I moderni sistemi industriali come la robotica e i sistemi di trasportatori automatizzati si basano su dati sincronizzati ad alta velocità per ottimizzare le prestazioni, migliorare l'efficienza e ottenere la manutenzione predittiva.Tuttavia, la cattura e il coordinamento dei dati di posizione e di movimento con precisione a livello di millisecondi è una sfida importante.I sistemi standard di acquisizione dei dati (DAQ) spesso mancano delle funzionalità specializzate necessarie per la connessione in tempo reale con codificatori e timer, il che può comportare una minore affidabilità del sistema e ostruzioni delle prestazioni.
Questo articolo presenta in primo luogo brevemente i vari requisiti necessari per la misurazione ad alta velocità della posizione e del tempo in applicazioni industriali difficili.Introduzione del modulo contatore/timer di codifica di Advantech, e le varie modalità di codifica e i quattro canali ad alta velocità di questo modulo sono spiegati come possono essere utilizzati per risolvere complessi problemi di sincronizzazione nelle applicazioni di robot e controllo del movimento.Configurazioni tipiche del sistema e strumenti software compatibili forniscono un percorso di implementazione chiaro per l'integrazione del sistema.
L'importanza del controllo preciso del movimento e del tempo nei processi industriali
I moderni sistemi industriali si basano su movimenti complessi e ordinati, in cui la capacità di coordinamento è fondamentale.Per il normale funzionamento del sistema, il movimento del braccio robotico deve essere sincronizzato con la velocità e la posizione del trasportatore.è necessario acquisire informazioni da più fonti di dati con precisione di livello millisecondi e coordinarle, che è un requisito tecnico molto impegnativo.
Il sistema DAQ svolge un ruolo centrale nella soluzione di questo problema.e sincronizza queste misurazioni in più canali per calcolare con precisione il tempo di intercettazione degli elementi sul nastro trasportatore.
Quando si aumenta la velocità del nastro trasportatore per migliorare l'efficienza della produzione, il sistema di acquisizione dei dati (DAQ) deve campionare rapidamente i dati di posizione e di tempo per evitare errori.Le letture dei sensori ritardate o mancanti possono comportare una tempistica errata del funzionamento dei componenti meccanici, e possono anche causare collisioni tra componenti meccanici, con conseguenti arresti imprevisti e perdita di produttività.
Il sistema DAQ ad alta precisione supporta anche la manutenzione predittiva. Ad esempio, una velocità anormale o un errore di posizione possono indicare un problema, come l'usura del cuscinetto o lo slittamento della cintura.Analizzando questi segnali, i progettisti possono individuare in anticipo eventuali guasti ed evitare interruzioni operative.
Requisiti per il DAQ ad alta velocità
Per soddisfare tali requisiti applicativi, i sistemi DAQ devono possedere le seguenti caratteristiche di prestazione chiave:
Campionamento ad alta velocità e ad alta risoluzione: la cattura di movimenti sottili, come i cambiamenti di posizione a livello sub millimetrico, richiede sia elevati tassi di campionamento che una risoluzione di alta precisione.Il campionamento nella gamma di megahertz (MHz) garantisce che nessun evento critico venga mancato anche in ambienti ad alta velocità.
campionamento simultaneo multicanale: al fine di coordinare il funzionamento del braccio robotico e del nastro trasportatore, è necessario catturare simultaneamente i rispettivi dati di posizione e di tempo,Invece di catturarli sequenzialmenteIl tentativo di correlazionare i flussi di dati sequenzialmente catturati può comportare errori, come la selezione del punto sbagliato sul nastro trasportatore o l'assenza completa di tale punto.
Supporto flessibile per codificatori: i sistemi industriali spesso utilizzano componenti di fornitori diversi, con conseguente miscela di tipi di segnale di codificatore.Il sistema DAQ dovrebbe supportare modalità di codifica multiple per evitare l'aggiunta di logica di interfaccia.
Progettazione industriale: gli ambienti industriali possono esporre i dispositivi elettronici a condizioni difficili quali interferenze elettromagnetiche, vibrazioni e alte temperature.per garantire un funzionamento affidabile del sistema e prevenire guasti del sistema, deve essere utilizzato un hardware DAQ appropriato.
Scalabilità: i sistemi DAQ dovrebbero adottare una progettazione modulare, consentendo ai progettisti di espandere facilmente il sistema aggiungendo più canali o diversi tipi di input.Ciò significa che anche se le strutture di automazione continuano ad espandersi, l'integrazione di nuovi robot, sensori e linee di produzione può ancora essere garantita.
Per soddisfare questa vasta gamma di esigenze, è necessario affrontare le significative sfide di progettazione che ne derivano.Criteri di applicazione relativi a trasporti ad alta velocità, il movimento sincrono richiede hardware specializzato.
Tecnologia avanzata di misurazione della posizione e del tempo per i sistemi di controllo del movimento
Il modulo iDAQ-784 di alta precisione per il contatore/timer di codifica (figura 1) lanciato da Advantech è stato progettato specificamente per soddisfare questi requisiti.Questo modulo fornisce quattro canali di codifica universali a 32 bit, che può supportare la misurazione sincrona della posizione e del tempo nei sistemi industriali.
Contatore/modulo timer iDAQ-784 di Advantech
Figura 1: Il modulo iDAQ-784 codificatore contatore/timer supporta l'acquisizione simultanea di dati su quattro canali a 32 bit, rendendolo adatto a complesse applicazioni industriali di controllo del movimento.(Fonte immagine)(Advantech)
La funzione di filtraggio del segnale digitale integrata può aiutare iDAQ-784 a raggiungere una trasmissione del segnale più chiara e una maggiore precisione di misura.Questo fornisce capacità di caratterizzazione a livello di sistema di alta precisione per applicazioni avanzate di automazione, quali robot industriali, sistemi di controllo del movimento e sistemi di trasporto ad alta velocità.
modalità di ingresso, misurazione e uscita dell'encoder
IDAQ-784 supporta più tipi di segnale di ingresso e modalità di misurazione per soddisfare diverse esigenze di controllo del movimento industriale.con un'ampiezza di corrente superiore a 50 W,Questo modulo supporta tre codificatori standard del settore per la misurazione della posizione:
Ortogonale (fase A/B): utilizzando due canali di segnale (fase A e fase B) con una differenza di fase di 90°, la posizione e la direzione sono determinate in modo sincrono.X2, o X4) determina la risoluzione contando il numero di bordi in salita e/o in discesa, dove X4 ha una risoluzione quattro volte superiore a quella di X1.
Doppia pulsazione (CW/CCW): pulsazioni in senso orario (CW) e in senso antiorario (CCW) utilizzano linee di ingresso separate.
Direzione dell'impulso (impulso segnato): un segnale viene utilizzato per generare un impulso, mentre l'altro segnale indica la direzione.Gli incrementi o i decrementi del contatore in base allo stato del segnale direzionale.
Ogni ingresso di codificatore può utilizzare cablaggi singoli o differenziali e fornire un ingresso di segnale Z per il ripristino della posizione.Ogni canale di conteggio supporta anche più modalità funzionali per la generazione di tempo e impulsi:
Conteggio degli eventi: conta il bordo ascendente o discendente del segnale di ingresso, con funzione di gating opzionale.
Misurazione della frequenza: misurare con precisione la frequenza del segnale utilizzando il metodo del ciclo inverso o il metodo del conteggio degli impulsi.
Misurazione della larghezza dell'impulso: misura la durata dei livelli alti e bassi di un segnale digitale.
Misurazione della posizione: monitorare la posizione dell'encoder utilizzando le modalità di input supportate sopra menzionate.
Confronto continuo (confronto di posizione): quando viene raggiunta la soglia di posizione, viene innescato un impulso di uscita o un'interruzione.
Azionamento di un singolo pulsante (generazione di impulsi ritardati): dopo l'azionamento del gate e un ritardo specificato, rilasciare un singolo impulso.
Timer/Generazione di impulsi: emette una linea di impulsi continua con funzione di supporto all'interruzione.
Modulazione della larghezza dell'impulso (PWM): produzione di forme d'onda con durata di alto e basso livello programmabile; supporta la generazione limitata o continua.
Questa ampia scelta di modalità assicura la compatibilità con vari dispositivi comuni nei sistemi industriali.
Confezionati per l'uso in ambienti industriali
L'iDAQ-784 e il suo ecosistema circostante sono progettati per ottenere un'elevata affidabilità in ambienti industriali difficili.con una umidità relativa superiore al 90% (non condensante).
Inoltre, questo modulo è specificamente progettato per resistere alle interferenze elettromagnetiche comuni negli ambienti di fabbrica; il suo filtro di segnale digitale integrato può migliorare la chiarezza del segnale,e ogni canale supporta l'input di segnale differenziale, ottenendo eccellenti prestazioni di soppressione del rumore in modalità comune.
Questo concetto di progettazione si estende anche agli accessori ecosistemici, che adottano disegni robusti e durevoli conformi alle norme ferroviarie DIN e possono essere installati in modo affidabile in armadi industriali.Con la potente combinazione di tolleranza ambientale, resistenza al rumore e robusta integrazione fisica, l'analisi delle caratteristiche a livello di sistema ad alta precisione può essere eseguita su applicazioni avanzate di automazione.
Costruire un sistema DAQ ad alta velocità e precisione
Il primo passo per costruire un DAQ è collegare i sensori.Il modulo di interfaccia ADAM-3937-BE di Advantech (figura 2) è una soluzione pronta a tale scopo.Questo modulo a 37 pin è progettato appositamente per l'installazione su rotaie DIN, con dimensioni di 87,2 mm x 112,5 mm x 51 mm,e può essere facilmente integrato con l'infrastruttura industriale compatibile DB37 standard.