E.I_7_8_2005.indb

w w w. e l e k t r o . i n f o . p l

n r 7 - 8 / 2 0 0 5

p r e z e n t a c j a

Wśród rozwiązań napędów dostępnych na rynku dominują systemy zamknięte, o zde-

ﬁniowanej funkcjonalności, na którą użytkownik nie ma wpływu. Realizowane w nich

wszelkie niestandardowe rozwiązania aplikacyjne muszą być wykonane z wykorzysta-

niem sterowania nadrzędnego PLC.

p r e z e n t a c j a

serwonapędy B&R ACOPOS

ekstremalnie szybkie, nadzwyczajnie precyzyjne, niezwykle elastyczne

Piotr Huryń – B&R Automatyka Przemysłowa Sp. z o.o.

irma

&R postanowiła zmienić

tradycyjne podejście do techniki

napędowej, otwierając częściowo sys-
tem operacyjny swoich napędów oraz
udostępniając wyspecjalizowane blo-
ki funkcyjne implementowane przez
użytkownika. W ten sposób użytkow-
nik ma możliwość optymalnego wy-
korzystania wydajnego procesora DSP
(

Digital Signal Processor

) SHARC, wy-

korzystywanego w napędach B

&R, co

gwarantuje realizację złożonych algo-
rytmów bezpośrednio w napędzie
z cyklem 400 µs i przez to odciążenie
oraz jednoczesne uproszczenie nad-
rzędnego systemu sterowania.

bloki funkcyjne ACOPOS

System operacyjny serwonapędów

&R ACOPOS składa się z jednostek

funkcyjnych o zdeﬁniowanych struk-
turach. Przykładami nich są: regulator
prądu, prędkości, pozycji czy też gene-
rator wartości zadanej. W tym przy-
padku użytkownik nie ma możliwo-
ści zmiany struktury jednostek, może
natomiast deﬁniować niektóre ich wej-
ścia i wyjścia. Oprócz tego może two-
rzyć swoje własne algorytmy o zdeﬁ-
niowanych przez siebie strukturach,
wykorzystując opracowane przez B

specjalizowane bloki funkcyjne.

Użytkownik ma do dyspozycji 18

rodzajów bloków funkcyjnych, przy
czym jednocześnie może być użytych
do 8 bloków danego rodzaju. Czas cy-
klu wywoływania bloków funkcyj-
nych jest synchroniczny do cyklu re-
gulatora pozycji (400 µs). Czas wyko-
nania wszystkich bloków funkcyj-
nych jest monitorowany, a przekro-
czenie jego dopuszczalnej wartości
jest sygnalizowane za pomocą odpo-
wiedniego komunikatu.

przykładowe

zastosowania bloków

funkcyjnych ACOPOS

Przełączanie enkoderów „w locie”:

Napęd B

&R ACOPOS posiada dwa

tryby pracy:



praca z jednym enkoderem – za-

montowanym na silniku. Pętle re-
gulacji: prądowej, prędkościowej
i położeniowej korzystają wtedy
z wewnętrznego enkodera silnika,



praca z dwoma enkoderami. Pę-

tla  regulacji  prądowej  i prędko-
ściowej  korzysta  z wewnętrzne-
go  enkodera  silnika,  natomiast
pętla regulacji położeniowej z ze-
wnętrznego enkodera, zamonto-
wanego bezpośrednio na obciąże-
niu. Umożliwia to uniknięcie błę-

dów położenia wynikających z lu-
zów przekładni, poślizgu itp.
Przykładem aplikacji może być

zadanie cięcia desek pod wymiar.
W tym przypadku w ruchu deski wy-
stępuje faza transportu, w której po-
tencjalny poślizg nie ma wpływu na
parametry procesu, oraz faza cięcia,
w której kluczowe znaczenie ma wy-
eliminowanie poślizgu. W pierwszej
fazie serwonapęd uwzględnia wyłącz-
nie enkoder wewnętrzny silnika.

W fazie drugiej deska zostaje do-

ciśnięta rolką dociskową z zamonto-
wanym zewnętrznym enkoderem.
W momencie, gdy deska jest prawidło-
wo dociskana, następuje przełączenie
serwonapędu w czasie 400 µs na tryb
pracy dwuenkoderowy, co eliminuje
powstawanie błędów pozycji na sku-
tek poślizgu rolki napędzającej.
Wykorzystane bloki funkcyjne to:



EVWR-0 – przełącza na pracę 2-en-

koderową po pojawieniu się zbo-
cza narastającego czujnika deski,



EVWR-1 – przełącza na pracę 1-en-

koderową po pojawieniu się zbo-
cza opadającego czujnika deski.

Innym przykładem zastosowania

pracy dwuenkoderowej może być ma-
szyna CNC do cięcia plazmą, w której
bardzo istotna jest odległość palni-
ka od ciętego materiału. Jako sygnał
zwrotny wysokości palnika nad ma-
teriałem można wykorzystać wartość
analogową czujnika pojemnościowe-
go odległości. Wartość ta może być
podana na blok funkcyjny CURVE,
który realizuje funkcję wysokość =
funkcja (wartość analogowa czujnika
położenia). Wyjście z tego bloku jest
kierowane do regulatora pozycji tak
jak w poprzednim przykładzie.
Implementacja mechanizmu kola-
nowego:

W aplikacjach wymagających du-

żej siły docisku, na przykład we wtry-
skarkach, maszynach do termoformo-
wania, rozdmuchiwarkach PET, sto-
suje się serwonapędy w połączeniu
z mechanizmem kolanowym. Zaletą
tego rozwiązania jest duża siła docisku
przy zastosowaniu małego momentu
silnika, wadą natomiast nieliniowa za-
leżność pomiędzy kątem obrotu silni-
ka a położeniem obciążenia.

Rys. 1 Linearyzacja mechanizmu kolanowego

Rys. 2 Praca napędu B&R ACOPOS

w w w. e l e k t r o . i n f o . p l

n r 7 - 8 / 2 0 0 5

Zaimplementowanie matema-

tycznego opisu mechanizmu ko-
lanowego w serwonapędzie B

umożliwia bezpośrednie odwoły-
wanie się do pozycji obciążenia,
a także deﬁniowanie jego proﬁ-
lu prędkości. Zależność pomiędzy
pozycją obciążenia a kątem ϕ na-
pędu można zapisać w postaci funk-
cji, która jest ładowana do napędu
w postaci wielomianów maksymal-
nie 6. rzędu. Napęd synchronizowa-
ny jest do wirtualnej osi, według
załadowanej funkcji ϕ(x). Parame-
try ruchu wirtualnej osi odpowia-
dają wymaganym parametrom ru-
chu obciążenia.
Kompensacja zmiennej inercji ob-
ciążenia w regulatorze prądu:

Dla powyższego przykładu można

wyznaczyć zależność pomiędzy in-
ercją obciążenia a aktualnym kątem
napędu ϕ. Ponieważ w zakresie ru-

chu występują znaczne zmiany war-
tości inercji, mogą się pojawić trudno-
ści z poprawnym dostrojeniem napę-
du. Wyjściem z sytuacji jest zmiana
struktury regulatora prądu poprzez
wprowadzenie elementu addytyw-
nego do zadanego prądu, który bę-
dzie kompensował zmieniające się
obciążenie w zależności od aktual-
nego kąta ϕ.

Funkcję J(ϕ) należy załadować

do napędu i wykorzystać ją w bloku
funkcyjnym CURVE, który na swo-
im wyjściu będzie zwracał aktual-
ną wartość inercji. Operację mnoże-
nia przeprowadzamy za pomocą blo-
ku ARITH, natomiast różniczkowanie
za pomocą bloku PID, z wyłączoną ak-
cją proporcjonalną i całkującą.
Korekcja znacznika folii:

W maszynach pakujących czy dru-

karskich jest to podstawowe zadanie
należące do serwonapędu realizują-

cego posuw folii lub papieru. Sygnał
czujnika znacznika jest podany na
szybkie wejście Trigger (50 µs) w ser-
wonapędzie. Do zapisania wartości
aktualnej pozycji w momencie przyj-
ścia sygnału z czujnika służy blok
funkcyjny LATCH. Można w nim
zdeﬁniować:



parametr, który ma być zatrzaski-

wany: pozycję enodera silnika lub
enkodera zewnętrznego, pozycje
z innych napędów, wyjścia z in-
nych bloków funkcyjnych itp.,



zdarzenie powodujące zatrzaśnię-

cie pozycji – może to być sygnał
z wejścia cyfrowego, pozycja prze-
słana przez sieć, wyjście z innego
bloku funkcyjnego,



minimalną i maksymalną szero-

kość impulsu; sygnały spoza za-
kresu są ignorowane,



kompensację czasu opóźnienia

czujnika,



okno, czyli zakres pozycji, w któ-

rych  jest  spodziewany  sygnał
z czujnika;  ma  to  zastosowanie
w foliach  z kolorowym  nadru-
kiem, mogących wprowadzać fał-
szywe sygnały,



zdeﬁniowane okno jest powie-

lane  co  zadany  interwał,  przy
czym  istnieje  możliwość  korek-
cji  pozycji  okna  od  miejsca  wy-
stąpienia  ostatniego  sygnału
z ograniczeniem  maksymalnej
korekcji.

podsumowanie

Bloki funkcyjne ACOPOS gwaran-

tują dużą elastyczność przy progra-
mowaniu nawet najbardziej skompli-
kowanych zagadnień techniki napę-
dowej, co skutkuje szybkim tworze-
niem efektywnych rozwiązań apli-
kacyjnych.

Rys. 3 Linearyzacja pozycji i kompensacja zmiennej inercji

Rys. 4 Realizacja kompensacji zmiennej inercji obciążenia

Rys. 5 Wykorzystanie funkcji LATCH do korekcji znacznika druku

Nazwa funkcji

Opis

AIO

Obsługa kart analogowych.

ARITH

Operacje arytmetyczne: dodawanie, dodawanie

z czynnikiem wagi, odejmowanie, mnożenie, dzielenie.

CAMCON

Programator krzywkowy: załączanie wyjść w zależności

od pozycji osi Master. Kompensacja czasu załączenia i wyłączenia,

deﬁniowana histereza.

CMP

Komparator, z możliwością deﬁniowania poziomu, okna oraz histerezy.

CURVE

Krzywa – realizuje algorytm y=f(x), gdzie f jest zapisana w postaci

maks. 64 sklejonych wielomianów 6. rzędu. Możliwość skalowania

(przemnażania). Opcja działania cyklicznego, niecyklicznego,

symetrycznego względem osi Y lub środka układu współrzędnych.

DELAY

Opóźnienie: opóźnia zmienne wejściowe o czas 0 – 0.04 s.

DIO

Obsługa kart cyfrowych ACOPOS: we / wy, liczniki.

EEPROM

Możliwość odczytu / zapisu danych umieszczonych

w pamięci ﬂash ACOPOS, enkodera EnDat.

EVWR

Zmiana zadanego parametru po spełnieniu warunku:

osiągnięcia zadanego poziomu lub zbocza określonego parametru.

FIFO

Rejestr przesuwny FIFO z możliwością zarówno deﬁniowania

zdarzenia zapisującego, jak i wypisującego.

IPL

Interpolator – interpoluje dane wejściowe funkcją liniową,

bądź kwadratową. Ustawiany czas otrzymywania zmiennych

wejściowych oraz czas interpolowania.

LATCH

Zatrzaskiwanie zmiennej po wystąpieniu zdeﬁniowanego zdarzenia.

Możliwość zdeﬁniowania okna, minimalnego i maksymalnego czasu

wystąpienia zdarzenia, przesuwania okna

w zależności od miejsca wystąpienia poprzedniego zdarzenia,

kompensacji czasu opóźnienia czujnika.

LOGIC

Operacje logiczne na 4 zmiennych wejściowych: AND, NOT, OR, NOR,

EXOR, EXNOR, (1 AND 2) OR (3 AND 4), (1 OR 2) AND (3 OR 4), itp.

MPGEN

Generator proﬁlu ruchu. Zadawane: prędkość, przyspieszenie.

MUX

Multiplekser – w zależności od poziomu zmiennej na wyjście załączane

jest odpowiednie wejście. Załączenie może być: bezpośrednie,

bądź z kompensacją (w celu eliminacji skoków wartości wyjścia).

PID

Regulator PID, z funkcją ograniczenia akcji całkującej.

VAR

Parametry do wykorzystania przez użytkownika:

całkowite oraz rzeczywiste.

VARITH

Operacje matematyczne na dwóch wektorach 5-elementowych.

Tab. 1 Bloki funkcyjne dostępne w serwonapędach B&R ACOPOS