تعتمد الأنظمة الصناعية الحديثة مثل الروبوتات وأنظمة النقل الآلي على البيانات المتزامنة عالية السرعة لتحسين الأداء وتحسين الكفاءة وتحقيق الصيانة التنبؤية.مع ذلك، فإن التقاط وتنسيق بيانات الموقف والحركة بدقة مستوى الميللي ثانية يمثل تحديا كبيرا.غالبًا ما تفتقر أنظمة الحصول على البيانات القياسية إلى الوظائف المتخصصة المطلوبة للاتصال في الوقت الحقيقي مع المشفرات والمؤقتات، والتي يمكن أن تؤدي إلى انخفاض موثوقية النظام وأعمال اختناقات.
يقدم هذا المقال أولاً باختصار مختلف المتطلبات المطلوبة لقياس الموقف والوقت بسرعة عالية في التطبيقات الصناعية القاسية.يتم تقديم وحدة العداد / العداد المؤقتة من Advantechويتم شرح أنماط الترميز المختلفة وأربعة قنوات عالية السرعة من هذه الوحدة كيف يمكن استخدامها لحل مشاكل المزامنة المعقدة في تطبيقات الروبوتات ومراقبة الحركة.توفر تكوينات النظام النموذجية وأدوات البرمجيات المتوافقة مسار تنفيذ واضح لدمج النظام.
أهمية التحكم الدقيق في الحركة والوقت في العمليات الصناعية
تعتمد الأنظمة الصناعية الحديثة على حركات معقدة ومنظمة، حيث تكون القدرة على التنسيق حاسمة. دعونا ننظر إلى ذراع روبوتية تقوم بجمع المكونات من شريط نقل متحرك.لكي يعمل النظام بشكل طبيعي، يجب أن تكون حركة الذراع الروبوتية متزامنة مع سرعة وموقف الناقل.من الضروري التقاط المعلومات من مصادر بيانات متعددة بدقة مستوى الميللي ثانية وتنسيقها، وهو متطلب تقني صعب للغاية.
يلعب نظام DAQ دورًا رئيسيًا في حل هذه المشكلة. يلتقط النظام بيانات الترميز من محرك محرك الحامل ومفاصل الذراع الروبوتية ،ويقوم بمزامنة هذه القياسات في قنوات متعددة لحساب توقيت اعتراض العناصر بدقة على الحزام النقل.
عند زيادة سرعة الشريط الناقل لتحسين كفاءة الإنتاج ، يجب أن يقوم نظام جمع البيانات (DAQ) باختبار بيانات الموقف والوقت بسرعة لتجنب الأخطاء.قد تؤدي قراءات أجهزة الاستشعار المتأخرة أو المفقودة إلى توقيت غير صحيح لتشغيل المكون الميكانيكي، وحتى تسبب اصطدامات بين المكونات الميكانيكية، مما يؤدي إلى إيقاف التشغيل غير المتوقع وفقدان الإنتاجية.
يدعم نظام DAQ عالي الدقة أيضًا الصيانة التنبؤية. على سبيل المثال ، قد تشير سرعة غير طبيعية أو خطأ في الموقف إلى مشكلة ، مثل ارتداء المحامل أو انزلاق الحزام.من خلال تحليل هذه الإشارات، يمكن للمصممين تحديد الأخطاء المحتملة مسبقاً وتجنب انقطاع التشغيل.
متطلبات DAQ عالية السرعة
لتلبية متطلبات التطبيق هذه، يجب أن تمتلك أنظمة DAQ الخصائص الأساسية للأداء التالية:
أخذ عينات عالية السرعة وذات دقة عالية: يتطلب التقاط الحركات الدقيقة، مثل تغيرات الموقف على مستوى أقل من المليمتر، معدلات أخذ عينات عالية ووضع دقة عالية.يضمن أخذ العينات في نطاق الميه هرتز (ميه هرتز) عدم تفويت أي أحداث حرجة حتى في بيئات عالية السرعة.
أخذ عينات متزامنة متعددة القنوات: من أجل تنسيق تشغيل الذراع الروبوتية والشريط الناقل ، من الضروري التقاط بيانات موقعهم ووقتهم في وقت واحد ،بدلا من التقاطها بالتسلسلقد تؤدي محاولة ربط تدفقات البيانات التي تم التقاطها بشكل متسلسل إلى أخطاء، مثل اختيار العنصر الخاطئ على الشريط الناقل أو فقدان هذا العنصر تمامًا.
دعم مرن للمشفرات: غالباً ما تستخدم الأنظمة الصناعية مكونات من موردين مختلفين ، مما يؤدي إلى أنواع إشارات مشفرة مختلطة.يجب أن يدعم نظام DAQ أنماط تشفير متعددة لتجنب إضافة منطق الواجهة.
التصميم الصناعي: يمكن أن تعرض البيئات الصناعية الأجهزة الإلكترونية لظروف قاسية مثل التداخل الكهرومغناطيسي والاهتزازات ودرجات الحرارة العالية.لضمان تشغيل نظام موثوق به ومنع فشل النظام، يجب استخدام أجهزة DAQ المناسبة.
قابلية التوسع: يجب أن تتبنى أنظمة DAQ تصميمًا وحداتيًا ، مما يسمح للمصممين بتوسيع النظام بسهولة عن طريق إضافة المزيد من القنوات أو أنواع مختلفة من المدخلات.هذا يعني أنه حتى مع استمرار توسيع مرافق الأتمتة، لا يزال من الممكن ضمان دمج الروبوتات الجديدة، وأجهزة الاستشعار، وخطوط الإنتاج.
لتلبية هذا النطاق المتنوع من الاحتياجات ، من الضروري مواجهة تحديات التصميم الكبيرة التي تأتي معها. على الرغم من أن العديد من DAQs مناسبة للغاية لاستحواذ البيانات العامة ، إلا أنمعايير التطبيق المتعلقة بالسرعات العاليةالحركة المتزامنة تتطلب أجهزة متخصصة
تكنولوجيا قياس الموقف والزمان المتقدمة لأنظمة تحكم الحركة
تم تصميم وحدة iDAQ-784 عالية الدقة لمعداد الترميز / مؤقت (الشكل 1) التي أطلقتها Advantech خصيصًا لتلبية هذه المتطلبات.توفر هذه الوحدة أربع قنوات ترميز عالمية 32 بت، والتي يمكن أن تدعم قياس متزامن للموقف والوقت في الأنظمة الصناعية. تدعم هذه الوحدة ترددات الإدخال تصل إلى 10 ميغا هرتز لتحقيق توقيت دقيق لإشارات الترميز.
وحدة العداد/المؤقتة iDAQ-784
الشكل 1: وحدة iDAQ-784 العداد / مؤقت المؤشر تدعم جمع البيانات في وقت واحد على أربع قنوات 32 بت، مما يجعلها مناسبة لتطبيقات التحكم في الحركة الصناعية المعقدة.(مصدر الصورة(أدفانتش)
يمكن أن تساعد وظيفة تصفية الإشارة الرقمية المدمجة iDAQ-784 في تحقيق نقل إشارة أكثر وضوحًا ودقة قياس أعلى.هذا يوفر قدرات تصنيف مستوى النظام عالية الدقة لتطبيقات الأتمتة المتقدمة، مثل الروبوتات الصناعية، وأنظمة التحكم في الحركة، وأنظمة النقل عالية السرعة.
أنماط الدخول والقياس والإخراج من الترميز
يدعم IDAQ-784 أنواع إشارات إدخال متعددة وأوضاع قياس لتلبية مختلف احتياجات التحكم في الحركة الصناعية. تدعم كل قناة عداد إدخالات واحدة ومختلفة ،مع نطاق جهد الوضع المشترك من ± 15 VDCهذه الوحدة تدعم ثلاثة ملفات تشفير قياسية للصناعة لقياس الموقف:
المنعطف (المرحلة A / B): باستخدام قناتين إشارة (المرحلة A والمرحلة B مع فرق مرحلي 90 ° ، يتم تحديد الموقف والاتجاه بالتزامن. طريقة الترميز المحددة (X1 ،إكس 2، أو X4) يحدد الدقة من خلال حساب عدد الحواف الصاعدة و / أو الهبوطية ، حيث X4 لديه دقة أربعة أضعاف X1.
نبضة مزدوجة (CW / CCW): نبضات في اتجاه عقارب الساعة (CW) ومعاكسة عقارب الساعة (CCW) تستخدم خطوط إدخال منفصلة. يزداد العداد تحت نبض CW ويقلل تحت نبض CCW.
اتجاه النبض (النبض الموقع): يتم استخدام إشارة واحدة لتوليد نبض ، بينما تشير الإشارة الأخرى إلى الاتجاه.الزيادات أو الانخفاضات العدادية على أساس حالة الإشارة الاتجاهية.
يمكن لكل مدخل مشفر استخدام سلك واحد أو اختلافي ، وتوفير مدخل إشارة Z لإعادة تعيين الموقف.كل قناة العد تدعم أيضًا أوضاع وظيفية متعددة لتوقيت وتوليد النبضات:
عدد الأحداث: يحتسب الحافة الصاعدة أو المنخفضة لإشارة المدخل، مع وظيفة البوابة الاختيارية.
قياس التردد: قياس دقيق لتردد الإشارة باستخدام طريقة الدورة العكسية أو طريقة حساب النبض.
قياس عرض النبض: يقيس مدة المستويات العالية والمنخفضة للإشارة الرقمية.
قياس الموقع: تتبع موقع المشفر باستخدام أنماط الإدخال المدعومة المذكورة أعلاه.
المقارنة المستمرة (مقارنة الموقف): عندما يتم الوصول إلى عتبة الموقف ، يتم تشغيل نبضة إخراج أو انقطاع.
إطلاق واحد (إنتاج نبض متأخر): بعد إطلاق البوابة وتأخير محدد ، أخرج نبضة واحدة.
جهاز توقيت / توليد نبضات: تصدر سلسلة نبضات مستمرة مع وظيفة دعم الانقطاع.
تعديل عرض النبضات (PWM): تصدير أشكال الموجات مع مدة مستوى عالية ومنخفضة قابلة للبرمجة. يدعم توليد محدود أو مستمر.
هذا الاختيار الواسع للأنماط يضمن التوافق مع العديد من الأجهزة الشائعة في الأنظمة الصناعية.
مصممة خصيصاً للبيئات الصناعية
تم تصميم iDAQ-784 ونظامها الإيكولوجي المحيط به لتحقيق موثوقية عالية في البيئات الصناعية القاسية. نطاق درجة حرارة تشغيل هذه الوحدة هو -40 درجة فهرنهايت إلى 158 درجة فهرنهايت،مع رطوبة نسبية تصل إلى 90% (غير مكثفة).
بالإضافة إلى ذلك، تم تصميم هذه الوحدة خصيصًا لمقاومة التداخلات الكهرومغناطيسية الشائعة في بيئات المصانع؛ يمكن لفلتر الإشارة الرقمية المدمج فيها تحسين وضوح الإشارة،و كل قناة تدعم إدخال إشارة تفاضلية، لتحقيق أداء ممتاز في قمع الضوضاء في الوضع الشائع.
يمتد هذا المفهوم التصميمي أيضًا إلى ملحقات النظام البيئي ، والتي تتبنى تصاميم قوية ودائمة تتوافق مع معايير DIN للسكك الحديدية ويمكن تثبيتها بثقة في الخزانات الصناعية.مع الجمع القوي للتسامح البيئي، مقاومة الضوضاء، والتكامل المادي القوي، يمكن إجراء تحليل الخصائص على مستوى النظام بدقة عالية على تطبيقات الأتمتة المتقدمة.
بناء نظام DAQ عالي السرعة والدقة
الخطوة الأولى في بناء DAQ هي ربط أجهزة الاستشعار أولاً، ربط أجهزة الاستشعار بالأسلاكوحدة واجهة ADAM-3937-BE من Advantech (الشكل 2) هي حل جاهز لهذا الغرضتم تصميم هذه الوحدة ذات 37 دبوس خصيصًا لتركيب قاطرة DIN ، بأبعاد 87.2 ملم × 112.5 ملم × 51 ملمويمكن دمجها بسهولة مع البنية التحتية الصناعية المتوافقة مع DB37 القياسية.