Palabras clave: tecnología de servoaccionamiento, motor lineal, controlador informático programable, control de movimiento
1 Introducción
La alta tecnología en la era de la información fluye hacia las industrias tradicionales. cambios profundos en este último. Como una de las industrias tradicionales, la industria de la maquinaria ha experimentado cambios cualitativos en la estructura de su producto y en la estructura del sistema de producción bajo el impacto de esta nueva revolución tecnológica. El rápido desarrollo de la microelectrónica y la tecnología de microcomputadoras ha combinado información e inteligencia con dispositivos mecánicos y equipos eléctricos, lo que ha llevado a la industria de la maquinaria a iniciar una revolución tecnológica mecatrónica a gran escala.
Con el desarrollo de la tecnología informática, la tecnología de energía electrónica y la tecnología de sensores, los productos mecatrónicos en los países avanzados están surgiendo uno tras otro. Máquinas herramienta, automóviles, instrumentos, electrodomésticos, maquinaria industrial ligera, maquinaria textil, maquinaria de embalaje, maquinaria de impresión, maquinaria metalúrgica, maquinaria química, robots industriales, robots inteligentes y muchos otros productos tienen nuevos desarrollos cada año. La tecnología mecatrónica ha recibido cada vez más atención en todos los aspectos y desempeña un papel muy importante en la mejora de la vida de las personas, la eficiencia del trabajo, el ahorro de energía, la reducción del consumo de materiales y la mejora de la competitividad corporativa.
Con el rápido desarrollo de la tecnología mecatrónica, la tecnología de control de movimiento, un componente clave de la misma, también ha logrado un desarrollo sin precedentes. Los fabricantes nacionales y extranjeros han lanzado sucesivamente nuevas tecnologías y productos en control de movimiento. Este artículo presenta principalmente varias nuevas tecnologías representativas, como la tecnología de servoaccionamiento de CA completamente cerrado, la tecnología de accionamiento de motor lineal, el controlador de computadora programable (PCC) y la tarjeta de control de movimiento.
2 Tecnología de servoaccionamiento de CA de circuito cerrado
En algunos productos mecatrónicos que requieren una alta precisión de posicionamiento o respuesta dinámica, los servosistemas de CA se utilizan cada vez más. Entre ellos se encuentran los servosistemas de CA digitales. Están más en línea con la tendencia del modo de control digital y son muy fáciles de depurar y usar, por lo que son muy populares. El controlador de este servosistema utiliza un procesador de señal digital avanzado (DSP), que puede muestrear la posición del codificador fotoeléctrico en el extremo posterior del eje del motor, formando un sistema de control de bucle cerrado de posición y velocidad entre el controlador y el motor, dando rienda suelta al cálculo de alta velocidad del DSP. Tiene la capacidad de completar automáticamente el ajuste de ganancia de todo el servosistema, e incluso puede rastrear los cambios de carga en tiempo real y ajustar la ganancia del sistema. Algunas unidades también tienen una función de transformada rápida de Fourier (FFT) que puede calcular el punto de vibración mecánica del dispositivo y eliminar la vibración mecánica mediante filtrado de muesca.
En términos generales, la mayor parte de este servosistema de CA digital funciona en un modo de control de bucle semicerrado, es decir, la retroalimentación del codificador en el servomotor es tanto un bucle de velocidad como un bucle de posición. Este método de control no puede superar ni compensar huecos y errores en la cadena de transmisión. Para obtener una mayor precisión de control, se deben instalar componentes de detección de alta precisión (como regla de rejilla, codificador fotoeléctrico, etc.) en la parte móvil final, es decir, se debe lograr un control de circuito cerrado completo. El método tradicional de control de bucle cerrado completo es que el servosistema solo acepta instrucciones de velocidad y completa el control del bucle de velocidad. El control del bucle de posición lo completa el controlador superior (este es el caso de la mayoría de los bucles completamente cerrados). máquinas herramienta CNC de bucle). Esto aumenta enormemente la dificultad del controlador superior y limita la promoción de los servosistemas. En la actualidad, han aparecido en el extranjero servosistemas digitales de circuito cerrado más completos y de mayor precisión, lo que facilita la realización de equipos de automatización de alta precisión. Su principio de control se muestra en la Figura 1.
Este sistema supera las deficiencias del sistema de control de circuito semicerrado mencionado anteriormente. El servoaccionamiento puede muestrear directamente los componentes de retroalimentación de posición (como escala de rejilla, escala magnética, codificador rotatorio, etc.) instalados en la última parte mecánica móvil como un bucle de posición, mientras que la retroalimentación del codificador en el motor solo sirve como un bucle de velocidad en esta vez. De esta manera, el servosistema puede eliminar los espacios existentes en la transmisión mecánica (como el espacio entre engranajes, el espacio en espiral), compensar los errores de fabricación de los componentes de la transmisión mecánica (como el error de paso) y lograr una verdadera posición de circuito cerrado completo. función de control y obtener una mayor precisión de posicionamiento.
Además, este tipo de control de circuito completamente cerrado lo completa el servocontrolador, lo que no aumenta la carga sobre el controlador superior. Por lo tanto, cada vez más industrias están comenzando a adoptar este servosistema en la transformación y desarrollo de sus equipos de automatización. .
3 Tecnología de accionamiento de motores lineales
La aplicación de motores lineales en servosistemas de alimentación de máquinas herramienta ha atraído la atención en la industria mundial de máquinas herramienta en los últimos años, y ha desencadenado un "desarrollo lineal". locura del motor" en las zonas industrializadas de Europa occidental. ".
En el sistema de alimentación de la máquina herramienta, la mayor diferencia entre el accionamiento directo de los motores lineales y el accionamiento original de los motores rotativos es que se elimina el enlace de transmisión mecánica del motor al banco de trabajo (arrastre), y la longitud de la cadena de transmisión de alimentación de la máquina herramienta se reduce a cero, por lo que este método de transmisión también se denomina "transmisión cero". Es precisamente gracias a este modo de "impulso cero" que aporta indicadores de rendimiento y ventajas que no se pueden lograr con el modo de accionamiento del motor giratorio original.
1. Respuesta de alta velocidad: dado que algunos componentes de transmisión mecánica con grandes constantes de tiempo de respuesta (como tornillos) se eliminan directamente del sistema, el rendimiento de respuesta dinámica de todo el sistema de control de circuito cerrado es enormemente alto. mejorado y la respuesta es extremadamente sensible y rápida.
2. El sistema de accionamiento lineal de precisión elimina los espacios de transmisión y los errores causados por mecanismos mecánicos como tornillos, y reduce los errores de seguimiento causados por el retraso en el sistema de transmisión durante la interpolación. Mediante el control de retroalimentación de la detección de posición lineal, se puede mejorar enormemente la precisión de posicionamiento de la máquina herramienta.
3. La alta rigidez dinámica debido a la "transmisión directa" evita el retraso del movimiento causado por la deformación elástica, la fricción y el desgaste, y el juego en los enlaces de transmisión intermedios durante los procesos de arranque, cambio y marcha atrás, y también mejora mejora la rigidez de su transmisión.
4. La velocidad es rápida y el proceso de aceleración y desaceleración es corto. Dado que los motores lineales se utilizaron por primera vez principalmente en trenes maglev (velocidades de hasta 500 km/h), por supuesto no se utilizan en accionamientos de avance de máquinas herramienta para alcanzar la velocidad máxima de avance para cortes de velocidad ultraalta (60 ~ 100 m/min). o superior). Debido a la capacidad de respuesta a alta velocidad del "propulsor cero" mencionado anteriormente, el proceso de aceleración y desaceleración se acorta considerablemente. Para lograr una alta velocidad instantánea al arrancar y una parada instantánea y precisa cuando se ejecuta a alta velocidad. Se puede obtener una mayor aceleración, que generalmente alcanza 2 ~ 10 g (g = 9,8 m/S2), mientras que la aceleración máxima de la transmisión por husillo de bolas es generalmente de solo 0,1 ~ 0,5 g.
5. no afectado por el límite. Conectando un motor lineal en serie al carril guía, la longitud de carrera se puede ampliar infinitamente.
6. Movimiento silencioso y poco ruido. Debido a que se elimina la fricción mecánica del tornillo de transmisión y otros componentes, el riel guía puede ser un riel guía rodante o un riel guía de suspensión de almohadilla magnética (sin contacto mecánico), por lo que el ruido durante el movimiento se reducirá considerablemente.
7. Alta eficiencia Dado que no hay enlaces de transmisión intermedios, se elimina la pérdida de energía durante la fricción mecánica y la eficiencia de la transmisión mejora considerablemente.
Los motores de accionamiento lineal se están desarrollando cada vez más rápido y han recibido una amplia atención en la industria del control de movimiento. En países extranjeros donde el control de movimiento industrial está relativamente desarrollado, se han promocionado y utilizado productos correspondientes. Entre ellos, los motores lineales de la serie PLATINNM DDL de Kollmorgen y los servoamplificadores digitales de la serie SERVOSTAR CD constituyen un típico servosistema lineal de imán permanente, que puede proporcionar una alta respuesta dinámica. Velocidad y aceleración, rigidez extremadamente alta, alta precisión de posicionamiento y movimiento suave y sin errores. La alemana Siemens, la japonesa Mitsui Seiki Co., Ltd. y la provincia de Taiwán Shangyin Technology Co., Ltd. también han comenzado a utilizar motores lineales en sus productos.
4 Tecnología de controlador programable por computadora
Desde la llegada del primer controlador lógico programable (PLC) en los Estados Unidos a fines de la década de 1960, la tecnología de control PLC ha pasado por 30 años. En el desarrollo, especialmente con el desarrollo de la tecnología informática y microelectrónica moderna, la tecnología de software y hardware ha estado muy lejos de la etapa embrionaria inicial de "control secuencial". El controlador informático programable (PCC) es una nueva generación de controladores programables que representa esta tendencia de desarrollo.
En comparación con el PLC tradicional, la característica más importante del PCC es el diseño de un sistema operativo multitarea de tiempo compartido y un software de aplicación diversificado similar al de una computadora central. Los PLC tradicionales utilizan principalmente programas de monitoreo o escaneo de reloj de tarea única para manejar las instrucciones de operación lógica del programa en sí y la recopilación de estado y actualización de los canales de E/S externos.
Este método de procesamiento hace que la "velocidad de control" del PLC dependa directamente del tamaño de la aplicación, lo que sin duda es contrario a los altos requisitos de control en tiempo real en el canal de E/S. El software del sistema PCC resuelve muy bien este problema. Utiliza un mecanismo multitarea de tiempo compartido para construir una plataforma en ejecución para su software de aplicación, de modo que el ciclo de ejecución de la aplicación no tiene nada que ver con la duración del programa, sino que está determinado por el ciclo del sistema operativo. Esto distingue el ciclo de escaneo del programa de aplicación del ciclo de control externo y cumple con los requisitos del control en tiempo real. Por supuesto, este ciclo de control puede modificarse arbitrariamente según los requisitos reales del usuario siempre que la potencia informática de la CPU lo permita.
Basado en este sistema operativo, el programa de aplicación de PCC consta de módulos multitarea, lo que aporta una gran comodidad al desarrollo de software de aplicación de proyectos de ingeniería. Porque es fácil escribir módulos de programa de control (tareas) de acuerdo con los diferentes requisitos funcionales de cada parte del proyecto de control, como control de movimiento, recopilación de datos, alarma, operación de ajuste PID, control de comunicación, etc. Estos módulos no sólo se ejecutan de forma independiente, sino que también mantienen una cierta correlación entre los datos. Una vez que estos módulos se compilan y depuran de forma independiente paso a paso, se pueden descargar a la CPU de la PCC y ejecutarlos en paralelo bajo la gestión de programación del sistema operativo multitarea para una implementación conjunta.
Las poderosas ventajas funcionales del PCC en el control industrial reflejan la tendencia de desarrollo de la integración tecnológica de controladores programables, computadoras de control industrial y DCS (sistemas de control industrial distribuido). Aunque todavía es una tecnología relativamente joven, muestra cada vez más su potencial de desarrollo en más y más campos de aplicación.
5 Tarjeta de control de movimiento
La tarjeta de control de movimiento es una unidad de control superior basada en PC industrial y se utiliza en diversas situaciones de control de movimiento (incluido desplazamiento, velocidad, aceleración, etc.) Sus principales razones para su aparición son: (1) Cumplir con los requisitos de estandarización, flexibilidad y apertura de los nuevos sistemas CNC (2) Participar en el desarrollo y transformación de sistemas de control automático para diversos equipos industriales (como maquinaria de embalaje); , maquinaria de impresión, etc.). ), equipos de defensa nacional (como sistemas de seguimiento y posicionamiento, etc.), equipos médicos inteligentes y otros equipos necesitan con urgencia una plataforma de hardware para módulos de control de movimiento (3) La amplia aplicación de PC en varios sitios industriales también impulsa el suministro de; tarjetas de control correspondientes para poder aprovechar al máximo las potentes funciones del PC.
Las tarjetas de control de movimiento suelen utilizar chips de control de movimiento profesionales o DSP de alta velocidad como núcleo del control de movimiento, y se utilizan principalmente para controlar motores paso a paso o servomotores. Generalmente, la tarjeta de control de movimiento y la PC forman una estructura de control maestro-esclavo: la PC es responsable de la gestión de la interfaz de interacción persona-computadora y del monitoreo en tiempo real del sistema de control (como la administración del teclado y el mouse, la visualización del estado del sistema, planificación de trayectorias de movimiento y envío de instrucciones de control, monitoreo de señales externas, etc., la tarjeta de control completa todos los detalles del control de movimiento (incluida la salida de señales de pulso y dirección, procesamiento de aceleración y desaceleración automática, detección); de señales como origen y límite, etc.). La tarjeta de control de movimiento está equipada con una biblioteca de funciones abiertas para que los usuarios desarrollen y construyan sus propios sistemas de control bajo plataformas DOS o Windows. Por lo tanto, esta tarjeta de control de movimiento de estructura abierta puede usarse ampliamente en diversos campos de la automatización de equipos de fabricación.
Este método de control de movimiento es relativamente popular en los sistemas de control de equipos de automatización extranjeros, y las tarjetas de control de movimiento también han formado una industria especializada independiente. Los productos representativos incluyen American PMAC, Parker y otras tarjetas de control de movimiento. Los productos correspondientes también han aparecido en China. Por ejemplo, las tarjetas de la serie DMC300 de Chengdu Stepper Electromechanical Co., Ltd. se han utilizado con éxito en equipos de automatización como máquinas punzonadoras CNC y bancos de pruebas de rendimiento de piezas de automóviles.
6 Conclusión
Con el rápido desarrollo de la tecnología informática y la tecnología microelectrónica, la tecnología de control de movimiento industrial continúa mejorando y han surgido muchas tecnologías avanzadas y prácticas, como el circuito completamente cerrado. Los sistemas de servoaccionamiento de CA, la tecnología de accionamiento de motores lineales, los controladores informáticos programables, las tarjetas de control de movimiento, etc., proporcionan medios eficientes para el desarrollo y la fabricación de equipos de automatización industrial. Esto también promoverá la mejora continua de la tecnología mecatrónica de mi país.