Los sistemas industriales modernos como la robótica y los sistemas de transportadores automatizados dependen de datos sincronizados de alta velocidad para optimizar el rendimiento, mejorar la eficiencia y lograr un mantenimiento predictivo.Sin embargo, la captura y coordinación de datos de posición y movimiento con una precisión de milisegundos es un gran desafío.Los sistemas de adquisición de datos estándar (DAQ) a menudo carecen de la funcionalidad especializada requerida para la conexión en tiempo real con codificadores y temporizadores, lo que puede conducir a una disminución de la fiabilidad del sistema y a cuellos de botella en el rendimiento.
En este artículo se presentan, en primer lugar, brevemente los diversos requisitos necesarios para la medición de posición y tiempo a alta velocidad en aplicaciones industriales adversas.Se introduce el módulo de contador/timer de codificación de Advantech, y se explican los diversos modos de codificación y los cuatro canales de alta velocidad de este módulo y cómo se pueden utilizar para resolver problemas de sincronización complejos en aplicaciones de robots y control de movimiento.Las configuraciones típicas del sistema y las herramientas de software compatibles proporcionan un camino de implementación claro para la integración del sistema.
La importancia del control preciso del movimiento y del tiempo en los procesos industriales
Los sistemas industriales modernos dependen de movimientos complejos y ordenados, en los que la capacidad de coordinación es crucial.Para que el sistema funcione normalmentePara ello, el movimiento del brazo robótico debe estar sincronizado con la velocidad y la posición del transportador.Es necesario capturar información de múltiples fuentes de datos con una precisión de milisegundos y coordinarla., que es un requisito técnico muy difícil.
El sistema DAQ desempeña un papel central en la solución de este problema: el sistema captura los datos del codificador del motor de transmisión del transportador y de las articulaciones del brazo robótico.y sincroniza estas mediciones en múltiples canales para calcular con precisión el tiempo de la interceptación de elementos en la cinta transportadora.
Al aumentar la velocidad de la cinta transportadora para mejorar la eficiencia de la producción, el sistema de adquisición de datos (DAQ) debe tomar rápidamente muestras de datos de posición y tiempo para evitar errores.Las lecturas tardías o faltantes de los sensores pueden dar lugar a una sincronización incorrecta del funcionamiento del componente mecánico, e incluso causar colisiones entre componentes mecánicos, lo que resulta en apagones inesperados y pérdida de productividad.
El sistema DAQ de alta precisión también admite mantenimiento predictivo. Por ejemplo, una velocidad anormal o un error de posición pueden indicar un problema, como el desgaste de los rodamientos o el deslizamiento de la correa.Al analizar estas señales, los diseñadores pueden identificar de antemano posibles fallos y evitar interrupciones de funcionamiento.
Requisitos para el DAQ de alta velocidad
Para cumplir con estos requisitos de aplicación, los sistemas DAQ deben poseer las siguientes características clave de rendimiento:
Muestreo de alta velocidad y alta resolución: la captura de movimientos sutiles, como cambios de posición a nivel submilimétrico, requiere tanto altas tasas de muestreo como una resolución de alta precisión.El muestreo en el rango de megahertz (MHz) garantiza que no se pierdan eventos críticos incluso en entornos de alta velocidad.
Muestreo simultáneo multicanal: para coordinar el funcionamiento del brazo robótico y de la cinta transportadora, es necesario capturar simultáneamente sus respectivos datos de posición y tiempo,En lugar de capturarlos secuencialmenteEl intento de correlacionar los flujos de datos capturados secuencialmente puede dar lugar a errores, como seleccionar el elemento equivocado en la cinta transportadora o perder por completo ese elemento.
Soporte flexible para codificadores: los sistemas industriales a menudo utilizan componentes de diferentes proveedores, lo que resulta en tipos de señales de codificadores mixtos.El sistema DAQ debe soportar múltiples modos de codificación para evitar la adición de interfaz lógica.
Diseño industrial: los entornos industriales pueden exponer los dispositivos electrónicos a condiciones adversas como interferencias electromagnéticas, vibraciones y altas temperaturas.para garantizar un funcionamiento fiable del sistema y prevenir fallos del sistema, debe utilizarse el hardware DAQ adecuado.
Escalabilidad: los sistemas DAQ deben adoptar un diseño modular, lo que permite a los diseñadores expandir fácilmente el sistema mediante la adición de más canales o diferentes tipos de entradas.Esto significa que incluso a medida que las instalaciones de automatización continúan expandiéndose, la integración de nuevos robots, sensores y líneas de producción aún puede garantizarse.
Aunque muchos DAQs son muy adecuados para la adquisición de datos generales, los DAQs no son muy adecuados para la obtención de datos generales.Criterios de aplicación relacionados con las líneas de alta velocidadEl movimiento sincrónico requiere un hardware especializado.
Tecnología avanzada de medición de posición y tiempo para sistemas de control de movimiento
El módulo de contador/timer de codificador de alta precisión iDAQ-784 (Figura 1) lanzado por Advantech está diseñado específicamente para cumplir estos requisitos.Este módulo proporciona cuatro canales de codificación universales de 32 bitsEste módulo admite frecuencias de entrada de hasta 10 MHz para lograr un tiempo preciso de las señales del codificador.
Contador/Módulo de tiempo del codificador iDAQ-784 de Advantech
Figura 1: El módulo de contador/timer de codificador iDAQ-784 admite la adquisición simultánea de datos en cuatro canales de 32 bits, por lo que es adecuado para aplicaciones industriales complejas de control de movimiento.(Fuente de imagen)(Avantec)
La función de filtrado de señal digital incorporada puede ayudar al iDAQ-784 a lograr una transmisión de señal más clara y una mayor precisión de medición.Esto proporciona capacidades de caracterización a nivel de sistema de alta precisión para aplicaciones avanzadas de automatización, tales como robots industriales, sistemas de control de movimiento y sistemas de transporte de alta velocidad.
Modo de entrada, medición y salida del codificador
El IDAQ-784 admite múltiples tipos de señal de entrada y modos de medición para satisfacer diversas necesidades de control de movimiento industrial.con un rango de tensión de modo común de ± 15 VDCEste módulo admite tres codificadores estándar de la industria para la medición de posición:
Ortogonal (fase A/B): mediante el uso de dos canales de señal (fase A y fase B) con una diferencia de fase de 90 °, la posición y la dirección se determinan sincrónicamente.En el caso de los, o X4) determina la resolución contando el número de bordes ascendentes y/o descendentes, donde X4 tiene una resolución cuatro veces mayor que la de X1.
Pulso doble (CW/CCW): los pulsos en el sentido de las agujas del reloj (CW) y en el sentido contrario a las agujas del reloj (CCW) utilizan líneas de entrada separadas.
Dirección del pulso (pulso marcado): Una señal se utiliza para generar un pulso, mientras que la otra señal indica la dirección.El contador aumenta o disminuye en función del estado de la señal direccional.
Cada entrada de codificador puede usar cableado de extremo único o diferencial, y proporcionar una entrada de señal Z para el restablecimiento de posición.Cada canal de conteo también admite múltiples modos funcionales para el tiempo y la generación de pulsos:
Cuenta de eventos: Cuenta el borde ascendente o descendente de la señal de entrada, con función de puerta opcional.
Medición de frecuencia: medir con precisión la frecuencia de la señal utilizando el método del ciclo inverso o el método del conteo de pulsos.
Medición de ancho de pulso: mide la duración de los niveles altos y bajos de una señal digital.
Medición de la posición: realizar un seguimiento de la posición del codificador utilizando los modos de entrada admitidos mencionados anteriormente.
Comparación continua (comparación de posición): cuando se alcanza el umbral de posición, se activa un pulso de salida o una interrupción.
Trigger único (generación de pulso retrasado): Después de activar la puerta y un retraso especificado, se emite un pulso único.
Tiempo/Generación de pulso: Producción de un tren de pulso continuo con función de soporte de interrupción.
Modulación de ancho de pulso (PWM): salida de formas de onda con duraciones de alto y bajo nivel programables; admite generación limitada o continua.
Esta amplia selección de modos garantiza la compatibilidad con varios dispositivos comunes en los sistemas industriales.
Con un contenido de aluminio superior o igual a 0,95% en peso
El iDAQ-784 y su ecosistema circundante están diseñados para lograr una alta fiabilidad en ambientes industriales adversos.con una humedad relativa de hasta 90% (sin condensación).
Además, este módulo está específicamente diseñado para resistir las interferencias electromagnéticas comunes en entornos de fábrica; Su filtro de señal digital incorporado puede mejorar la claridad de la señal,y cada canal admite entrada de señal diferencial, logrando un excelente rendimiento de supresión de ruido de modo común.
Este concepto de diseño también se extiende a los accesorios de los ecosistemas, que adoptan diseños resistentes y duraderos que cumplen con las normas ferroviarias DIN y pueden instalarse de manera fiable en gabinetes industriales.Con la poderosa combinación de tolerancia ambientalEn el caso de las aplicaciones avanzadas de automatización, se puede realizar un análisis de características de alto nivel de precisión a nivel del sistema.
Construir un sistema DAQ de alta velocidad y precisión
El primer paso para construir un DAQ es conectar los sensores.El módulo de interfaz ADAM-3937-BE de Advantech (figura 2) es una solución ya preparada para este propósito.Este módulo de 37 pines está diseñado específicamente para la instalación de rieles DIN, con dimensiones de 87,2 mm x 112,5 mm x 51 mm,y puede integrarse fácilmente con la infraestructura industrial compatible con el estándar DB37.