Robotik ve otomatik konveyör sistemleri gibi modern endüstriyel sistemler, performansı optimize etmek, verimliliği artırmak ve kestirimci bakım sağlamak için yüksek hızlı, senkronize verilere dayanır. Ancak konum ve hareket verilerinin milisaniye düzeyinde doğrulukla yakalanması ve koordine edilmesi büyük bir zorluktur. Standart veri toplama (DAQ) sistemleri genellikle kodlayıcılar ve zamanlayıcılarla gerçek zamanlı bağlantı için gereken özel işlevlerden yoksundur; bu da sistem güvenilirliğinin azalmasına ve performans darboğazlarına yol açabilir.
Bu makalede öncelikle zorlu endüstriyel uygulamalarda konum ve zamanın yüksek hızlı ölçümü için gereken çeşitli gereksinimler kısaca tanıtılmaktadır. Daha sonra Advantech'in kodlayıcı sayacı/zamanlayıcı modülü tanıtılıyor ve bu modülün çeşitli kodlayıcı modları ve dört yüksek hızlı kanalının, robot ve hareket kontrol uygulamalarındaki karmaşık senkronizasyon sorunlarını çözmek için nasıl kullanılabileceği açıklanıyor. Tipik sistem konfigürasyonları ve uyumlu yazılım araçları, sistem entegrasyonu için net bir uygulama yolu sağlar.
Endüstriyel proseslerde hareket ve zamanın hassas kontrolünün önemi
Modern endüstriyel sistemler, koordinasyon yeteneğinin çok önemli olduğu karmaşık ve düzenli hareketlere dayanır. Hareketli bir taşıma bandından bileşenleri alan bir robot kolu düşünelim. Sistemin normal çalışabilmesi için robotik kolun hareketinin konveyörün hızı ve konumu ile senkronize olması gerekir. Bunu başarmak için birden fazla veri kaynağından milisaniye düzeyinde doğrulukla bilgi yakalamak ve koordine etmek oldukça zorlu bir teknik gerekliliktir.
DAQ sistemi bu sorunun çözümünde merkezi bir rol oynamaktadır. Sistem, konveyörün tahrik motorundan ve robotik kolun bağlantı noktalarından kodlayıcı verilerini yakalar ve konveyör bandındaki öğelerin durdurulma zamanlamasını doğru bir şekilde hesaplamak için bu ölçümleri birden fazla kanalda senkronize eder.
Üretim verimliliğini artırmak için konveyör bandının hızı artırılırken, veri toplama sisteminin (DAQ) hataları önlemek için konum ve zaman verilerini hızlı bir şekilde örneklemesi gerekir. Gecikmeli veya eksik sensör okumaları, mekanik bileşenlerin çalışmasının yanlış zamanlamasına yol açabilir ve hatta mekanik bileşenler arasında çarpışmalara neden olarak beklenmedik kapanmalara ve üretkenlik kaybına neden olabilir.
Yüksek hassasiyetli DAQ sistemi aynı zamanda öngörücü bakımı da destekler. Örneğin anormal hız veya konum hatası, rulman aşınması veya kayış kayması gibi bir soruna işaret edebilir. Tasarımcılar bu sinyalleri analiz ederek potansiyel arızaları önceden tespit edebilir ve operasyonel kesintileri önleyebilir.
Yüksek hızlı DAQ gereksinimleri
Bu uygulama gereksinimlerini karşılamak için DAQ sistemlerinin aşağıdaki temel performans özelliklerine sahip olması gerekir:
Yüksek hızlı ve yüksek çözünürlüklü örnekleme: Milimetrenin altındaki düzeylerdeki konum değişiklikleri gibi ince hareketleri yakalamak, hem yüksek örnekleme hızları hem de yüksek hassasiyetli çözünürlük gerektirir. Megahertz (MHz) aralığında örnekleme, yüksek hızlı ortamlarda bile hiçbir kritik olayın kaçırılmamasını sağlar.
Çok kanallı eşzamanlı örnekleme: Robotik kolun ve taşıma bandının çalışmasını koordine etmek için, ilgili konum ve zaman verilerini sırayla yakalamak yerine eş zamanlı olarak yakalamak gerekir. Sıralı olarak yakalanan veri akışlarını ilişkilendirmeye çalışmak, taşıma bandında yanlış öğenin seçilmesi veya o öğenin tamamen eksik olması gibi hatalara neden olabilir.
Esnek kodlayıcı desteği: Endüstriyel sistemler genellikle farklı tedarikçilerden gelen bileşenleri kullanır ve bu da karışık kodlayıcı sinyal türlerine neden olur. DAQ sistemi, arayüz mantığı eklenmesini önlemek için birden fazla kodlayıcı modunu desteklemelidir.
Endüstriyel tasarım: Endüstriyel ortamlar elektronik cihazları elektromanyetik girişim, titreşim ve yüksek sıcaklıklar gibi zorlu koşullara maruz bırakabilir. Bu nedenle güvenilir sistem çalışmasını sağlamak ve sistem arızalarını önlemek için uygun DAQ donanımının kullanılması gerekir.
Ölçeklenebilirlik: DAQ sistemleri, tasarımcıların daha fazla kanal veya farklı türde girişler ekleyerek sistemi kolayca genişletmelerine olanak tanıyan modüler tasarımı benimsemelidir. Bu, otomasyon tesisleri genişlemeye devam etse bile yeni robotların, sensörlerin ve üretim hatlarının entegrasyonunun hâlâ sağlanabileceği anlamına geliyor.
Bu çeşitli ihtiyaçları karşılamak için, beraberinde gelen önemli tasarım zorluklarıyla yüzleşmek gerekiyor. Birçok DAQ, genel veri toplama için son derece uygun olmasına rağmen, yüksek hızlı, senkronize hareketi içeren uygulama kriterleri, özel donanım gerektirir.
Hareket kontrol sistemleri için gelişmiş konum ve zaman ölçüm teknolojisi
Advantech tarafından piyasaya sürülen iDAQ-784 yüksek hassasiyetli kodlayıcı sayaç/zamanlayıcı modülü (Şekil 1), bu gereksinimleri karşılamak üzere özel olarak tasarlanmıştır. Bu modül, endüstriyel sistemlerde konum ve zamanın senkron ölçümünü destekleyebilen dört adet evrensel 32 bit kodlayıcı kanalı sağlar. Bu modül, kodlayıcı sinyallerinin hassas zamanlamasını elde etmek için 10 MHz'e kadar giriş frekanslarını destekler.
Advantech'in iDAQ-784 Kodlayıcı Sayacı/Zamanlayıcı Modülü
Şekil 1: iDAQ-784 kodlayıcı sayacı/zamanlayıcı modülü, dört adet 32 bit kanalda eşzamanlı veri toplamayı destekleyerek karmaşık endüstriyel hareket kontrolü uygulamaları için uygun hale getirir. (Resim kaynağı: Advantech)
Yerleşik dijital sinyal filtreleme işlevi, iDAQ-784'ün daha net sinyal iletimi ve daha yüksek ölçüm doğruluğu elde etmesine yardımcı olabilir. Bu, endüstriyel robotlar, hareket kontrol sistemleri ve yüksek hızlı konveyör sistemleri gibi gelişmiş otomasyon uygulamaları için yüksek hassasiyetli sistem düzeyinde karakterizasyon yetenekleri sağlar.
Kodlayıcının giriş, ölçüm ve çıkış modları
IDAQ-784, çeşitli endüstriyel hareket kontrolü ihtiyaçlarını karşılamak için birden fazla giriş sinyali türünü ve ölçüm modunu destekler. Her sayaç kanalı, ± 15 VDC ortak mod voltaj aralığına sahip tek uçlu ve diferansiyel girişleri destekler. Bu modül, konum ölçümü için üç endüstri standardı kodlayıcıyı destekler:
Ortogonal (A/B fazı): Faz farkı 90° olan iki sinyal kanalı (A fazı ve B fazı) kullanılarak konum ve yön senkron olarak belirlenir. Spesifik kodlama yöntemi (X1, X2 veya X4), X4'ün X1'in dört katı çözünürlüğe sahip olduğu, yükselen ve/veya düşen kenarların sayısını sayarak çözünürlüğü belirler.
Çift darbe (CW/CCW): Saat yönünde (CW) ve saat yönünün tersine (CCW) darbeler ayrı giriş hatları kullanır. Sayaç, CW darbesi altında artar ve CCW darbesi altında azalır.
Darbe yönü (işaretli darbe): Bir sinyal darbe oluşturmak için kullanılırken diğer sinyal yönü belirtir. Sayaç, yön sinyalinin durumuna göre artar veya azalır.
Her kodlayıcı girişi, tek uçlu veya diferansiyel kablolama kullanabilir ve konum sıfırlama için bir Z sinyali girişi sağlayabilir. Her sayma kanalı ayrıca zamanlama ve darbe üretimi için birden fazla işlevsel modu destekler:
Olay Sayımı: İsteğe bağlı geçit fonksiyonuyla giriş sinyalinin yükselen veya düşen kenarını sayın.
Frekans ölçümü: Ters döngü yöntemini veya darbe sayma yöntemini kullanarak sinyal frekansını doğru bir şekilde ölçün.
Darbe genişliği ölçümü: dijital sinyalin yüksek ve düşük seviyelerinin süresini ölçer.
Konum ölçümü: Yukarıda belirtilen desteklenen giriş modlarını kullanarak kodlayıcı konumunu izleyin.
Sürekli karşılaştırma (konum karşılaştırması): Pozisyon eşiğine ulaşıldığında bir çıkış darbesi veya kesmesi tetiklenir.
Tek tetikleme (gecikmeli darbe üretimi): Kapı tetiklemesinden ve belirli bir gecikmeden sonra tek bir darbe üretir.
Zamanlayıcı/Darbe Üretimi: Kesme destek fonksiyonuyla sürekli bir darbe dizisi çıkışı sağlar.
Darbe genişliği modülasyonu (PWM): programlanabilir yüksek ve düşük seviye süreleriyle dalga formlarının çıkışı; Sınırlı veya sürekli üretimi destekler.
Bu kapsamlı mod seçimi, endüstriyel sistemlerdeki çeşitli yaygın cihazlarla uyumluluğu sağlar.
Endüstriyel ortamlar için özel olarak tasarlanmıştır
iDAQ-784 ve çevresindeki ekosistem, zorlu endüstriyel ortamlarda yüksek güvenilirlik elde edecek şekilde tasarlanmıştır. Bu modülün nominal çalışma sıcaklığı aralığı -40 ° F ile 158 ° F arasındadır ve bağıl nem %90'a kadardır (yoğuşmasız).
Ayrıca bu modül, fabrika ortamlarında yaygın olarak görülen elektromanyetik girişime direnecek şekilde özel olarak tasarlanmıştır; Dahili dijital sinyal filtresi sinyal netliğini artırabilir ve her kanal diferansiyel sinyal girişini destekleyerek mükemmel ortak mod gürültü bastırma performansı sağlar.
Bu tasarım konsepti aynı zamanda DIN ray standartlarına uygun, sağlam ve dayanıklı tasarımları benimseyen ve endüstriyel dolaplara güvenilir bir şekilde monte edilebilen ekosistem aksesuarlarını da kapsar. Çevresel tolerans, gürültü direnci ve sağlam fiziksel entegrasyonun güçlü birleşimi ile gelişmiş otomasyon uygulamalarında yüksek hassasiyetli sistem düzeyinde karakteristik analiz gerçekleştirilebilir.
Yüksek hızlı ve yüksek hassasiyetli bir DAQ sistemi oluşturma
Bir DAQ oluşturmanın ilk adımı sensörleri bağlamaktır. Öncelikle sensör kablolarını kablo terminallerine bağlayın. Advantech'in ADAM-3937-BE arayüz modülü (Şekil 2) bu amaca yönelik hazır bir çözümdür. Bu 37 pinli modül, 87,2 mm x 112,5 mm x 51 mm boyutlarıyla özellikle DIN ray montajı için tasarlanmıştır ve standart DB37 uyumlu endüstriyel altyapıya kolayca entegre edilebilir.