Cинронизация компонентов

Сообщение **Novice12** » 30 апр 2018, 22:51

Доброй ночи.

Вот такой исследовательский вопрос:
Конструируется некий промышленный манипулятор для взятия грузов из зоны А и переноса их в зону Б. Он будет автономен (машинное зрение планируется и т.д.). У него будет несколько различных сочленений (в них находятся энкодеры). Надо обеспечить их наиболее оптимальную синхронизацию.

Самое простое решение этой задачи - задействовать какой-нибудь протокол с поддержкой широковещательных телеграмм аля Modbus/EtherCAT и т.д.? Или существуют и другие способы?

Спасибо.

Есть ещё PROFIBUS, PROFINET и другие родственно-альтернативные промышленные протоколы. Но Modbus TCP не используется, так как основан на "тормознутом" TCP-протоколе.

Сообщение **hell_boy** » 01 май 2018, 10:15

Где-то читал, что для построения автономных движущихся систем с машинным зрением используют принцип "время реакции на внешнее воздействие - меньше 0,1 миллисекунды". Это касается тех систем, где есть реальная угроза жизни человека: автопилоты на открытых дорогах и ж/д, роботы, работающие в местах присутствия людей и т.п. Как это достигается - другая история. Скажу только, что распространенные промышленные протоколы практически не используются из-за их медлительности. В Китае есть специализированный протокол EPA (Ethernet for Plant Automation), в Японии и Европе - SERCOS III.

Сообщение **Novice12** » 01 май 2018, 13:20

hell_boy писал(а): ↑01 май 2018, 10:15 В Китае есть специализированный протокол EPA (Ethernet for Plant Automation), в Японии и Европе - SERCOS III.

EPA - редкий зверь, не будем рассматривать.
Тогда сравним протоколы с широковещательными телеграммами: 1-SERCOS III - 100 нс, 2-EtherCAT - 12,5 мкс, ну и старый добрый (с последовательным опросом) 3-CAN c 5 мс.
Немного упростим задачу, все сочленения манипулятора выстроены в линию длиной 10 м (предположим, что в узлах энкодеры пока отсутствуют), вращается только штанга на поворотной платформе с угловой скоростью 0.1 с^-1(получается такая буковка Г)))).
Тогда что мы получаем: линейная скорость по формуле w*R = 1м/с.
За время синхронизации манипулятор пройдёт: 1 - 10^-7 m, 2 - 12,5*10^-6 m, 3 - 5*10^-3 m.
Согласны?
Для грузового манипулятора такие цифры интересны?

Пункт 3 (старый добрый CAN) никуда не годится. Надо частоту обмен чаще, чем хотя бы 0,1 мм.

Сообщение **Novice12** » 01 май 2018, 22:09

Михайло, Т.е. рассуждения мои верны? Но, тогда что лучше: EtherCAT или SERCOS?

Для приводной техники важно реал-тайм-свойство и изохронность.
SERCOS III - 31,25...65000 мкс (настраивается пользователем)
PROFINET IRT ~100...1000 мкс
EtherCAT - тоже быстрый

Осваивайте Ethernet TSN (Time-Sensitive Networking).

Через несколько лет будут широко доступны Ethernet-контроллеры с поддержкой протокола TSN и вы сможете писать свои протоколы.
Освоение же PROFINET, SERCOS, EtherCAT происходит через присоединение к закрытым клубам разработчиков и занесением членского взноса порядка 50000 $.

Сообщение **Novice12** » 02 май 2018, 14:03

Михайло, Таким образом, можно сказать, что использование большинства современных промышленных протоколов на базе Ethernet позволяет обеспечить достойную синхронизацию процесса? Их различие заключается только в величине членского взноса для доступа к исходникам и т.д. (если не рассматривать архитектуру)?

Сообщение **hell_boy** » 02 май 2018, 21:10

Михайло писал(а): ↑02 май 2018, 01:35 Освоение же PROFINET, SERCOS, EtherCAT происходит через присоединение к закрытым клубам разработчиков и занесением членского взноса порядка 50000 $

Освоение этих протоколов начинается с покупки BeagleBone Black development board за 55$ http://www.ti.com/tool/beaglebk

Сообщение **Serex** » 02 май 2018, 23:13

Еще есть последовательные оптические шины. Очень часто на сервоприводах ставят. Шины эти между устройствами сервосистемы подключены. Вполне себе альтернатива Ethernet технологиям.
Также стоит отметить, что большинству приводов не нужен сверх-реалтайм - крутятся себе в штатном режиме, задание с обратной связью по энкодеру отрабатывают. Быстродействие нужно только для сигнала аварийного останова или аварийной отработки задания - для этого вполне себе последовательные шины подойдут с широковещательной телеграммой.

Михайло писал(а): ↑02 май 2018, 01:35 Освоение же PROFINET, SERCOS, EtherCAT происходит через присоединение к закрытым клубам разработчиков и занесением членского взноса порядка 50000 $.

Могу, конечно, наврать с ценником. Членский доступ нужен вообще-то для разработчиков Ethernet-контроллеров. Вам может и не надо, но тогда вы должны выбрать готовые устройства с поддержкой этих сетей.
Я не очень понимаю, что за робота вы там концептуально проектируете.

Сообщение **Jackson** » 03 май 2018, 11:26

Novice12 писал(а): ↑30 апр 2018, 22:51 Надо обеспечить их наиболее оптимальную синхронизацию.

Самое простое решение этой задачи - задействовать какой-нибудь протокол с поддержкой широковещательных телеграмм аля Modbus/EtherCAT и т.д.? Или существуют и другие способы?

Михайло писал(а): ↑03 май 2018, 04:42Я не очень понимаю, что за робота вы там концептуально проектируете.

Поддерживаю.

Задачу надо ставить полнее. Синхронизировать можно много чего, с чем и как. Время например. Но вроде разобрались что речь о линейных и угловых перемещениях. Вам же ответ нужен, так пусть люди этот ответ и ищут, а не формулируют за Вас вопрос. Уважайте чужое время.

Во-1-х, об этом говорили здесь, во-2-х здесь, в-3-х мы тут понятия не имеем о том, что будет если приводы рассинхронизируются - от степени рисков и зависят выбираемые способы, вплоть до жёсткой механической связи. Пока непонятна задача - можно много рассуждать о быстрых rt-протоколах и интерфейсах и их производителях и праводержателях, настолько же много насколько и бесполезно.

Сообщение **Novice12** » 03 июл 2018, 22:36

Извиняюсь, что внезапно исчез.

К чему тут синхронизация. Сейчас объясню, что я подразумевал под своим вопросом.
Есть такой параметр, как "точность позиционирования манипулятора".

Повышенной точности можно добиться путём:

наиболее оптимального решения обратной/прямой задач кинематики для разрабатываемого манипулятора;

замены звеньев или сочленений

применением более совершенных сервоприводов/двигателей и т.д.

А мне интересно, позволит ли применение более быстродействующего протокола добиться повышенной "точности позиционирования манипулятора (полностью автоматизированного: сам навёлся на груз, сам взял, сам положил)" или нет?

Заранее благодарю за ответы!

Сообщение **hell_boy** » 04 июл 2018, 11:41

А не получается ли так, что поиск "наиболее оптимального решения обратной/прямой задач кинематики для разрабатываемого манипулятора" приводет к требованию "время реакции на внешнее воздействие должно быть меньше Х миллисекунд"?

Сообщение **Novice12** » 04 июл 2018, 17:59

hell_boy, я не профи в теормехе, но для избыточного манипулятора более оптимальное решение обратной задачи кинематики может привести к более высокой точности позиционирования. И рабочую зону можно сократить/уменьшить в зависимости от свободного пространства и т.д.
Время реакции тоже зависит от них, но в том числе и от устройств очувствления и т.д.

Мне же интереснее, можно ли добиться большей точн.поз. с исп. более быстродействующего протокола
И каков будет выигрыш в производительности за рабочую смену...
Если манипулятор захватывает и переносит мелкие "детали", то чем точнее навелось - тем больше перенеслось, не так ли?

Сообщение **Novice12** » 08 июл 2018, 12:20

А если так переформулировать вопрос:
Как можно оценить вклад/влияние времени цикла ПЛК на время цикла работы манипулятора?
Допустим, время переноса одной детали манипулятором из зоны А в зону Б - 15 сек, время цикла ПЛК - 100 мкс.

Если правильно всё сделать, то влияния никакого не будет.
ПЛК не должен выполнять критически важные по быстродействию вычисления. Важно быстродействие системы управления: там цикл обсчёта внутреннего контура управления моментом должно быть десятки-сотни микросекунд.

Ну так что? Двигатели и приводную технику уже подобрали?

Сообщение **Novice12** » 09 июл 2018, 11:41

Михайло писал(а): ↑08 июл 2018, 18:18 Ну так что? Двигатели и приводную технику уже подобрали?

Этим другие занимаются, но я узнаю, что там они нашли.

Мне поручили произвести расчёты производительности, точности и т.п от ПЛК "для работы в различных промышленных сетях" и самих сетей.
Другими словами, принять, что все узлы равнозначны между собой, отличие только в протоколе и ПЛК.
Как я писал ранее, допустим, что время переноса одной детали манипулятором из зоны А в зону Б - 15 сек.
Мб всё-таки как-то можно провести оценку???...
Не я такой - жизнь такая, ждут цифр, а не слов

Михайло писал(а): ↑08 июл 2018, 18:18 Важно быстродействие системы управления

А можно хорошую книгу по этой тематике посоветовать. Я просто немного другими делами ранее занимался, внезапно пришлось очутиться в сфере АСУ.
Спасибо!

Сообщение **Jackson** » 09 июл 2018, 22:03

Novice12 писал(а): ↑09 июл 2018, 11:41 Другими словами, принять, что все узлы равнозначны между собой,

А на практике это не так. Разные сервоприводы имеют разное быстродействие. Думаю, что надо взять за быстродействие - постоянную времени самого быстрого сервопривода, тогда его можно взять за базу для всех и определять, обеспечит ли ПЛК точность управления в целом.
В среднем по больнице тут не годится (стих). Захват работает с одной скоростью, поворот - с другой, вылет стрелы например - с третьей. И, кроме того, быстродействие манипулятора с грузом, возможно, требуется обеспечить меньше чем без груза - иначе на груз будут действовать такие ускорения что он улетит к чертям, да и манипулятор с фундамента может оторвать (мы же не знаем масс Ваших грузов и манипулятора). То есть требуется ограничить ускорения в ряде режимов, или во всех. А для этого быстродействие ПЛК нужно не уменьшать, а наоборот увеличивать - возможно, придется обрабатывать не только сами линейные и угловые перемещения, но и ускорения (разгон и торможение каждого движения) - получается, в общем случае, на каждый сервопривод по своему ПИДу, а возможно и по два (для режимов "с грузом" и "без груза"). Кроме быстрого интерфейса, нужно ещё чтобы ПЛК успевал в этот интерфейс выдавать нужные значения. А для этого, в свою очередь, надо определить постоянную времени самого манипулятора по разным приводам, найти самый быстрый и самый медленный привод, проверить (возможно, на модели или в натуре) успеют ли сами привода обработать эти команды и обеспечить требуемую плавность перемещения при нужной точности позиционирования.

В общем, задачка может оказаться далеко не тривиальной.

Сообщение **petr2off** » 10 июл 2018, 06:01

День добрый. Не совсем понятна основа для таких расчетов. Ну нет у нас линейки PLC с ростом производительности 10% от модели к модели. Есть некоторая специализация у конкретной модели в линейке. И разница очень существенная. Нужно просто взять PLC которые закрывают эту нишу. Не поверю, что Ваша задача уникальная и вы первопроходцы. Посмотрите, что люди используют и сориентируйтесь.

Novice12 писал(а): ↑09 июл 2018, 11:41 Мне поручили произвести расчёты производительности, точности и т.п от ПЛК "для работы в различных промышленных сетях" и самих сетей.

Точность зависит в первую очередь от механики, поэтому любые подобные расчёты не получатся. В управлении движением имеется баланс между точностью и скоростью. Может быть быстро, но неточно; может быть медленно, но очень точно. Изменение этого баланса осуществляется передаточным числом, а это чистой воды механика.

Сообщение **Novice12** » 10 июл 2018, 16:13

TEB,
Михайло,
petr2off,

Мне надо удалиться, проанализировать и почитать про вышенаписанное.
Отпишусь в скором времени.