SIMATIC S7-1500T - Technologia Motion Control od strony praktycznej. Część 6

BAZOWANIE SYSTEMU

Rys. 1

Bazowaniem systemu pozycjonującego (tzw. homingiem) nazywamy określenie znanej relacji pomiędzy fizycznym układem mechanicznym a obiektem technologicznym w sterowniku. Wartość aktualnej pozycji zostaje przypisana do znacznika bazowania, który reprezentuje znaną pozycję mechaniczną. Bazowanie możemy zastosować w przypadku osi pozycjonującej, synchronicznej oraz dla zewnętrznego enkodera. Procedura musi zostać zrealizowana w przypadku zadań pozycjonowania absolutnego.

FUNKCJE INTERFEJSU UŻYTKOWNIKA

Opisana wstępnie w poprzedniej publikacji funkcja MC_Home ma szerokie możliwości w zakresie trybów bazowania układu.

MC_HOME

MC_Home jest funkcją tworzącą relację pomiędzy fizyczną pozycją osi a jej pozycją w programie sterownika. Ustawienie układu mechanicznego w określonej pozycji, a następnie wywołanie funkcji bazowania pozwoli precyzyjnie monitorować oraz pozycjonować układ z poziomu nadrzędnego systemu sterowania. Można również wymusić w pełni zautomatyzowane bazowanie systemu. W zależności od potrzeb danej aplikacji będziemy realizować odpowiedni tryb procedury.

Pozycjonowanie relatywne nie wymaga użycia funkcji MC_Home. W przypadku pozycjonowania absolutnego (o czym w dalszej części dokumentu) - system musi zostać wybazowany, aby zrealizowane mogły być funkcje pozycjonujące.

STATUS WYBAZOWANIA SYSTEMU

Rys. 2

Realizacja bazowania systemu może zostać wykonana na wiele sposobów, o czym w kolejnej sekcji. Każdy z algorytmów kończy się jednak tym samym efektem - obiekt technologiczny zyskuje status homed, czyli ustawiony zostaje bit statusowy, informujący, że system mechaniczny znajduje się w znanej pozycji z punktu widzenia obiektu technologicznego. Status można odczytać z panelu diagnostycznego osi z poziomu środowiska inżynierskiego TIA Portal lub przez słowo statusowe obiektu technologicznego.

Istotną kwestią jest świadomość, kiedy status homed zostaje skasowany. Poza tym, że możemy odczytać tę informację ze słowa statusowego, warto również wiedzieć, przy wystąpieniu jakich warunków system wyzeruje znaczący bit. Poniżej przedstawiamy wykaz zdarzeń pozbawiających obiekt technologiczny statusu wybazowania.

OBIEKT TECHNOLOGICZNY Z ENKODEREM INKREMENTALNYM:

• Wywołanie funkcji MC_Home w trybie 3, 5, 8 lub 10
• Zakończenie procedury bazowania (chwilowe skasowanie statusu)
• Błąd odczytu lub usterka enkodera
• Reset obiektu technologicznego
• Wyłączenie i ponowne uruchomienie zasilania CPU
• Skasowanie pamięci operacyjnej sterownika (memory reset)
• Zmiana konfiguracji enkodera

OBIEKT TECHNOLOGICZNY Z ENKODEREM ABSOLUTNYM:

• Błąd czujnika lub usterka enkodera
• Wymiana jednostki centralnej sterownika
• Zmiana konfiguracji enkodera
• Przywrócenie CPU do ustawień fabrycznych
• Wgranie innego programu do sterownika

METODY BAZOWANIA SYSTEMU

Rys. 3

W zależności od wymogów aplikacji oraz możliwości konstrukcyjnych urządzenia - bazowanie systemu możemy przeprowadzić w różnych trybach. Poniżej znajduje się podstawowy podział dostępnych procedur.

Bazowanie aktywne
Tryb, który spowoduje wywołanie procedury bazowania systemu (poprzez fizyczne przemieszczenie osi) zgodnie z konfiguracją pobraną z ustawień obiektu technologicznego.

Zainicjowanie procedury bazowania przez funkcję MC_Home spowoduje przejście osi w fazę dojeżdżania. Następnie po wykryciu znacznika bazowania system przejdzie w fazę homingu - przemieszczenie osi z określoną prędkością na pozycję zgodną z konfiguracją obiektu technologicznego.

Znacznikiem bazowania może być wewnętrzny znacznik zerowy enkodera i/lub impuls wejścia cyfrowego.

W środowisku TIA Portal każda z procedur bazowania przedstawiona jest w formie wykresu zależności prędkości od pozycji. Jest to wygodna oraz czytelna metoda odwzorowania procedury w formie graficznej.

Przykładowy algorytm bazowania aktywnego przedstawiono na rysunku 1.

Aktywując procedurę przez funkcję MC_Home, algorytm przechodzi w tryb poszukiwania (approach) sygnału referencyjnego. Ta faza trwa do momentu wykrycia odpowiedniego stanu wejścia binarnego, jeśli zostanie wykryte zbocze - aktywuje się tryb bazowania (homing). Powrót do stanu początkowego sygnału binarnego aktywuje zakończenie procedury bazowania.

Kierunek najazdu, poszukiwania znacznika oraz bazowania definiujemy dla wybranego trybu bazowania aktywnego przez adekwatne ustawienie kierunku pracy osi w danej fazie - pozytywny lub negatywny, czyli zgodny z przyrostem wartości pozycji lub jej zmniejszaniem.

Bazowanie pasywne
W przeciwieństwie do bazowania aktywnego - bazowanie pasywne nie powoduje fizycznego przemieszczenia osi. W tym trybie ruch osi inicjowany jest przez funkcje interfejsu użytkownika. Algorytm bazowania wywołany jest zgodnie z konfiguracją pobraną z ustawień obiektu technologicznego.

Zainicjowanie procedury bazowania przez funkcję MC_Home spowoduje przejście osi w fazę dojeżdżania (approach). W momencie wykrycia znacznika bazowania system wykona homing, czyli przypisanie odpowiedniej wartości pozycji (wynikającej z konfiguracji obiektu technologicznego oraz trybu bazowania) do pozycji aktualnej osi.

Znacznikiem bazowania może być wewnętrzny znacznik zerowy enkodera lub impuls wejścia cyfrowego.

Wywołanie bazowania pasywnego nie powoduje anulowania aktywnych komend zadanej prędkości lub pozycji w zakresie danej osi. Bazowanie pasywne może zostać zaaplikowane dla osi pozycjonującej lub synchronicznej z enkoderem inkrementalnym lub dla zewnętrznego enkodera inkrementalnego.

Bazowanie bezpośrednie - relatywne
Bazowanie bezpośrednie relatywne nie uwzględnia detekcji żadnych fizycznych znaczników bazowania. Aktywne zadania pozycjonowania lub prędkości nie są anulowane. Wykonanie funkcji MC_Home w trybie 1 spowoduje bezpośrednie dodanie wartości parametru Position do aktualnej pozycji obiektu technologicznego.

Funkcja może zostać zastosowana dla osi pozycjonującej lub synchronicznej z dowolnym typem enkodera lub dla dowolnego enkodera zewnętrznego.

Bazowanie bezpośrednie - absolutne
Bazowanie bezpośrednie absolutne nie uwzględnia detekcji żadnych fizycznych znaczników bazowania. Aktywne zadania pozycjonowania lub prędkości nie są anulowane. Wykonanie funkcji MC_Home w trybie 0 spowoduje bezpośrednie przepisanie wartości parametru Position do aktualnej pozycji obiektu technologicznego.

Funkcja może zostać zastosowana dla osi pozycjonującej lub synchronicznej z dowolnym typem enkodera lub dla dowolnego enkodera zewnętrznego.

Pozycja enkodera absolutnego
Bazowanie enkodera absolutnego odbywa się w dwóch trybach - podobnie jak opisany powyżej tryb bazowania bezpośredniego - relatywnym (pozycja aktualna zostaje przesunięta o wartość parametru Position) lub absolutnym (wartość parametru Position zostaje przypisana do pozycji aktualnej).

Różnica w stosunku do bazowania bezpośredniego polega na tym, że wyliczone przesunięcie aktualnej pozycji absolutnej zostaje zapisane w nieulotnej pamięci sterownika. Funkcja może zostać zastosowana dla osi pozycjonującej lub synchronicznej z enkoderem absolutnym albo dla zewnętrznego enkodera absolutnego.

POZYCJONOWANIE ABSOLUTNE

Rys. 4

W poprzedniej publikacji dowiedzieliśmy się już, jak działa mechanizm pozycjonowania relatywnego, gdzie określaliśmy o jaką liczbę jednostek odległości chcemy przemieścić nasz obiekt technologiczny. W przypadku pozycjonowania absolutnego zamiast określać odległość przejazdu - wskażemy systemowi bezpośrednio, na jaką pozycję oś ma zostać przemieszczona.

WARUNKI DOPUSZCZAJĄCE

Aby można było zrealizować funkcję pozycjonowania absolutnego, należy spełnić podstawowe kryteria technologiczne. Przede wszystkim należy utworzyć odpowiedni obiekt technologiczny oraz wykonać jego parametryzację (co zostało opisane w poprzedniej publikacji). Pozycjonowanie absolutne zastosowane może zostać dla osi pozycjonującej lub synchronicznej. Kolejnym krokiem jest wywołanie odpowiednich funkcji podstawowych interfejsu użytkownika w celu aktywacji osi - również zgodnie z opisem z poprzedniego dokumentu. Dodatkowo (w przeciwieństwie do funkcji pozycjonowania relatywnego), aby pozycjonowanie absolutne było możliwe system musi zostać wybazowany, czyli status homed obiektu technologicznego musi mieć wartość 1 - zgodnie z opisem z poprzedniej sekcji. Metoda bazowania, jaką zastosujemy, nie ma znaczenia z punktu widzenia obiektu technologicznego.

FUNKCJE UŻYTKOWNIKA

Opisane przy konfiguracji osi prędkościowej funkcje MC_Power, MC_Reset oraz MC_Halt znajdują również analogiczne zastosowanie w przypadku osi pozycjonującej. Dodatkowo pojawia się nam tutaj funkcja służąca do bazowania systemu.

Pozycjonowanie absolutne realizowane jest przez systemową funkcję Motion Control - MC_MoveAbsolute. Funkcja dostępna jest bezpośrednio z biblioteki systemowej środowiska TIA Portal i jest zgodna ze specyfikacją standardu PLCOpen.

PRZYKŁADY APLIKACJI

Zastosowanie pozycjonowania absolutnego jest bardzo szerokie. Wszędzie tam, gdzie pozycja układu względem początkowego punktu odniesienia powinna być stale znana - łatwo będzie nam wydawać komendy przejazdu z uwzględnieniem jedynie pozycji docelowej. Daje to również dużą swobodę w dynamicznym zadawaniu pozycji, na którą chcemy przemieścić oś (np. z poziomu HMI). Przykładem mogą być paletyzatory, przenośniki, bramy, suwnice, urządzenia drukujące, pakujące lub napełniające.

Zapraszamy do lektury październikowego wydania magazynu, gdzie zamieszczony zostanie kolejny materiał z cyklu SIMATIC Motion Control. Zajmiemy się w nim wprowadzeniem w podstawy teoretyczne sterowania wieloosiowego oraz omówimy od strony praktycznej zadanie synchronizacji prędkościowej osi, a także zagadnień z nim związanych.

Siemens
www.automatyka.siemens.pl