SoftMotion – synchronizacja serwonapędów przy pomocy sterownika PLC
Kurs programowania w Codesys odc. 13

Zapraszamy na kolejny odcinek naszego kursu. Będzie on poświęcony synchronizacji serwonapędów przy pomocy sterownika PLC za pomocą oprogramowania SoftMotion.

Czym jest SoftMotion?

Codesys SoftMotion to oprogramowanie do sterowania ruchem, które jest wykorzystywane jako środowisko programistyczne i wykonawcze w układach PLC, pozwalające na użycie ogólnoświatowego standardu PLCOpen. Dzięki temu można efektywnie tworzyć układy ruchu w PLC. Wiele maszyn i instalacji wymaga uniwersalnego sterownika do sekwencji ruchów obok programu logicznego. Nowoczesne platformy procesorowe pozwalają na przetwarzanie zadań sterowania ruchem, CNC i robotyki na tych samych urządzeniach, co sterowanie logiczne. Otwarta architektura Codesys pozwala na połączenie lub integrację zewnętrznych narzędzi inżynierskich do planowania i sterowania ruchem, zarówno dla prostych ruchów, jak i bardziej złożonych. Aplikacje, które zawierają kontrolę przepływu i sterowanie procesem, również mieszczą się w zakresie zastosowań Codesys SoftMotion.

Najważniejsze funkcje pakietu SoftMotion to:

• Inżynieria projektu ruchu z wykorzystaniem modułów biblioteki funkcji.
• Konfiguracja napędów z obsługą magistrali Fieldbus.
• Oddzielenie tworzenia aplikacji od zastosowanego sprzętu poprzez wydzielenie napędów z nazwami grup napędów w drzewie urządzeń.
• Planowanie ruchu z edytorem krzywek.
• Zintegrowane planowanie ruchu: z edytorem 3D CNC wg DIN 66025 (G code) i edytorem tabelarycznym z wartościami współrzędnych dla pozycji robota w różnych układach współrzędnych.
• Edycja online programów CNC w Codesys Visualization.

W pakiecie SoftMotion możemy wyróżnić:

• Edytor w Codesys SoftMotion: pozwala na konfigurację sprzętu napędu poprzez interfejs użytkownika. Tworzona jest instancja bloku funkcyjnego IEC reprezentująca napęd, który automatycznie komunikuje się z napędem fizycznym. Program IEC może adresować napęd za pomocą bloków funkcyjnych bibliotek SoftMotion lub można opracować własne bloki funkcyjne. Ustawione wartości są cyklicznie zapisywane przez bloki funkcyjne.
• Edytor CNC: w nim generujemy wielowymiarowe ruchy. Ścieżki CNC tworzymy przy pomocy edytora tekstowego lub graficznego. Alternatywnie do edytora tekstowego można pracować w uproszczonym widoku tabelarycznym.
• Konfiguracja grupy osi: grupa osi definiuje relacje pomiędzy kilkoma mechanicznie zależnymi osiami, które wspólnie pozycjonują i orientują narzędzie lub płytę narzędziową w przestrzeni. Przy pomocy konfiguratora wybierasz i konfigurujesz kinematykę, która ma być stosowana. Dodatkowo można przyporządkować osie SoftMotion.

Ciekawą funkcjonalnością jest możliwość tworzenia osi wirtualnych. Taką oś można też ustanowić osią wiodącą dla całej maszyny, a osie fizyczne skonfigurować jako podrzędne. Biblioteka SoftMotion zawiera też obiekty do wizualizacji pracy serwonapędów, co przyspiesza programowanie i uruchamianie serwonapędów.

Typowe zastosowania biblioteki SoftMotion to aplikacje typu:

• Weź i odłóż (Pick&Place), np. pobranie detalu i umieszczenie go w określonym miejscu w półprodukcie przesuwanym na taśmociągu – a więc synchronizacja pozycji i prędkości z taśmociągiem.
• Nadruki na produktach i opakowaniach (Labelling), np. nadruki realizowane z użyciem elektronicznej krzywki CAM, w tym wykrywanie znaczników początku dla nadruków i etykiet, itp.
• Wtryskarki (Injection Moulding Machine), wykorzystujące zmianę w locie sterowania pozycją na sterowanie momentem siły.

Konfiguracja SoftMotion w sterowniku PLC

Aby zacząć projektowanie z pomocą SoftMotion, należy wybrać urządzenie SoftMotion w oknie dialogowym kreacji projektu.

Po utworzeniu projektu, spójrz na drzewko projektowe znajdujące się po lewej stronie okna. Zobaczysz, że pod głównym taskiem pojawił się nowy obiekt o nazwie SoftMotion General Axis Pool. Jest to konektor, który stanowi swego rodzaju hub dla urządzeń SoftMotion, gdzie możesz dodać  nowe urządzenie. Aby to zrobić, naciśnij prawym przyciskiem myszy i z menu wybierz opcje Add Device.

Następnie wybierz wirtualny serwonapęd. Znajdziesz go pod nazwą w sekcji Virtual Drives pod nazwą SM_Drive_Virtual i dodaj go do projektu poprzez podwójne kliknięcie. Do wykonania projektu będą potrzebne dwa serwonapędy, więc dodaj kolejny napęd do drzewka projektowego.

Synchronizacja serwonapędów za pomocą SoftMotion

W ramach tego odcinka kursu wykonasz program sekwencyjny z wykorzystaniem gotowych bloków funkcyjnych zawartych w licencji SoftMotion. Najpierw poznasz bloki funkcyjne, które posłużą do regulacji pracy serwonapędów, a następnie skonstruujesz program sekwencyjny, które serwonapędy będą wykonywać.

Plik opisywanej w tym odcinku aplikacji możesz ściągnąć, korzystając z tego linku.

Bloki, które wykorzystasz to:

• MC_Power – blok funkcyjny kontrolujący zasilanie.
• MC_Home – blok ten wykonuje proces ustawienia serwonapędu do pozycji domowej.
• MC_MoveRelative – realizacja kontrolowanego ruchu na określoną odległość.
• MC_Stop – zatrzymanie pracy serwonapędu podczas ruchu.

Aby móc właściwie korzystać z tych bloków, musisz zapoznać się z opisem i działaniem wejść oraz wyjść poszczególnych elementów.

MC_Power

MC_Home

MC_MoveRelative

MC_Stop

Następnie stwórz nowy blok funkcyjny, wykorzystujący język strukturalny ST, o nazwie „Sekwencja”. W nim zapiszesz program, który będzie realizowany przez napędy.

Zadeklaruj następujące zmienne w bloku funkcyjnym:

VAR_INPUT
	inicjacja:BOOL; //zmienna inicjująca rozpoczęcie sekwencji
	done_ax1:BOOL; //wykonanie ruchu przez serwonapęd nr1
	done_ax2:BOOL; //wykonanie ruchu przez serwonapęd nr2
END_VAR
VAR_OUTPUT
	start_axis_1:BOOL; //sygnał rozpoczęcia ruchu serwonapędu nr1
	start_axis_2:BOOL; //sygnał rozpoczęcia ruchu serwonapędu nr2
END_VAR
VAR
	dexec_1:BOOL; //zmienna pomocnicza, sygnalizująca czy serwonapęd wykonuje ruch
	dexec_2:BOOL; //zmienna pomocnicza, sygnalizująca czy serwonapęd wykonuje ruch
	Bufor_1:ton; //zegary pomocnicze
	Bufor_2:ton; 
END_VAR

Następnie zapisz następujący kod w bloku funkcyjnym:

IF PLC_PRG.Zasilanie_a1.bDriveStart AND PLC_PRG.Zasilanie_a2.bDriveStart THEN //start sekwencji
	IF inicjacja THEN
		start_axis_1:=TRUE;
		dexec_1:=1;
		dexec_2:=0;
		start_axis_2:=FALSE;
	END_IF
	IF done_ax1=FALSE AND dexec_1 AND inicjacja=0 THEN //ruch serwonapędu nr 1
		dexec_1:=0;
		start_axis_2:=TRUE;
		start_axis_1:=FALSE;
	END_IF
	Bufor_1(IN:=start_axis_2,PT:= T#2S); //2 sekundy stopu przed kolejnym ruchem
	IF Bufor_1.Q THEN
		dexec_2:=1;
	END_IF
	IF done_ax2=TRUE AND dexec_2 AND inicjacja=0 THEN //ruch serwonapędu nr 2
		start_axis_1:=TRUE;
		dexec_2:=0;
		start_axis_2:=FALSE;

	END_IF
	Bufor_2(IN:=start_axis_1,PT:= T#2S); //2 sekundy stopu przed kolejnym ruchem
	IF Bufor_2.Q THEN
		dexec_1:=1;
	END_IF
END_IF

Ostatnim etapem jest stworzenie programu, korzystającego z wyżej wymienionych bloków funkcyjnych. Program został stworzony w języku CFC, a zatem końcowy rezultat programowania będzie wyglądać następująco:

Całością aplikacji sterowana jest z poziomu wizualizacji. Należy do niej dodać pola tekstowe do wpisywania oraz wyświetlania parametrów, dedykowane blokom funkcyjnym panele wizualizacyjne oraz wizualizacje serwonapędów wraz z przyciskiem inicjującym sekwencję. Dodaj pola tekstowe dla zmiennej dist, vel, acc oraz dec. Aby do pola tekstowego można było wpisywać nowe wartości, należy otworzyć pasek właściwości obiektu, a następnie w sekcji Input Configuration skonfiguruj opcję OnClick. Wybierz akcję WriteVariable i przypisz do niej odpowiednią zmienną.

Aby pole tekstowe wyświetlało wartość zmiennej, do pustego pola tekstowego, w sekcji Texts, w opcji TextVariable wpisz nazwe zmiennej, której wartość ma być wyświetlana.

Dodatkowo dopisz w polach tekstowych tekst określający zmienną oraz znak „%f”, przykładowo „Prędkość: %f”. Znak %f spowoduje możliwość wyświetlania zmiennej w formie dziesiętnej.

Przejdź teraz do dodania paneli sterujących blokami funkcyjnymi należącymi do licencji SoftMotion oraz wizualizacji serwonapędu.

W zakładce Visualisation Toolbox, wybierz filtr SM3_Basic. Znajdują się tam panele, które możesz wyszukać wpisując nazwę bloku z programu, przykładowo „MC_POWER”, w wyszukiwarce znajdującej się na dole zakładki.

Każdy blok posiada dwie wersje panelu, jednakże najlepiej wybrać wersję NEW. Dodaj panele MC_Power, MC_Stop oraz MC_Home, po jednym dla każdego serwonapędu. Do każdego panelu należy dodać referencję do bloku funkcyjnego z programu poprzez wpisanie nazwy instancji bloku, tak jak na poniższej ilustracji.

Aby dodać wizualizację serwonapędu, wyszukaj w tym samym miejscu element RotDrive i dodaj referencję w ten sam sposób, wpisując jego nazwę, widoczną w drzewku projektowym.

Ostatnim elementem jest dodanie przycisku, który zainicjuje sekwencję serwonapędów. Znajdziesz go w Common Controls pod nazwą RockerSwitch. W polu Variable przypisz mu zmienną inicjującą program.

Aby aplikacja działała poprawnie, wpisz parametry: prędkość, dystans, hamowanie, przyśpieszenie. Naciśnij wszystkie przyciski w panelach MC_Power, tak aby wskazówka na serwonapędach zmieniła kolor na niebieski oraz trzy pierwsze diody na panelu zaświeciły się na zielono, a następnie dwukrotnie naciśnij przycisk inicjalizacji sekwencji.

Autor artykułu: Mateusz Steczkowski

Plik opisywanej w tym odcinku aplikacji możesz ściągnąć, korzystając z tego linku.