktycznie nieskończonej energii słonecznej oraz brak emisji szkodliwych gazów, co przyczynia się do redukcji emisji gazów cieplarnianych i zmniejszenia negatywnego wpływu na środowisko. Przyłączenie dużej liczby odnawialnych źródeł energii (OZE) nie pozostaje jednak bez wpływu na sieci elektroenergetyczne.
dr hab. inż. Marcin Habrych, mgr inż. Karol Świerczyński, dr inż. Bartosz Brusiłowicz Wymagania techniczne stawiane generacji rozproszonej w aspekcie elektroenergetycznej automatyki zabezpieczeniowej (część 2.)
Odpowiedzią na wymagania stawiane przez Kodeks Sieciowy jest opracowanie przez Polskie Towarzystwo Przesyłu i Rozdziału Energii Elektrycznej (PTPiREE) na zlecenie Polskich Sieci Elektroenergetycznych (PSE)...
Odpowiedzią na wymagania stawiane przez Kodeks Sieciowy jest opracowanie przez Polskie Towarzystwo Przesyłu i Rozdziału Energii Elektrycznej (PTPiREE) na zlecenie Polskich Sieci Elektroenergetycznych (PSE) „Wymogów ogólnego stosowania wynikających z Rozporządzenia Komisji (UE) 2016/631 z dnia 14 kwietnia 2016 r., ustanawiającego Kodeks Sieci dotyczący wymogów w zakresie przyłączenia jednostek wytwórczych do sieci (NC RfG)” [4], opublikowanych w roku 2018.
Współpraca serwonapędu Junma Pulse ze sterownikiem CJ1M-CPU21
Rysunek 1. [1] przedstawia przykładową konfigurację serwonapędu Junma Pulse. W jego skład wchodzą:
- serwomotor Junma,
- serwosterownik Junma sterowany impulsowo,
- kabel zasilania,
- kabel enkodera,
- kabel sterowania,
- listwy zaciskowe sterownika ogólnego przeznaczenia (z wyjściem impulsowym),
- filtr,
- moduł hamujący (opcjonalny).
Serwonapęd Junma Pulse charakteryzuje się zwartą budową i małymi wymiarami (serwosterownik 35×120×140 mm i serwomotor 40×40×120 mm). Rozdzielczość pozycjonowania serwonapędu Junma Pulse wynosi do 8196 skoków na jeden obrót. Dużą zaletą serwonapędu Junma Pulse jest możliwość wytworzenia i utrzymania 300% momentu znamionowego przez trzy sekundy. Największą jednak zaletą serwonapędów serii Junma jest to, że są to pierwsze na świecie serwonapędy niewymagające dostrajania [2]. Dzięki temu czas montażu i uruchomienia skraca się do minimum. Jedynymi parametrami, które należy ustawić, są: wybór typu i częstotliwości impulsów wejściowych za pomocą przełącznika PULSE oraz wybór jednego z ośmiu poziomów filtracji za pomocą przełącznika FIL. Oba przełączniki znajdują się na przednim panelu serwosterownika Junma i zostały zaznaczone na rysunku 4., podobnie jak pozostałe elementy składowe [1].
Rozpoczęcie pracy z serwonapędem Junma polega na podłączeniu do serwosterownika serwomotoru z wbudowanym enkoderem, a następnie połączenie serwosterownika ze sterownikiem PLC. Podłączenie serwomotoru oraz enkodera do serwosterownika Junma jest bardzo proste i polega na podłączeniu kabla enkodera do gniazda CN2, a kabla zasilającego serwomotor do gniazda CNB. Do zacisków L1 i L2 gniazda CNA należy doprowadzić zasilanie 230 V ac, natomiast do zacisków „+” i „–” gniazda CNA należy podłączyć moduł hamujący, który jest opcjonalnym rozwiązaniem, przydatnym, gdy energia hamowania jest duża. Podłączenie tych wszystkich przewodów nie powinno być problemem pod warunkiem, że zostaną użyte przewody oferowane przez firmę Omron. Sposób wykonania tych przewodów uniemożliwia podłączenie ich inaczej niż powinny być podłączone. Jedynie połączenie serwosterownika Junma ze sterownikiem PLC może sprawić pewne trudności. Kabel 5 zaznaczony na rysunku 1. posiada czternaście przewodów, których opis został przedstawiony w tabeli 1.
Serwosterownik Junma posiada osiem wejść i sześć wyjść. Sposób podłączenia serwosterownika do sterownika PLC jest ściśle związany z rodzajem wyjść sterownika PLC oraz z wybranym sposobem sterowania serwonapędem. W artykule przedstawiono sposób podłączenia serwosterownika Junma do sterownika PLC z wyjściami tranzystorowymi NPN typu open-collector, z funkcją sterowania CW/CCW (clockwise/counterclockwise) i CLR (clear) (tab. 1.).
Na rysunku 6. został przedstawiony przykładowy sposób podłączenia wejść i wyjść serwosterownika Junma do sterownika PLC, np. typu CJ1MCPU21. Należy pamiętać, że prąd wejściowy (i) powinien mieścić się w zakresie od 7 do 15 mA i tak, na przykład rezystory R1÷R3 mogą wynosić dla napięcia zasilania:
- Vcc=24 V dc – 2,2 kΩ,
- Vcc=12 V dc – 1 kΩ,
- Vcc=5 V dc – 180 Ω.
Sposoby sterowania serwonapędem Jumna Pulse
Serwonapęd Junma Pulse może być sterowany albo za pomocą sterownika PLC ogólnego przeznaczenia z wyjściem impulsowym, albo za pomocą sterownika PLC z dodatkowym modułem rozszerzającym przeznaczonym do tego celu. W artykule przedstawiono sposób sterowania serwonapędem Junma Pulse za pomocą sterownika PLC typu CJ1M-CPU21 z wyjściem impulsowym. W sterownikach PLC typu CJ1/CS1 firmy Omron dostępnych jest sześć bloków funkcyjnych, które w zależności od potrzeb można wykorzystać do sterowania serwonapędem Junma Pulse. Bloki funkcyjne (instrukcje), które można wykorzystać do sterowania serwonapędem Junma Pulse, to: SPED(885), PULS(886), PLS2(887), ACC(888), ORG(889) oraz INI(880).
Instrukcja SPED (885), pokazana na rysunku 5., używana jest do ustawienia częstotliwości impulsów wyjściowych i jednocześnie do rozpoczęcia generowania impulsów [3].
W tej instrukcji nie ma możliwości ustawienia przyspieszenia i opóźnienia w generowaniu impulsów. Instrukcja SPED(885) może być wykonywana w trybie ciągłym lub niezależnym. Instrukcja SPED(885), pracując w trybie ciągłym, służy do sterowania prędkością obrotową serwomotoru Junma, natomiast pracując w trybie niezależnym – do sterowania pozycją serwomotoru Junma. Gdy instrukcja SPED(885) zostanie ustawiona do pracy w trybie ciągłym, impulsy są generowane dopóty, dopóki generowanie impulsów nie zostanie zatrzymane programowo. Gdy instrukcja SPED(885) zostanie ustawiona do pracy w trybie niezależnym, to instrukcja SPED(885) musi być poprzedzona instrukcją PULS(886) i impulsy są generowane dopóty, dopóki określona liczba impulsów ustawiona za pomocą instrukcji PULS(886) nie zostanie wygenerowana.
Konfiguracje bloku funkcyjnego SPED(885) rozpoczyna się od określenia parametru P, który odpowiada za wybór wyjścia impulsowego. Wpisanie 0000 hex oznacza wyjście impulsowe 0, natomiast wpisanie 0001 hex oznacza wyjście impulsowe 1. W parametrze M należy dokonać ustawień, które określają sposób generowania impulsów wyjściowych. Sposób ustawienia parametru M został pokazany na rysunku 2. [3].
Wpisanie np. 0001 hex będzie oznaczać wybranie funkcji sterowania CW/CCW z kierunkiem obrotów CW (clockwise) oraz impulsy będą generowane w trybie niezależnym. Parametr F (rys. 4.) określa częstotliwość generowania impulsów, których zakres wynosi 0 - 100 kHz. Ustawienie parametru F polega na podaniu adresu pamięci, w którym będzie określona żądana częstotliwość generowania impulsów. Należy jednak pamiętać, że podanieadresu rejestru, w którym będzie określona żądana częstotliwość generowania impulsów, automatycznie spowoduje zarezerwowanie kolejnego rejestru. Powód takiej sytuacji jest prosty. Sterownik CJ1M-CPU21 posiada 16-bitową pamięć, więc do zadeklarowania liczby większej niż 65535 potrzebne są dwa rejestry. Rejestr określony w F jest mniej znaczącym rejestrem, natomiast F+1 jest bardziej znaczącym rejestrem. Chcąc zadeklarować częstotliwość 75 kHz, należy w komórce pamięci określonej w F wpisać 24F8 hex, a w F+1 – 0001 hex. Na rysunku 3. [3] zaprezentowano przykładowy sposób wykonania instrukcji SPED(885).
Instrukcja PULS(886) pokazana na rysunku 7. używana jest do określenia liczby impulsów, które mają być wygenerowane w dalszej części programu za pomocą instrukcji SPED(885) lub ACC(888) [3].
Konfigurację bloku funkcyjnego PULS(886) rozpoczyna się od określenia parametru P, który odpowiada za wybór wyjścia impulsowego. Wpisanie 0000 hex oznacza wyjście impulsowe 0, natomiast wpisanie 0001 hex oznacza wyjście impulsowe 1. W parametrze T należy wybrać sposób generowania impulsów. Wpisanie 0000 hex oznacza względny sposób generowania impulsów, natomiast wpisanie 0001 hex oznacza bezwzględny sposób generowania impulsów. Gdy instrukcja PULS(886) zostanie ustawiona do pracy w trybie względnym, to instrukcja PULS(886) decyduje tylko o liczbie impulsów, które mają być wygenerowane, natomiast ustawienie instrukcji PULS(886) w bezwzględnym trybie pracy spowoduje, że instrukcja PULS(886) decyduje: o liczbie impulsów, które mają być wygenerowane, oraz o kierunku obrotów. Oznacza to, że kierunek obrotów wybrany w SPED(885) zostanie zignorowany. Jeżeli instrukcja PULS(886) została ustawiona do pracy w trybie bezwzględnym, to instrukcja PULS(886) musi być poprzedzona instrukcją INI(880). Parametr N określa liczbę impulsów, a zakres zależy od wybranego tryby pracy i tak, dla względnego trybu pracy wynosi od 0 do 2147483647, natomiast dla bezwzględnego trybu pracy wynosi od -2147483648 do 2147483647. Zasada ustawienia parametru N jest taka sama jak dla instrukcji SPED(885) i polega na podaniu adresu pamięci, w którym będzie określona liczba impulsów, które mają być wygenerowane. Dla trybu względnego rzeczywista liczba impulsów, jaka zostanie wygenerowana, równa jest liczbie wpisanej pod adresem podanym w parametrze N, natomiast dla trybu bezwzględnego rzeczywista liczba impulsów równa jest liczbie wpisanej pod adresem podanym w parametrze N, pomniejszonej o liczbę PV wpisaną pod adresem zadeklarowanym w parametrze NV instrukcji INI(880).
Instrukcja ACC(888) pokazana na rysunku 8. ma takie same zastosowanie jak instrukcja SPED(885), z tym że dodatkowo istnieje możliwość ustawienia przyspieszenia i opóźnienia, przy czym wartość przyspieszenia jest równa wartości opóźnienia [3].
Konfiguracja parametrów P i M jest taka sama jak dla instrukcji SPED(885). W parametrze S podobnie jak w instrukcji SPED(885) także należy podać adres pamięci. Różnica polega na tym, że instrukcja ACC(888) rezerwuje adres wskazany w parametrze S oraz kolejne dwa rejestry, a nie jeden rejestr jak w przypadku SPED(885). Pod adresem wskazanym w parametrze S należy określić wartość przyspieszenia/opóźnienia, których zakres wynosi od 1 do 2 kHz. Pod adresem S+1 i S+2 należy określić częstotliwość docelową generowania impulsów, której zakres wynosi od 0 do 100 kHz. Należy pamiętać, że prędkość obrotowa zwiększa/zmniejsza się o wartość podaną w S co 4 ms. Na rysunku 9. pokazano przykładowe wykonanie instrukcji ACC(887) [3].
Najbardziej zaawansowanym blokiem funkcyjnym umożliwiającym sterowanie serwonapędem Junma jest blok funkcyjny PLS2(887), który został przedstawiony na rysunku 10. [3]. PLS2(887) jako jedyna instrukcja z wszystkich wymienionych umożliwia jednoczesne ustawienie wszystkich parametrów potrzebnych do wysterowania serwonapędu Junma i rozpoczęcie generowania impulsów bez konieczności jednoczesnego używania innych instrukcji, a w dodatku instrukcja PLS2(887) umożliwia określenie przyspieszenia i opóźnienia, przy czym wartości przyspieszenia/opóźnienia mogą być różne. Konfiguracje rozpoczyna się standardowo, od wyboru wyjścia impulsowego. Wybiera się je dokładnie tak samo jak w przypadku wcześniej opisanych instrukcji. Ustawienie parametru M jest identyczne jak dla instrukcji SPED(885) (rys. 11.) [3]. Jedyna różnica to tryb pracy. Tryby pracy, w jakich może pracować instrukcja PLS2(887), są takie same jak tryby pracy dla instrukcji PULS(886) i różnica między nimi została wyjaśniona przy okazji omawiania instrukcji PULS(886). W parametrze S należy, podobnie jak dla innych instrukcji, podać adres pamięci. Różnica polega na tym, że instrukcja PLS2(887) rezerwuje adres podany w S oraz pięć kolejnych rejestrów. Pod adresem wskazanym w parametrze S należy określić wartość przyspieszenia, natomiast wartość opóźnienia należy określić pod adresem S+1. Zakres wartości przyspieszenia/opóźnienia wynosi od 1 do 2 kHz. Należy pamiętać, że prędkość obrotowa zwiększa się o wartość podaną w S i zmniejsza się o wartość podaną w S+1 co 4 ms.
Pod adresem S+2 i S+3 należy określić częstotliwość docelową generowania impulsów, której zakres wynosi od 0 do 100 kHz. Pod adresem S+4 i S+5 należy określić liczbę impulsów, które mają zostać wygenerowane. Nie wolno jednak zapomnieć, że zakres liczby generowanych impulsów zależy od trybu pracy, w jaki została ustawiona instrukcja PLS2(887). Szczegółowo zostało to opisane przy opisywaniu instrukcji PULS(886). W parametrze F należy podać tak jak w parametrze S adres obszaru pamięci. Instrukcja PLS2(887) rezerwuje adres podany w F oraz jeden kolejny rejestr. Pod adresem podanym w F i F+1 należy określić częstotliwość startową z zakresu od 0 do 100 kHz. Na rysunku 12. został przedstawiony przykład wykonania instrukcji PLS2(887) [3].
Podsumowanie
W przedstawionym artykule podano podstawowe zagadnienia dotyczące sposobów sterowania serwonapędem Jumna Pulse z wykorzystaniem sterownika PLC typu CJ1M-CPU2x. Podane zagadnienia mają na celu przybliżenie najważniejszych zagadnień użytkownikom zajmującym się programowaniem bądź diagnostyką sterowników PLC (w tym artykule sterownika PLC typu CJ1M-CPU21 w połączeniu z serwonapędem Jumna Pulse). Opisane instrukcje sterownika PLC pokazują, że stosowanie zaawansowanych napędów serwo od strony programowania PLC jest proste i łatwe. Aplikacja serwonapędów daje znaczną poprawę dokładności pozycjonowania i dynamikę nieporównywalnie lepszą w porównaniu z rozwiązaniami opartymi na przemiennikach częstotliwości i silnikach AC.
Literatura
- Omron, serwonapęd serii JUNMA, wersja elektroniczna KPP_Junma_01_PL.pdf
- http://industrial.omron.pl/pl/products/...
- Omron, CJ-series Built-in I/O CJ1M-CPU21/22/23, CJ1M CPU Units, OperationManual, wersja elektroniczna W395-E1-05+CJ1M+CPU+Operation_Manual.pdf