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#Tendances produits
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Les bases du contrôle des impulsions pour le contrôle des mouvements
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Pour les machines automatiques qui ne nécessitent que deux ou trois axes d'actionneurs électriques, les sorties d'impulsion peuvent être la solution la plus simple.
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L'utilisation des sorties d'impulsions d'un automate programmable est un moyen rentable d'obtenir des mouvements simples. La plupart, sinon tous les fabricants d'API proposent un moyen de contrôler les servomoteurs et les steppers à l'aide d'un signal de train d'impulsions. Ainsi, lorsqu'une machine simple doit être automatisée sur seulement deux ou trois axes sur des actionneurs électriques, les sorties d'impulsions peuvent être beaucoup plus faciles à configurer, à câbler et à programmer qu'en utilisant des signaux analogiques. Cela peut également être moins coûteux que l'utilisation de mouvements en réseau comme Ethernet /IP.
Examinons donc la commande d'un moteur pas à pas ou d'un servo avec un pilote ou un amplificateur entre le contrôleur et le moteur, en mettant l'accent sur les signaux d'impulsion utilisés par le contrôleur ou l'indexeur.
Les bases du train d'impulsions
Les moteurs pas à pas et les versions à commande par impulsions des servomoteurs peuvent tourner dans les deux sens. Cela signifie qu'un contrôleur doit fournir, au minimum, deux signaux de commande à l'entraînement. Il y a deux façons de fournir ces signaux, et différents fabricants les appellent différemment. Il y a deux façons courantes de se référer aux deux schémas de signaux de commande que vous utilisez : le "mode 1P", également appelé "mode pas à pas/directionnel", et le "mode 2P", appelé "mode CW/CCW" ou mode sens horaire/ sens antihoraire. Les deux modes nécessitent deux signaux de commande du contrôleur vers le lecteur.
En mode 1P, un signal de commande est un train d'impulsions ou un signal "pas à pas". L'autre signal est une entrée directionnelle. Si l'entrée directionnelle est activée et qu'un signal pulsé est présent sur l'entrée pas à pas, le moteur tourne dans le sens des aiguilles d'une montre. Inversement, si le signal de direction est désactivé et qu'un signal pulsé est présent sur l'entrée de pas, le moteur tourne dans l'autre sens, ou dans le sens inverse des aiguilles d'une montre. Le train d'impulsions est toujours sur la même entrée, quel que soit le sens souhaité.
En mode 2P, les deux signaux sont un train d'impulsions. Une seule entrée à la fois aura une fréquence, donc si le train d'impulsions CW est présent, le moteur tourne CW. Si le train d'impulsions CCW est présent, le moteur tourne en CCW. L'entrée qui reçoit le train d'impulsions dépend de la direction souhaitée.
Les impulsions émises par le contrôleur font bouger le moteur. Le moteur fait tourner une unité incrémentielle pour chaque impulsion sur l'entrée d'impulsion du contrôleur. Par exemple, si un moteur pas à pas biphasé a 200 impulsions par tour (ppr), alors une impulsion fait tourner le moteur de 1/200 de tour ou 1,8 degrés, et 200 impulsions feront tourner le moteur d'un tour.
Bien sûr, des moteurs différents ont des résolutions différentes. Les moteurs pas à pas peuvent être micropassées, ce qui leur donne plusieurs milliers d'impulsions par tour. De plus, les servomoteurs ont généralement une résolution minimale de plusieurs milliers d'impulsions par tour. Quelle que soit la résolution du moteur, une impulsion du contrôleur ou de l'indexeur le fait tourner d'une seule unité incrémentale.
La vitesse à laquelle un moteur tourne dépend de la fréquence ou de la vitesse des impulsions. Plus les impulsions sont rapides, plus le moteur tourne vite. Dans l'exemple ci-dessus, avec un moteur qui a 200 ppr, une fréquence de 200 impulsions par seconde (pps) ferait tourner le moteur à une rotation par seconde (rps) ou 60 rotations par minute (rpm). Plus le nombre d'impulsions nécessaires pour faire tourner le moteur d'un tour (ppr) est élevé, plus les impulsions doivent être envoyées rapidement pour obtenir la même vitesse. Par exemple, un moteur de 1 000 tours par seconde doit avoir une fréquence d'impulsion aussi élevée qu'un moteur de 200 tours par minute pour atteindre la même vitesse. Le calcul est assez simple :
rps = pps/ppr (rotations par seconde = impulsions par seconde/impulsions par rotation)
rpm = rps(60)
Contrôler les impulsions
La plupart des contrôleurs disposent d'une méthode pour déterminer si le moteur doit tourner en sens horaire ou en sens anti-horaire et contrôlent les signaux de manière appropriée. En d'autres termes, le programmeur n'a normalement pas besoin de déterminer quelles sorties doivent être activées. Par exemple, de nombreux automates ont des fonctions de contrôle du mouvement à l'aide d'un signal d'impulsion, et cette fonction contrôle automatiquement les sorties pour obtenir le bon sens de rotation, que le contrôleur soit configuré pour le mode 1P ou 2P.
Considérons deux mouvements comme un exemple simple. Les deux mouvements sont des impulsions de 1 000. L'un est dans le sens positif, l'autre dans le sens négatif. Le contrôleur active les sorties appropriées, que l'on utilise 1P ou 2P, pour faire tourner le moteur dans le sens positif (généralement CW) lorsque le nombre d'impulsions commandées est de 1 000. En revanche, si un programme commande 1 000 impulsions, le contrôleur active les sorties appropriées pour faire tourner le moteur dans le sens négatif (généralement CCW). Il n'est donc pas nécessaire que le programmateur contrôle le sens de rotation du moteur en utilisant un code dans le programme pour sélectionner les sorties à utiliser. Le contrôleur le fait automatiquement.
Les contrôleurs et les pilotes disposent généralement d'un moyen pour les utilisateurs de sélectionner le type d'impulsion, soit par le biais d'un commutateur DIP, soit par le biais d'un réglage de sélection du logiciel. Il est important de s'assurer que le contrôleur et le pilote sont configurés de la même manière. Sinon, le fonctionnement peut être erratique ou ne pas fonctionner du tout.
Mouvements absolus et incrémentaux
Les deux commandes de mouvement les plus courantes dans la programmation du contrôle des mouvements sont les commandes de mouvement incrémentielles et absolues. Le concept de mouvements absolus et incrémentaux est source de confusion pour de nombreux utilisateurs, quelle que soit la méthode de commande du moteur utilisée. Mais cette information s'applique que le moteur soit commandé par des impulsions, un signal analogique ou un réseau comme Ethernet/IP ou Ethercat.
Premièrement, si un moteur est équipé d'un codeur, ses types de mouvements n'ont rien à voir avec le type de codeur. Deuxièmement, les mouvements absolus et incrémentaux peuvent être effectués qu'il y ait un codeur absolu ou incrémentiel ou pas de codeur du tout.
Lorsqu'on utilise un moteur pour déplacer un axe linéaire, tel qu'un actionneur à vis à billes, il y a (évidemment) une distance finie entre une extrémité de l'actionneur et l'autre. En d'autres termes, si le chariot se trouve à une extrémité de l'actionneur, le moteur ne peut être tourné pour se déplacer que jusqu'à ce que le chariot atteigne l'extrémité opposée. C'est la longueur de la course. Par exemple, sur un actionneur avec une course de 200 mm, une extrémité de l'actionneur est normalement la position "zéro" ou de départ.
Un déplacement absolu transporte le chariot à la position commandée, quelle que soit sa position actuelle. Par exemple, si la position actuelle est nulle et que le déplacement commandé est de 100 mm, le contrôleur envoie suffisamment d'impulsions pour faire avancer l'actionneur jusqu'à la marque de 100 mm et l'arrêter.
Mais si la position actuelle de l'actionneur était de 150 mm, un déplacement absolu de 100 mm ferait que le contrôleur enverrait des impulsions dans le sens négatif pour faire reculer l'actionneur de 50 mm et s'arrêter à la position de 100 mm.
Utilisations pratiques
Le problème le plus courant dans l'utilisation de la commande par impulsions se situe au niveau du câblage. Les signaux sont souvent câblés accidentellement en sens inverse. En mode 2P, cela signifie que la sortie CCW est connectée à l'entrée CW et vice-versa. En mode 1P, cela signifie que la sortie du signal d'impulsion est câblée à l'entrée de direction, et que la sortie du signal de direction est connectée à l'entrée d'impulsion.
En mode 2P, cette erreur de câblage fait tourner le moteur en CW lorsqu'on lui commande de passer en CCW et en CCW lorsqu'on lui commande de passer en CW. En mode 1P, le problème est plus difficile à diagnostiquer. Si les signaux sont permutés, le contrôleur envoie un train d'impulsions à l'entrée de direction, ce qui ne fait rien. Il enverrait également un changement de direction (activation ou désactivation du signal selon la direction) à l'entrée de pas, ce qui pourrait faire tourner le moteur d'une impulsion. Une impulsion de mouvement est généralement assez difficile à voir.
L'utilisation du mode 2P facilite le dépannage, et il est généralement plus facile à comprendre pour ceux qui n'ont pas beaucoup d'expérience dans ce type de contrôle des mouvements.
Voici une méthode permettant de passer le moins de temps possible à dépanner les axes d'impulsion et de direction. Elle permet aux ingénieurs de se concentrer sur une chose à la fois. Cela devrait vous éviter de passer des jours à essayer de déterminer quelle erreur de câblage empêche le mouvement pour découvrir ensuite que la fonction de sortie d'impulsion est mal configurée dans l'automate et que vous n'avez jamais sorti d'impulsions.
1. Déterminez le mode d'impulsion à utiliser et utilisez le même mode pour tous les axes.
2. Réglez le contrôleur pour le mode approprié.
3. Réglez le lecteur pour le mode approprié.
4. Créez le programme le plus simple possible dans votre contrôleur (généralement une fonction de jogging) pour que le moteur puisse être commandé pour tourner dans un sens ou dans l'autre à une vitesse lente.
5. Commandez un mouvement CW et surveillez les états du contrôleur pour indiquer que des impulsions sont émises.
--Il peut s'agir de LED sur les sorties du contrôleur ou de drapeaux d'état comme le drapeau occupé dans l'automate. Le compteur d'impulsions de sortie du contrôleur peut également être surveillé pour voir s'il change de valeur.
--Le moteur n'a pas besoin d'être connecté aux impulsions de sortie.
6. Répétez le test dans le sens de la CCW.
7. Si l'émission d'impulsions dans les deux sens est réussie, passez à autre chose. Dans le cas contraire, il faut d'abord déterminer la programmation.
8. Reliez le contrôleur au chauffeur.
9. Moteur de jogging dans un sens. Si elle fonctionne, passez à l'étape 10. S'il ne fonctionne pas, vérifiez le câblage.
10. Faites tourner le moteur dans la direction opposée. Si ça marche, c'est que vous avez réussi. S'il ne fonctionne pas, vérifiez le câblage.
De nombreuses heures ont été perdues lors de cette première phase car la fréquence d'impulsion est suffisamment basse pour faire tourner le moteur extrêmement lentement, comme 1/100 rps. Si la seule façon de savoir si le moteur fonctionne est d'observer l'arbre du moteur, on peut avoir l'impression qu'il ne tourne pas à faible vitesse, ce qui donne à penser qu'il n'émet pas d'impulsions. Il est préférable de calculer une vitesse de sécurité en fonction de la résolution du moteur et des paramètres de l'application avant de fixer la vitesse pour le test. Certains pensent qu'ils peuvent fixer une vitesse utilisable par simple supposition. Mais si le moteur a besoin de 10 000 impulsions pour faire un tour et que la fréquence des impulsions est fixée à 1 000 pps, le moteur mettra 10 secondes pour faire un tour. Inversement, si le moteur a besoin de 1 000 impulsions pour faire un tour, et que la fréquence d'impulsion est fixée à 1 000, le moteur fera un tour par seconde ou 60 tr/min. Cela peut être trop rapide pour le test si le moteur est fixé à une charge comme un actionneur à vis à billes avec une distance de mouvement limitée. Il est essentiel de surveiller les indicateurs qui révèlent la sortie des impulsions (LED ou compteur d'impulsions).
Calculs pour une application pratique
Les utilisateurs se retrouvent souvent avec des IHM indiquant la distance et la vitesse de la machine en unités d'impulsions plutôt qu'en unités techniques comme les millimètres. Souvent, le programmeur est pressé de faire fonctionner la machine et ne prend pas le temps de déterminer les unités de la machine et de les convertir en unités techniques. Voici quelques conseils pour vous aider dans cette tâche.
Si vous connaissez la résolution de pas du moteur (impulsions par tour) et le mouvement effectué par tour de moteur (mm), la constante d'impulsion de commande est calculée comme résolution/distance par tour, ou impulsions par tour/distance par tour.
La constante peut aider à déterminer combien d'impulsions sont nécessaires pour parcourir une distance donnée :
Position actuelle (ou distance) = nombre d'impulsions / constante des impulsions de commande.
Pour convertir des unités techniques en impulsions, il faut d'abord déterminer la constante qui détermine le nombre d'impulsions nécessaires pour un mouvement donné. Supposons dans l'exemple ci-dessus que le moteur nécessite 500 impulsions pour faire un tour et qu'un tour est de 10 mm. Le calcul de la constante peut être effectué en divisant 500 (ppr) par 10 (mm p/r). La constante est donc de 500 impulsions/10 mm ou 50 impulsions/mm.
Cette constante peut ensuite être utilisée pour calculer le nombre d'impulsions nécessaires pour un déplacement d'une distance donnée. Par exemple, pour un déplacement de 15 mm, 15 mm × 50 ppm = 750 impulsions.
Pour convertir une valeur de compteur d'impulsions en unités techniques, il suffit de diviser la valeur du compteur d'impulsions par la constante d'impulsion de commande. Ainsi, si le compteur d'impulsions affiche 6 000, divisé par la constante d'impulsion de commande calculée à partir de l'exemple ci-dessus, la position de l'actionneur serait de 6 000 impulsions/50 ppm = 120 mm.
Pour commander une vitesse en mm et demander au contrôleur de calculer la fréquence appropriée en Hz (impulsions par seconde), il faut d'abord déterminer la constante de vitesse. Pour ce faire, il faut trouver la constante d'impulsion de commande (comme indiqué ci-dessus), mais les unités sont modifiées. En d'autres termes, si le moteur émet 500 ppr et que l'actionneur se déplace de 10 mm par tour, alors si 500 impulsions par seconde sont commandées, l'actionneur se déplacera de 10 mm par seconde. En divisant 500 impulsions par seconde par 10 mm par seconde, on obtient 50 impulsions par seconde par mm. Par conséquent, en multipliant la vitesse cible par 50, on obtient la fréquence d'impulsion appropriée.
Les formules sont les mêmes, mais les unités changent :
Constante de vitesse en pps = impulsions par tour/distance par tour
Vitesse d'impulsion (pps) = (constante de vitesse) × vitesse en mm
L'utilisation d'un dispositif qui utilise des signaux de train d'impulsions pour contrôler le mouvement peut sembler intimidante au début, mais une attention particulière aux types de signaux et aux réglages du contrôleur et des variateurs au début peut réduire le temps passé à le faire fonctionner. En outre, si l'on prend le temps de faire immédiatement quelques calculs de base, la programmation des vitesses et des distances sera plus facile et les opérateurs de machines disposeront d'informations plus intuitives affichées sur leur IHM.