Este nível disponibiliza um conjunto de quatro grupos funcionais usados para controlar e regular o movimento de eixos individuais e/ou grupos sincronizados de eixos. Destes, três podem ser associados mais diretamente a máquinas de comando numérico: controlo numérico ponto a ponto (NC PTP), controlo numérico por interpolação (NC-I) e CNC. O quarto e último grupo está associado a manipuladores robóticos (Robotics). A licença disponível nesta aplicação, em particular, permite a utilização do modo de controlo ponto a ponto, entre os quais se destacam as seguintes funcionalidades:
Possibilidade de manipulação de até 10 eixos.
Programação realizada com recurso a blocos funcionais PLCopen, de acordo com a norma IEC 61131-3.
Controlo de velocidade e aceleração com possibilidade de escolha de perfis. Suporte de vários encoders (incrementais, absolutos).
Suporte de vários tipos de eixos (servo drives elétricos e hidráulicos, drives passo a passo, drives DC, eixos de simulação…) [4].
O primeiro passo para a criação de um projeto de controlo de movimento é a criação de uma tarefa de controlo e a posterior adição dos eixos pretendidos para essa tarefa (task) [22]. Um esquema da estrutura em árvore deste nível pode ser observado na Figura 21, em que foi definida uma tarefa de controlo do tipo NC PTP à qual foram associados dois eixos tratados como eixos contínuos, isto é, os eixos respondem a um ‘set value’ continuamente variável que é gerado pelo próprio software.
3.2.1 Parametrização do motor passo a passo
Para o correto funcionamento do motor, é necessário que o software saiba qual o eixo associado às suas ordens de comando. Este acoplamento é feito neste módulo de Motion Control através de uma simples conexão entre o eixo em questão e o respetivo elemento físico configurado no módulo I/O. Também é possível a conexão com uma das variáveis a ser tratada pelo PLC de modo a ser possível programar o eixo caso assim seja pretendido, como se pode verificar na Figura 22.
O motor passo a passo AS1030 foi configurado com o controlador disponibilizado por defeito pelo TwinCAT 3. O controlador disponível tem a estrutura que se apresenta na Figura 23. Como se aplica a um motor passo a passo, controlado em malha aberta, não faz sentido falar no valor dos ganhos do controlador pois o terminal gera um número de impulsos calculados para o movimento necessário e o erro será sempre zero. Existe a possibilidade de ocorrer o fenómeno de perda de passos sem que o controlador se aperceba.
Um dos parâmetros mais importantes a configurar é o fator de escala (scaling factor), que permite que o software saiba associar o número de impulsos correspondentes a uma volta completa, que no caso do motor passo a passo é configurado nesta secção (ao contrário do servomotor que é configurado na secção “I/O”). O fator de escala utilizado foi calculado sabendo que cada rotação completa de 360º corresponde a 12800 (64 × 200 micropassos) posições de referência para o controlador. Este valor está de acordo com a indicação no manual do fabricante para o uso do motor sem um encoder associado em que o scaling factor é igual a 0.028125 (=360/12800).
= 𝑆𝑓 (3.1) Onde:
D, é a distância por revolução [º],
N, é o número de posições por revolução, e Sf, é o scaling factor [º / impulso]
Figura 22 - Associação do motor passo a passo no TwinCAT 3
Para além do scaling factor, há que definir a frequência de base de operação do driver em termos do número de passos completos (fullsteps) por segundo, que condicionam a velocidade máxima de operação do motor. Este parâmetro é definido no terminal do motor (EL7031). A Tabela 19 explicita as configurações possíveis para o controlo do motor AS1030 e as respetivas velocidades máximas, expressas em [º/s] e [rpm].
Tabela 19 – Configurações possíveis do motor AS1030
O cálculo das acelerações em jogo pode ser feito de forma direta, especificando um valor, ou de forma indireta através do tempo de aceleração/desaceleração e do perfil de velocidade pretendido (triangular ou trapezoidal). Esta escolha de acelerações é feita na aba de dinâmicas do eixo pretendido como se pode verificar na Figura 24. De acordo com as indicações do fabricante, para reduzir ao máximo os tempos de espera em velocidades que possam fazer com que o motor entre em ressonância, as curvas de aceleração e desaceleração devem ser tão inclinadas quanto possível [17].
Frequência configurada no terminal [fullsteps/s]
Velocidade máxima [º/s] [rpm] 1000 1800 300 2000 3600 600 4000 7200 1200 8000 14400 2400
3.2.2 Parametrização do servomotor e driver
No módulo de I/O, após associação do eixo (AM8021) ao servodrive (AX5103) correspondente (Figura 25
)
, é possível aceder a um menu denominado “Drive Manager” que está responsável por toda esta configuração, inclusivamente calculando automaticamente alguns dos parâmetros necessários à configuração do controlo numérico (NC Task) de acordo com a informação introduzida. É necessário informar o sistema qual o tipo de alimentação a que o motor está sujeito pois isso irá afetar a escolha automática dos parâmetros.A escolha do scaling factor continua a ser de uma grande importância para o correto funcionamento do motor. Neste caso, a resolução da referência de posição angular do servodrive é de 20 bits (220=1048576), assim o scaling factor foi calculado de modo a uma
rotação completa corresponder a esta resolução (360 / 1048576) o que dá um valor de 0.000343 [º/incremento].
É importante referir que o servodrive calculou automaticamente todos os parâmetros dinâmicos após introdução do scaling factor, em oposição ao que foi feito no motor passo a passo, em que foi necessário introduzir todos os valores manualmente. A Figura 26 ilustra a estrutura do controlador disponível para o motor, onde podem ser configurados os ganhos do controlador de posição, do controlador de velocidade, e do controlador de corrente, sendo que foram inicialmente validados os valores que se encontraram por defeito. Os parâmetros calculados pelo próprio drive para o motor em questão estão visíveis na Figura 27.
Figura 25 - Associação do servomotor no TwinCAT 3