Motion Control

Synkronisering utan extra kostnad
Industriella bussystem har många fördelar.

CANopen är vanligtvis förstahandsvalet bland de industriella bussystemen. För närvarande håller CANopen på att bli allt mer fördelaktigt. Nya funktioner gör det möjligt att synkronisera och interpolera ett stort antal axlar med varandra.

Detta har redan integrerats i moden drivteknik. Frågan är

Hur kraftfull är en integrerad Bus i förhållande till optionshårdvara?

Hur bra kan man synkronisera med CANopen?

Sammanhängande funktionsklasser

För automatisering av en maskin krävs att man med elektronik och mekatronik behärskar hela rörelseförloppet. Nya möjligheter uppenbarar sig när man med en substitutionsprocess kan ersätta mekaniska rörelser med elektronik. På så sätt närmar sig de tre förut separata funktionsklasserna varandra. PLC-funktioner (programmerbara styrsystem) behövs för att styra en maskin. PLC´n administrerar in- och utgångar för omkopplare, avkännare, sensorer etc. Rörelseförloppet och styrning av maskinen finns integrerade i en PLC. Motion Control (MC) är tillgänglig för maskinrörelser.

Typisk Motion Control är positionering, rörelser med samma varvtal, vinkelsynkrona rörelser, flygande kapning, kamfunktioner, etc.

Stela mekaniska transmissioner ersätts mer och mer med flexibel Motion Control och numeriska styrsystem (NC) koordinerar flera axlar i ett flerdimensionellt rum. Typisk användning för NC är verktygsmaskiner och robotar. Olika koordinatsystem beräknas helt beroende av användningen. Styrningar, drivningar och bussystem klarar idag ofta av flera funktionsklasser samtidigt. Detta gäller på liknande sätt även för bussystemet CANopen, som klarar av alla tre funktionsklasserna.

"Så enkelt har det aldrig förut varit"

CAN är en standardbus för industrianvändning. För drivteknik med högt ställda krav har steg för steg den optimerade drivprofilen DSP402 utvecklats. Alla ledande tillverkare av driv- och styrsystem, bland andra även LUST, har integrerat detta protokoll och därigenom möjliggjort enkel "plug and play" mellan olika komponenter.

Detta uppfattar marknaden som något mycket positivt: "I CDE3000 finns CANopen perfekt integrerad. Så enkelt har det aldrig varit med idrifttagning av en Bus", säger en av Lusts kunder.

Drivregleringen är mycket omfångsrik via "Velocity Mode". I likhet med det tidigare använda analoga gränssnittet kan man här ange hastigheten som börvärde och få återföring av hastigheten som ärvärde.

CANopen kan emellertid mycket mer!

Klivet upp i Motion Control -ligan

"Interpolated Position mode" (IPM) ingår som standard i DSP492. Denna profil öppnar standard-CAN för tillämpningar där man förut använt t ex Sercos med speciell Asics. Med CANopen-IPM överför styrningen cykliskt absoluta positionsvärden via Bussen. Normalt kommer börvärdeinmatning att ske varje 1-5 ms vid körning av en kurvbana. I de fall då man kör med flera axlar, kommer resultatet att bli en mycket konturexakt rörelse eller en mycket högdynamisk synkronrörelse av flera axlar.

Det är här man har de avgörande fördelarna. Med Interpolated Position Mode gör CANopen klivet upp i Motion Control -ligan. Även Cykeltiden tål en jämförelse: Upp till 5 axlar kan köras synkront med en cykeltid på 2 ms vid en överföringshastighet på 1MBaud. Systemet är i det här fallet dimensionerat för maximalt 60% Buslast för att få tillräcklig säkerhetsmarginal.

Vad kan man förvänta sig av ett CANopen utan extra kostnad?

Bussystem har förut alltid förekommit med extrakostnader för tillbehörskort till varje axeldrift. Lust Antriebstechnik har nu integrerat CANopen i sina servodrives: Positionsomriktaren CDB styr asynkronmotorer i området 0,3- 90kW via CANopen. Med CDE3000 kan man göra högdynamisk positionering och synkronisering av servomotorer med märkström 2-170A. Även lågspänningsservot CDF3000 har CANopen integrerat, som matas med likspänning 24-48V. Servoförstärkarna CDB/CDE/CDF3000 har dessutom PLC-funktion, Motion Control och "säkert stopp" integrerade. De finns i spänningsklasserna DC24-48 V, 1 AC 230V, 3 AC 400V och tillgängliga för alla viktiga motorer.

Den integrerade CANopen kan ställas in för överföringshastighet upp till 1 MBaud. Därmed är den lika snabb som ett externt CAN Buskort med egen PLC och den synkroniserar mer exakt.

Användningen av CDB/CDE/CDF3000 med CANopen- IPM är mycket omfattande. Som exempel på tillämpningar finns 3D rörelsekurvor via NC; Tryckerimaskiner med 8 axlar via Motion Control; Med linjärdrivning och momentmotorer vid framställning av minnesmedier samt 2D laserskärmaskiner via NC.

Vilka bussystem kommer att finnas i framtiden?

I framtiden kommer förmodligen Motion Control bussystem att vara baserad på Ethernet fysik. Hos Ethernet saknas dock en avgörande egenskap - Ethernet kan ej arbeta i realtid. För att få den att arbeta i realtid krävs nys protokoll och nya Ethernet chips. Tyvärr så kommer det i framtiden att finnas åtskilliga Ethernetbaserade bussystem med realtidsfunktion - EtherCat, Profinet IRT, Profinet IRT, Powerlink, Sercos 3 och Ethernet IP. LUST kommer som ett första steg att stödja den särskilt snabba EtherCat. Alla dessa system är förknippade med ytterligare hårdvarukostnader. Varje axel behöver ett eget realtid Ethernet chip. Den höga hasigheten har därmed sitt pris.

Redan idag kan man fastställa att CANopen-IPM kommer även i framtiden att vara den Motion Control bus som är mest prisvärd. Motion Control DSP402 profilen inklusive CANopen finns redan idag i CDB/CDE/CDF3000 utan extra kostnad. Dess prestationsförmåga är förträfflig och den därför hävda sig väl jämfört med de mycket dyrare speciallösningarna.

Den som inte är ute efter det maximalt möjliga bör ta en närmare titt på CANopen-IPM - det driftmässiga alternativet.