Частотник и энкодер - точное позиционирование

[postelniy]

Добрый день! Не так давно пришлось заняться новым для себя делом - разработкой системы управления металлорежущего станка - и появились специфические вопросы. К контроллеру подключается частотник, энкодер и нож. Когда правильно дать команду на торможение частотнику, чтобы он остановился точно на заданном расстоянии под ножом? Ведь график движения движка похож на трапецию - и когда я даю команду стоп - он только начинает тормозить, в результате прокатывается на чуть большее расстояние.

[Ryzhij]

Насколько я понимаю, перед Вами типичная задача позиционирования.
В общем виде её решают через ПИД-регулирование. А конкретно всё зависит от имеющегося у Вас оборудования и схемы управления частотником.
Когда-то я решал задачи позиционирования роботов-манипуляторов на линии ковки используя ресурсы PLC-2.
А там всего лишь четыре арифметических действия и никаких подпрограмм.
Используя тупо-линейную зависимость скорости от расстояния до точки позиционирования Вы получите экспоненциальный закон движения, где о точности можно спорить (ибо никакого ПИД, только П) , а допустимые токи привода и ускорения механизма легко просчитываются.
С ПИД-регулятором всё проще...

[atamkosta]

Обычно для управления металлорежущими станками используют не частотники, а специальные, станочные приводы, которые эти рампы считают, и они там вылизаны разработчиками. Например у Сименса для металла это Синумерик, на общепромышленных контроллерах типа Симатик Сименс не рекомендует реализовывать станочные приводы, даже с КАМ модулями, а от себя добавлю не сильно это хорошо и получится. В станочных контроллерах и приводах есть входы под энкодеры, приводы синхронизируются между собой для выполнения общей задачи интерполятора они получают от главных мозгов только куда ехать с какой скоростью и как синхру держать меж координатами, а дальше вся математика уже в голове привода. Да и среды разработки заточены для реализации управления станком, всякие G-коды понятные всем технологам ЧПУшникам и прочие шняги.
У того же Сименса есть Симоверты, они ближе к задаче чем просто частотник, но их цель крутить какую нибудь лесопилку или стан протяжной, поглядите на них, но мне кажется что Синумерик будет проще и быстрее. Есть подобное у Мицубиши да и многих станочников.

[Михайло]

Синумерик - это ЧПУшка. Если станок не ЧПУшный, а простой универсальный или даже специальный, то смысла нет в Синумерике. А частотный привод или серво - это уже зависит от точности позиционирования.
Симоверты - это старье. Сейчас идет Синамикс.

Вообще существует несколько способов позиционирования. Попытаюсь перечислить:
1. Остановка с наездом на упор. Не всегда такое механически можно реализовать. Просто, чтобы не забывать, что и так можно сделать.
2. Остановка просто по одному конечнику. Конечник надо выставить чуть ранее перед точкой останова. Площадь той самой трапеции - это и есть расстояние перебега.
3. Остановка по двум конечникам (один дает команду на замедление, другой останавливает). Это будет чуть точнее предыдущего метода.
4. Использование энкодера вместо конечников по тем же принципам, что в пунктах 2 и 3. Это, конечно глупо, но зато работать будет и проще в реализации, чем следующие методы.
5. Энкодер в качестве датчика положения. Энкодеры бывают абсолютные, бывают попроще - инкрементальные. Обычно попадаются последние, у них три сигнала A, B и R, на основе этих сигналов можно организовать вычисление абсолютного текущего положения привода (делается на ПЛК или возможно на некоторых моделях частотников). Зная абсолютное положение (фактическое) и требуемое положение (задание), можно с помощью встроенного ПИД-регулятора частотника сформировать задание на скорость. Задание скорости формирует именно ПИД-регулятор, регулировать скорость можно, только изменяя ограничения в канале задания скорости. Последнее очень важно для понимания того, как это должно работать. А так это стандартная задача подчиненного регулирования, когда контур положения управляет контуром скорости. Надо изучать возможности частотника, дешевить на частотниках не следует. Возможно потребуется тормозной резистор.
6. Сервопривод. Принцип тот же, что и в пункте 5, просто немного другое железо и преобразователь частоты. Посложнее и дороже, зато точность. Обрабатывающие центры и ЧПУшные станки имеют приводы подач именно на сервоприводах.

P.S. Может я еще какие-то способы позиционирования забыл?

[atamkosta]

Так собсно говоря, добавляя мотор и энкодер на координату мы и получаем станок с ЧПУ. Были и прямые переделки, а Швейцарцы так вообще в инструментальной группе почитают дуальное управление. У меня в мастерской стоит "микрон" который умеет как от ручек так и от стойки, мы то в единичных своих нуждах ЧПУ пользуем только для съема координат, но он может и сам :-)
Если несколько осей, например в токарном две, то сервоприводы этих осей в отличие от группы частотников исполняют синхронно указанный вид интерполяции в кадре, то есть инкриментация приводов происходит синхронно, чего в группе просто частотников не так легко осуществить. Если Вы попросите два частотника проехать растояние в N,M Каждый по своему энкодеру, как то, это растояние проедет и плавно тронется и остановится, приводам же надо сказать как ехать, и тогда они общаясь между собой дадут именно ту фигуру которую мы хотим. А у частотников этот контур будет получаться всегда немного другим, с точки зрения хорошего штангеля даже.

[Ryzhij]

Походя...

Если несколько осей, например в токарном две, то...

Даже в самом завалящем токарном ТРИ оси, третья - "Z", иначе резьбу не нарежешь.
И второе.
ЧПУ только сейчас начало использовать частотные привода, до этого обходились приводами постоянного тока и шаговыми двигателями, а ещё раньше - сельсин-системами на электро-машинных усилителях. Есть инкарнации и с гидравлическим приводом.
Задачи позиционирования везде решались одинаково, через ПИД-регулятор.

[atamkosta]

Ну тут позвольте не согласиться, в тех которые были 3Ф краснооктябрьские у них коробка была механическая, а подачи были на приводах . Да были приводы постоянного тока, частотники появились примерно на заре восьмидесятых (держу вот каталог Веллера за 82 год там топ модели с асинхроником регулируемым на главном приводе). Кстати на прежнем месте работы был целый цех токарных станков которые резьбу не умели резать, а точили детали типа вал и были с ЧПУ, мы разрабатывали первую свою стойку именно под них когда-то. По поводу ПИД закона, он подразумевает заброс выходной величины и постепенное его успокоение, ведь если без него, то Вы недостигнете заданного. Поэтому ПИД закон в чистом виде применять к станку мне кажется неправильно (это мое конечно, частное, мнение по крайней мере я не применял) там ПИД прийдется пропускать через несколько фильтров. Если синтезировать то получается регулятор состоящий, если мне память не изменяет из четырех или пяти звеньев. Да вообщем то задача простая ур-е движения мат. точки имеющей массу и сопротивление. Оно решается даже временными методами, потом положить на реальные звенья.

[andreyval]

Все что написано выше про ПИД и сервопривода все конечно правильно. Но какие исходные данные, а именно скорость подачи, точность подачи, время на торможение. Если супер требований нет, то вполне можно обойтись и без ПИД регулятора и тем более серво. Просто надо определить максимальную доводочную скорость и путь доводки при которых остановка подачи будет происходить с заданной точностью. Затем настроить параметры привода на режим управления скоростью с помощью внешних сигналов (дискретный, аналоговый или цифровой). А в программе контроллера сделать компаратор который будет со счетного входа куда подключен энкодер определять момент перехода на доводочную скорость и последующею остановку. Причем время торможения в частотнике надо сделать как можно меньше, при необходимости используя тормозной резистор.

[pkl58]

Проще по моему реализовать в сервоприводе.
На вход последовательность импульсов от ПЛК. Сервопривод перемещается на заданное число шагов. Современные сервоприводы имеют в составе электронный редуктор, который позволяет отмасштабировать число импульсов в требуемое перемещение. Торможение и разгон привод будет осуществлять автоматически.

[andreyval]

Проще но намного дороже.
Сервопривод обычно используем, где точность подачи десятые или сотые миллиметра, а если точность подачи миллиметры, а скорее всего это так (из опыта), то зачем удорожать систему. Тем более для ее обслуживания нужны будут более высокой квалификации специалисты.
Электронный редуктор при наличии PLC не проблема.
Насчет автоматического торможения и разгона в частотнике это все есть.
Просто надо управлять скоростью с PLC формировать переход с рабочей на пониженную (доводочную) например за 100 мм до остановки.

[atamkosta]

Если говортить о обычной металлообработке то обычный контроллер общепромышленный своими входами не будет успевать за энкодером, нужно ставить КАМ модули, но опять же тот же Сименс не рекомендует свои Симатик Кам модули для точностей металлообработки рекомендуя пищевикам и деревообработчикам.
Но опять же коллега прав - какие требования к точности?
Если точность 0,015 на координату при прямом приводе мне кажется нужно ЧПУ, если же это голая листорезка заготовки под пресс рубить то действительно достаточно частотника с энкодером. Хотя видел станки глубокого сверления собранные на СИНУМИРИКЕ - работает, хотя тупо скорость считать на один элемент резания и регулировать подачу чего уж проще зависимая координата одна - подача, зависит только от скорости резания те частоты шпинделя.
Я встречал довольно недорогие решения в ЧПУшной сфере, может стоит поискать?

[andreyval]

Вообще видел в жизни системы, где только контроллер и обратная связь по энкодеру, а подача осуществлялась быстродействующей электромеханической муфтой. Правда муфта стоила как частотный преобразователь.

[atamkosta]

Ну я вижу, почти каждый день, раскроечно-упаковочную машину где узел резки сделан на муфтах, правда со стороны привода на этих муфтах стоят серваки Бошевские. Но уже где необходимая скорость реакции системы чуть меньше, серваки остаются в одиночестве.

[andreyval]

Серваки для чего для поддержания постоянной скорости?

[andreyval]

Или наверной очень большой скорости?

[andreyval]

А кстати насчет ПИД есть такая ЧПУ CMZ итальянская. Управление позиционированием с помощью аналогового сигнала который подается на частотник.
Образец который у меня на столе CTE 240 все в одном контроллер, панель оператора и модуль позиционирования 2 осями (2 аналоговых выхода 0-10 V 2 счетных 5 V ВХОДА для подключения энкодера). Так вот этот экземпляр стоит 5000 евро. Для ЧПУ наверно самый дешевый, но гемора в части технической подережки пипец.

[atamkosta]

Не буду за многое утверждать, но у старых синумериков общение с приводами проходило по 0_10В если мне не изменяет память.
По поводу же конкретно той резки то там группа сервоприводов подает, отмеряет рулонный материал, затем серваком через муфту осуществляется рез, там очень важен резкий старт-стоп ножа. Так как материал пленка - то процесс очень нервозный :-)
По поводу цены, то трехсотка с парой кам модулей блоком питания, и приличной панелью оператора будет дороже или столько же, плюс софт придется писать полностью свой, а там как напишется так и будет поддерживаться.

[Eugene Sergejev]

Чего так мыслью по древу растекаться? От топикстартера неплохо было бы поиметь марку частотника, контроллера, как они связаны, этцетера...
Может у него всё унутре (с) реализовано ( БошРексрут, КонтролТехникс, Сименс, Паркер или еще что ), а мы тут паримся...
Опять же, топикстартеру нехило было бы почитать чего доступного про позиционирование ( набрать в гугле motion control primer ), а потом уже задавать вопросы.

[Степа]

Даже в самом завалящем токарном ТРИ оси, третья - "Z", иначе резьбу не нарежешь.

Да кто ж вам сказал таких глупостев? Если не брать во внимание обрабатывающие центры, а остановиться исключительно на обычных токарных станках, то исключительно две оси: вдоль оси шпинделя и поперек. Для нарезания резьбы просто осуществляется синхронизация продольной подачи и вращение шпинделя. Скажем, на 16К20 для этого применялась другая коробка скоростей и ходовой винт, в суппорте находилась разрезная гайка, которая рычагом зажималась перед началом резания и разжималась после окончания процесса нарезания резьбы. На 16К20Ф3 и аналогичных ЧПУшных станках подача на парах "винт-гайка" собрана, синхронизация осуществлялась по датчикам положения. Системы управления на токарных станках - исключительно двухосевые: управление по двум осям, одновременно - по одной /это совсем простые/ или по двум осям.
На многих универсальных токарно-винторезных станках была третья ось: резцедержатель крепился не непосредственно к суппорту, а через еще одну пару "винт-гайка". Правда, я никогда не слышал за коробку скоростей для той оси, вращение вручную. На 16К20 - как у слесарной отвертки ручка, на ФТ16 - барабан с накаткой, т.е. особо не покрутишь... Ось использовалась в основном для точения конусов: резцедержатель разворачивался на угол конуса и вот той ручкой... Но эту ось за ось обычно никто не считал.

[Ryzhij]

Степан Степанович, может быть Вам сначала разобраться с цилиндрической системой координат и с самим понятием "ось"? ;)
На всех упомянутых Вами станках (а это были переоборудованные под ЧПУ универсальные токарно-винторезные станки) датчик положения шпинделя стоит? Стоит!
Вот именно информация от этого датчика (координата Z, это угол поворота шпинделя) и даёт возможность нарезать резцом многозаходную резьбу, точить на шайбах спиральные канавки и прочее по программе.

[Степа]

Уважаемый Ryzhij
На всех упомянутых мной станках как раз ДВЕ оси. Одна из осей при нарезании резьбы синхронизируется с вращением шпинделя. Скажем, на 16К20 и на ФТ17 это просто пара шестерен. 16К20Ф3 оснащается двухосевой системой управления: X - продольная и Z - поперечная /оси Y нет в принципе/.

А вот многозаходная резьба - это уже совсем другое дело. Ее не на всех станках резать можно...

[Ryzhij]

А вот многозаходная резьба - это уже совсем другое дело. Ее не на всех станках резать можно...

Ох, я чую мы тут щас нафлудим! Ну, неинтересно людям будет слушать про то, что для нарезания следующей нитки резьбы можно просто сдвинуть резец на долю шага, но это уже не автоматическая операция! Это не запрограмируешь без привязки точки касания резца к углу поворота шпинделя, а вручную резец переместить тем самым штурвальчиком и повторить цикл вполне можно.

[Степа]

Это не запрограмируешь без привязки точки касания резца к углу поворота шпинделя, а вручную резец переместить тем самым штурвальчиком и повторить цикл вполне можно.

Если мы говорим за 16К20 и ФТ17 - вполне можно воспользоваться суррогатной осью, но не разжимая гайки. Но, как я говорил, никто ту ось за ось не считает.
Видел какой-то станочек, там на шейке шпинделя были риски - опять же не разжимая гайки останавливается станок, шпиндель освобождается от зацепления в коробке скоростей и рукой поворачивается на некий угол, опять включается зацепление и все по новой /вот как раз на том станке я впервые резал резьбу, марку уже не помню за давностью лет; малюсенький такой, напольный/.
При нарезании резьбы на универсальных\ токарно-винторезных гайка не разжималась весь цикл нарезания. Разумеется, никаких быстрых перемещений не было - она от основного вала...
На 16К20Ф3 /и аналогичных/ многозаходную резать не доводилось, все как-то однозаходная попадалась, потому и не помню, как там...

[atamkosta]

Раньше, до ОЦ, считалось 2 оси токарная группа, старый альфакам (98-99год) в токарке обрабатывал только две оси. И винторез это свойство исключительно, широкоуниверсальных станков, ЧПУ это продолжатели больше револьверов, а те не имели гитары и ходового винта. Множество токарных автоматов с ЧПУ которые без метчика/плашки не режут никаких резьб, поглядите на линейки Траубенов например или Лорхов. У них несколько супортов, но мотор привода просто мотор.

[Volidol]

andreyval,

А кстати насчет ПИД есть такая ЧПУ CMZ итальянская.

привет, Андрей
хотел посоветоваться по поводу контроллера CMZ