Opción para agregar funcionalidad a los controladores de movimiento

Los sistemas de control electrohidráulico de bucle cerrado tradicionales utilizan un controlador de movimiento que impulsa los actuadores a través de servoválvulas proporcionales en función de la información de los sensores de retroalimentación, como la posición del vástago del pistón de un cilindro. Si bien mantener una relación uno a uno entre sensores y actuadores está bien en muchas aplicaciones, las limitaciones de este enfoque tradicional pueden afectar negativamente la productividad, la confiabilidad y los costos operativos de otros tipos de máquinas.

Para eliminar estas limitaciones, se están agregando nuevas capacidades a los controladores de movimiento para aumentar la flexibilidad en la cantidad y los tipos de dispositivos de retroalimentación que se pueden usar, y para poder preprocesar los datos de retroalimentación antes de que los use el lazo de control. Estos avances aportan nuevas dimensiones de precisión y confiabilidad a los sistemas de movimiento y se pueden agrupar bajo el término genérico «retroalimentación personalizada» (Figura 1).

Comentarios personalizados haciendo matemáticas

Algunas aplicaciones pueden beneficiarse de los cálculos matemáticos realizados en la entrada sin procesar de múltiples sensores. Por ejemplo, considere una refinería de pulpa que debe controlar con precisión el espacio de la placa a través del cual pasa la pulpa como parte del proceso de refinación termomecánica. Esto puede ser complicado porque la placa estacionaria se mueve ligeramente con los cambios de temperatura y otros factores. Debido a que el espacio es la diferencia entre las posiciones de dos placas, Figura 2, es más fácil para el controlador de movimiento controlar la diferencia en la posición de la placa a través de un lazo de control que controlar la posición de una placa pero necesita ajustar el cambio de posición de otro plato. Controlar esta diferencia es simple con la capacidad de calcular valores de retroalimentación personalizados.

Otro ejemplo de preprocesamiento matemático de la entrada del sensor simplifica el control de una prensa de varios cilindros (Figura 3). La fuerza del cilindro se mide individualmente (ya sea por una celda de carga o midiendo la presión diferencial a través del pistón), pero la prensa debe controlar la suma de las fuerzas de todos los cilindros. El control de la fuerza total aplicada a la pieza de trabajo es una característica importante del control de nivel electrónico de la platina, ya que también se controla la posición de cada cilindro. El control de nivel preciso incluso elimina la necesidad de rieles de metal pesado para mantener el nivel de la platina.

Otro cálculo útil es promediar datos de múltiples sensores idénticos, como en una prensa donde se requieren fuerzas extremadamente precisas. Se pueden promediar varias celdas de carga si la precisión requerida es mayor que la especificación de la celda de carga. Se promedian las pequeñas diferencias en las lecturas de carga que pueden ocurrir entre las celdas en diferentes momentos y bajo diferentes condiciones ambientales. Un beneficio adicional del proceso de promediación es que la señal de ruido en la salida de las celdas de carga individuales también se reducirá mediante el proceso de promediación.

Además de las sumas, las diferencias y el promedio de las entradas de retroalimentación, se pueden aplicar funciones matemáticas más complejas a los datos del sensor sin procesar. Los cálculos matemáticos pueden «linealizar» la retroalimentación de los transductores que pueden responder a los estímulos de manera no lineal, enderezando la salida del transductor para compensar la respuesta no lineal o calculando la ubicación de un punto en la geometría en relación con las mediciones del sensor. Por ejemplo, controlar la posición horizontal de un efector final conectado a un brazo oscilante en un manipulador de materiales robótico (Figura 4) puede implicar el uso de retroalimentación de posición sin procesar disponible solo desde el cilindro de aire. La posición del efector final se puede calcular aplicando una ecuación trigonométrica a la posición del cilindro usando un procesamiento de retroalimentación personalizado.

Alternar para superar los problemas del sensor

Las funciones lógicas también se pueden aplicar para habilitar el cambio entre fuentes de retroalimentación. Esta capacidad es crítica para construir sistemas a prueba de fallas altamente confiables. Considere el valor de conectar un lazo de control a múltiples sensores idénticos, de modo que si uno de los dispositivos de retroalimentación falla, el sistema puede continuar funcionando sin interrupción.

Esta configuración a prueba de fallas ayuda en aplicaciones tales como prensas que tienen vibraciones y ruidos severos. Las fallas de los sensores pueden ocurrir sin previo aviso, causando hasta un período de tiempo de inactividad cuando se reemplazan los sensores. En el peor de los casos, los sensores pueden fallar inadvertidamente y causar daños o afectar la calidad del producto antes de que se detecte un problema. A menudo, los componentes electrónicos del controlador de movimiento se pueden aislar de manera segura del panel remoto, pero los sensores mismos a menudo deben ubicarse en la ubicación correcta donde ocurre la acción, por ejemplo, en una prensa. Con la conmutación de retroalimentación, cuando el controlador detecta que un sensor ha fallado, cambia sin problemas al otro, incluso en medio de una operación de movimiento.

La conmutación de retroalimentación también es útil en aplicaciones de prueba que utilizan varios sensores para proporcionar la resolución requerida en un rango de medición más amplio que el de cualquier sensor único, o para proporcionar un mayor grado de sensibilidad de medición en un rango pequeño que puede ser más bajo. rango.

Un ejemplo de esto último es una máquina de prueba de resistencia de ensamblaje. Los diseñadores de tales dispositivos a menudo tienen dificultades para cumplir con los requisitos diametralmente opuestos de grandes rangos de medición y alta precisión. Lograr una alta precisión es relativamente sencillo para rangos de medición más pequeños, pero no para rangos más grandes. Si existieran sensores con una precisión lo suficientemente alta en un amplio rango, serían muy costosos.

Sin embargo, si se instalan varios sensores de presión con diferentes rangos de sensibilidad, la precisión de cada sensor solo debe tenerse en cuenta para un rango, no para todo el rango (Figura 5). Si permitimos una precisión más baja (valor absoluto) en el rango de presión más grande y una precisión más alta en el rango más pequeño, la precisión requerida del sensor, así como el costo total del sensor, se reducirán considerablemente.

Otra aplicación que se beneficia de la conmutación de retroalimentación son las prensas de formación de metal de embutición profunda, que pueden mejorar la resolución dentro de un rango crítico al tener controladores de movimiento preprocesados ​​para combinar selectivamente entradas de retroalimentación de alta resolución y carrera corta. , por lo que parecen ser un dispositivo de retroalimentación para el lazo de control. En comparación con el costo de usar un sensor que responde con resultados altamente precisos en todo el rango operativo, esta es una solución más económica para la necesidad de mediciones precisas en un rango.

Manejo de comentarios personalizados

Dos controladores de movimiento con capacidades de procesamiento de retroalimentación personalizadas son el controlador de dos ejes RMC75 y el controlador de ocho ejes RMC150 Sistemas informáticos delta (Figura 1, nuevamente). Al programar estos controladores, los ejes definidos con retroalimentación personalizada no tienen retroalimentación física asignada (es decir, directamente conectados a E/S). En su lugar, utilizan el contenido de los registros internos como variables de retroalimentación. El diseñador de la máquina crea un programa de usuario que calcula continuamente el valor de retroalimentación y lo asigna a los registros apropiados, cuyo contenido, a su vez, es utilizado por el lazo de control del controlador de movimiento. La capacidad de usar un programa de usuario le brinda al usuario la flexibilidad para realizar cualquier función lógica y cálculo necesarios para un control preciso de circuito cerrado.

Los programas de usuario ejecutan secuencias de comandos complejas en el controlador Delta RMC sin la intervención del PLC u otros controladores. Esto permite que el controlador responda a los eventos dentro de su tiempo de bucle de control, que puede ser tan corto como un milisegundo, en lugar de la velocidad de exploración del PLC, que puede ser más de diez veces más larga, lo que crea demoras y limita la velocidad del proceso que puede ser controladoLa incorporación del procesamiento de retroalimentación en el controlador de movimiento también reduce la cantidad de programación de PLC requerida. La cantidad de programas de usuario admitidos por un controlador Delta solo está limitada por la capacidad de memoria del controlador.

Con estos consejos de diseño en mente, los diseñadores de sistemas limitados por la relación 1:1 entre los sensores y los ejes de movimiento deben buscar soluciones de control de movimiento que admitan capacidades de retroalimentación personalizadas, brindando la flexibilidad de usar retroalimentación de una o más fuentes además del hardware directo. aporte.

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