Сервоконтроллеры имеющие отдельное законченное исполнение

Обзор сервоконтроллеров

Контроллер движения

Сервоконтроллер представляет собой микропроцессорное устройство, способное управлять движением по заданной траектории в реальном масштабе времени. Это устройство может быть одно- или многоосевым (то есть может управлять движением одной или нескольких осей одновременно). Программирование сервоконтроллера производится с помощью обычного персонального компьютера (ПК) на языке программирования, уникальном для данного контроллера. Загруженная программа в сервоконтроллер остается в памяти и управляет работой системы. Результатом работы сервоконтроллера является выдача управляющих сигналов на электропривод в какой-либо форме: обычно это аналоговое напряжение/ток (±10В, 4..20мА, 0..20 мА и т.д.) которое пропорционально требуемой скорости, перемещению или крутящему моменту. В соответствии с сигналами обратной связи от датчиков положения происходит корректировка траектории движения исполнительного механизма.

При обзоре распространенных сервоконтроллеров выделим 2 группы:

1. Сервоконтроллеры имеющие отдельное законченное исполнение
2. Программно-аппаратные сервоконтроллеры интегрированные в сервопривод

Сервоконтроллеры имеющие отдельное законченное исполнение

Наиболее распространенные сервоконтроллеры относящиеся к этой группе предназначены для установки в системы типа PCNC (Personal Computer Numerical Control). В такой системе сигналы обратной связи помимо сервопривода замыкаются на плату сервоконтроллера, а сигналы задания на привод поступают индивидуально на каждый через каналы ЦАП. Задачи контурного управления полностью вынесены на сервоконтроллер.

Приведенный табл. 2. обзор наиболее распространенных сервоконтроллеров показывает, что наиболее перспективные сервоконтроллеры оснащены 64-битными микроконтроллерами с плавающей запятой, широким спектром различных видов интерполяции, а также большим числом дискретных входов/выходов (см. рис. 1). Одним из наиболее важных преимуществ таких модулей является отсутствие необходимости в доукомплектовании системы управления дополнительными модулями ввода/вывода. Однако стоимость таких сервоконтроллеров в некоторых случаях (в зависимости от оснащения) достигает 2000 – 3000 $. Ввиду этого при построении простых систем управления сервосистемами наиболее предпочтительным является использование дешевых сервоконтроллеров с малым набором функций в сочетании с недорогими модулями ввода/вывода,

Рис. 3. Сервоконтроллер APCI-8001 фирмы ADDI-DATA.

Рис. 4. Сервоконтроллер SERVO-300 фирмы ICP DAS

Рис. 5. Сервоконтроллеры фирмы National Instruments

Табл. 1.

Рис. 6. The Brick Motion Controller фирмы Delta Tau Data

Рис. 7. PMAC2-PC/104 Motion Controller for 4 or 8 Axis фирмы Delta Tau Data

Рис. 8. AMAX 2050KW (Master) и AMAX-2241/PMA (Slave)

Рис. 9. Архитектура управления сервоприводами фирмы Aerotech

Рис. 10. Сервопривод Ndrive MP Aerotech

Одним из распространенных и недорогих сервоконтроллеров является 3-х осевой сервоконтроллер SERVO-300 фирмы ICP DAS устанавливаемый в ISA-шину компьютера (см. рис. 3). Этот контроллер оснащен двумя видами интерполяции – линейная и круговая, а также 8 дискретными входами и 10 выходами. Единственным недостатком такого сервоконтроллера является использование ISA-шины. Ввиду того, что на современных недорогих персональных компьютерах не установлена такая шина, то при создании системы управления оснащенной данным сервоконтроллером возникает необходимость в покупке специализированного промышленного компьютера с ISA-шиной. Стоимость сервоконтроллера не превышает 500 $, что позволяет строить в целом недорогие системы управления перемещением.

Выводы:

– в целом ситуация на сегодняшнем рынке отражает переход от простых 2-х, 3-х осевых сервоконтроллеров к многоосевым обладающими такими видами интерполяции: линейная, круговая, сплайн-интерполяция, NURBS, синусоидальная, параболическая, спиральная с поддержкой программируемых T/S-законов разгона торможения.

– Алгоритмы функционирования контура положения предполагают возможность изменения параметров контура положения (коэффициенты регуляторов, обратной связи, параметров траектории, T/S-законов разгона торможения).

– преимущественно наибольшее распространение получают сервоконтроллеры оснащенные PCI-интерфейсом (выполненные как устанавливаемая PCI-карта в компьютер) либо как законченный блок устанавливаемый на DIN-рейку.

– Для интеграции в системы сторонних разработчиков достаточно удобен вариант сервоконтроллера Delta Tau Data Systems PMAC2-PC/104. Он обладает практически всеми параметрами присущими современному сервоконтроллеру как с точки зрения алгоритмического обеспечения, так и по наличию периферии и поддерживаемым сигналам обратной связи от датчиков положения.

– Существуют производители (Aerotech, рис. 9) выносящие частично задачи расчета траектории на верхний уровень – программная реализация на ПК.

– в качестве интерфейсов обратной связи наиболее распространены – TTL (не менее 2МГц)/SSI. Однако следует отметить, что в ряде случаев (например Delta Tau) существуют сервоконтроллеры оснащенные такими интерфейсами как – Синусоидальный, резольвер, параллельный код.

– разрядность ЦАП современных сервоконтроллеров составляет в основном – 16 бит.

– увеличение количества дискретных входов/выходов (до 24, 32, 64). Это позволяет отказаться от дополнительной покупки специализированных модулей ввода/вывода, что в свою очередь позволяет реализовывать функции PLC на сервоконтроллере.

– Для вывода большого количества сигналов используются многопиновые разъемы, например 68-pin female high-density VHDCI type.

– Ряд производителей функции PLC выносят в отдельные модули специализирующиеся только на функциях обработки дискретного ввода/вывода.

– Большинство производителей поддерживают параллельную работу нескольких сервоконтроллеров.

– Практически все сервоконтроллеры оснащены алгоритмами позиционирования в программный и аппаратный «ноль».

– Большенство производителей вносят алгоритмы управления типа «Look-Ahead».

– Исторически сложилось, что наиболее распространенным форматом задания траекторий движения является: G-code. Однако ряд производителей, особенно плат с шиной PCI предлагают набор библиотек со своими функциями. Согласование этих функций и G-кодов выполняется с помощью дополнительных библиотек.

– применение 64-битных RISC-процессоров с арифметикой поддерживающей плавающую запятую либо специализированных сигнальных микроконтроллеров предназначенных для использования в системах «Motion Control» (MCX314As, PMD advanced Magellan™ Motion Processor).

– В качестве интерфейсов связи с сервоприводами помимо ЦАП используются Ethernet, CAN, либо специализированные интерфейсы например AMONet™ (Advantech).

– Интерфейсы связи с ПК различны, в основном зависит от производителя – Ethernet, USB, FireWire, PCI, ISA.

– Частота квантования в контуре положения в среднем составляет 500 Гц, в некоторых случаях она выше.

– Разрядности перемещений составляют +32..-32 бит.