Основным компонентом модульной системы является Kuhnke FIO Controller 116, который представляет собой мини-IPC на базе ARM плюс ПЛК CODESYS. Процессор i.MX6 SoloX Freescale 1 GHz обеспечивает высокую производительность и низкое энергопотребление и решает сложные вычислительные задачи в области ресурсоёмких мультимедийных приложений.
В качестве операционной среды используется RTLinux. Для обеспечения хранения технологических и других данных, а также для обмена управляющими программами имеется слот для SD-карты и USB порт. Цифровой вход прерывания позволяет контроллеру немедленно реагировать на события процесса. На одной стороне модульного блока управления находится разъём E-bus, который обеспечивает гибкое расширение с помощью модулей ввода/вывода EtherCAT серии FIO от Kuhnke. Кроме того, есть возможность использовать модуль расширения, если вы хотите активировать внешние ведомые устройства EtherCAT.
Контроллер обеспечен интерфейсами с разделением потенциалов: 1х Ethernet 100 Мбит – RJ45, 1х CAN и без разделения потенциалов: 1 x RS232, 1 x USB 2.0 Host, 1 x EtherCAT E Bus.
Полевые шины: CANopen® Master, EtherCAT® Master via E-bus system plug Modbus RTU Master, Modbus TCP Master.
Имеются следующие расширения конфигурации контроллера:
Расширение PROFINET IO
- 2x Ethernet (коммутатор) PROFINET® с полевой шиной PROFINET IO Device (256 байт на входе/ 256 байт на выходе)
Расширение EtherCAT Slave
- 2x EtherCAT (вход/выход) с полевой шиной EtherCAT Slave Device (256 байт на входе/ 256 байт на выходе)
Расширение Ethernet
- 2x Ethernet (коммутатор) 10 Мбит, 100 Мбит.
Средой программирования для контроллера является CODESYS V3. Рассмотрим подробнее данную программную платформу для тех, кто не знает о ней.
CODESYS расшифровывается как Controller Development System — это программная платформа, предназначенная для решения многих задач технологии промышленной автоматизации. Она основана на системе программирования МЭК 61131-3 (IEC 61131-3). Инструмент предоставляет пользователям интегрированные решения, адаптированные к их практической работе и направленные на предоставление практической поддержки при выполнении любых задач.
CODESYS поддерживает все пять языков, указанных в МЭК 61131-3:
- IL (Список инструкций)
- ST (Structured Text), основанный на PASCAL для структурированного программирования.
- LD (лестничная диаграмма)
- FBD (схема функциональных блоков)
- SFC (последовательная функциональная схема).
Помимо стандартных языков IEC, CODESYS также поддерживает:
- CFC (Continuous Function Chart) — это редактор FD (функциональных схем) с полностью настраиваемым графическим макетом: в то время как редакторы FD основаны на сети и автоматически размещают функциональные блоки, CFC позволяет пользователям размещать блоки в любом месте, чтобы можно было создавать эффекты обратной связи. без каких-либо временных переменных.
Система программирования CODESYS позволяет напрямую конфигурировать полевые шины CANopen и EtherCAT. Стеки протоколов могут быть установлены отдельно в виде библиотек CODESYS для некоторых систем.
Kuhnke Controller 116 можно заказать с предустановленными расширениями:
CODESYS WebVisu - позволяет отображать собственные экраны, созданные в CODESYS, в любой среде веб-браузера в любой точке мира.
Рисунок 1. Пример экрана созданный в CODESYS WEB VISU
CODESYS SoftMotion даёт возможность использовать стандартный интерфейс разработки IEC 61131-3 для планирования одно- или многоосевых перемещений вплоть до построения кривых включительно — вместе с логическим приложением.
CODESYS SoftMotion содержит:
- сертифицированные программные модули PLCopen для одно- и многоосевых перемещений
- сертифицированные программные модули PLCopen для дополнительных функций, таких как диагностика, остановка, CAM-контроллер
- дополнительные POU для различных задач, таких как мониторинг динамических данных или ошибка следования, работа с CAM и CAM-контроллерами
- шаблоны визуализации для быстрого и простого ввода программных модулей с помощью визуализации CODESYS
- элементы визуализации, которые позволяют изменять CAM и контроллеры CAM в режиме онлайн
- встроенный графический CAM-редактор с широкими возможностями настройки
- поддерживаются виртуальные и логические оси
- интегрированные драйверы для многочисленных приводов CAN, CANopen® и EtherCAT®
- конфигурация приводов как стандартных полевых устройств
- примеры проектов CODESYS SoftMotion.
CODESYS SoftMotion CNC+ Robotics предоставляет редактор как удобный способ настройки управления движением 3D-CNC и сложных групп осей робота. Полный набор функций, включая интерполятор и кинематические преобразования. Работать в нем довольно просто: запустите редактор, выберите подходящую кинематику, задайте её параметры и привяжите к физическим осям робота. Стандартные функциональные блоки обрабатывают функции робота в соответствии с PLCopen MotionControl Part 4.
Комплект поставки и производительность CODESYS SoftMotion CNC+Robotics
CNC
- 3D-редактор ЧПУ согласно DIN 66025 (код G) для планирования и представления движения с параллельным текстовым и графическим отображением и импортом DXF
- Библиотека CODESYS CNC со всеми функциональными блоками для редактирования ЧПУ
- Пример применения 3D-движения ЧПУ с учебным пособием
- Комплексные функции интерполяции от линейной до сплайновой интерполяции
- Функции обработки пути, в т.ч. компенсация радиуса инструмента, подавление петель и скругление углов
- Шаблоны визуализации для быстрого и простого ввода в эксплуатацию всех функциональных блоков в CODESYS Visualization
- Элемент визуализации для онлайн-отображения и управления 3D-путями, например, в качестве операционного блока в станках с ЧПУ
- Поддержка виртуальных и логических осей
- Интегрированные драйверы для многих приводов CAN, CANopen® и EtherCAT®
- Конфигурация приводов как безопасных полевых устройств.
Рисунок 2. Пример экрана CODESYS SoftMotion CNC
Robotics
- Удобная параметризация групп осей для предопределенной кинематики в отдельном конфигураторе
- Интегрированное планирование движения со значениями координат для положений робота в различных системах координат
- Функциональная библиотека с программными блоками в соответствии с PLCopen Motion Part 4, такими как MC_GroupEnable/Disable/Reset/ReadError, MC_MoveDirectAbsolute, MC_MoveDirectRelative, MC_GroupHalt, MC_GroupStop, MC_TrackConveyorBelt и MC_TrackRotaryTable
- Многочисленные поддерживаемые кинематики с удобной конфигурацией, например, различные портальные роботы (2/3/5 осей), роботы-сошки/штативы и роботы SCARA
- Дополнительная кинематика ориентации
- Поддержка инструментов с ориентацией и смещением положения (полный 6D).
Рисунок 3. Пример экрана CODESYS SoftMotion CNC + Robotics
Модульная система FIO не ограничивается одними контроллерами, и включает в себя целый ряд модулей, выполняющих различные функции.
Цифровые модули ввода вывода
Цифровые модули ввода-вывода Kuhnke FIO передают двоичные сигналы управления и анализируют входные сигналы устройства автоматизации, гальванически отделенные от уровня процесса. Первичная и вторичная стороны модуля разделены оптопарами. Эта гальваническая развязка позволяет отключать питание выходов только через один компонент безопасности. Состояние сигнала каждого канала отображается светодиодами.
Аналоговые модули ввода-вывода
Аналоговый модуль Kuhnke FIO обрабатывает по входным каналам сигналы в диапазоне от 0/4 до 20 мА или 0-..+10 В. Все входы электрически изолированы от главного управления, они оцифровываются и передаются с разрешением 13 бит.
Вывод модуля формирует сигналы на выходных канала в диапазоне от 0/4 до 20/24 мА или от -10/0 до +10 В. Ток или напряжение подается с разрешением 16 бит и гальванически изолированы от процесса управления. Выходные каналы терминала EtherCAT® имеют общий потенциал земли с источником питания 24 В постоянного тока. Диапазон каждого канала можно индивидуально настроить в CODESYS через CoE. Светодиоды, назначенные клеммам, показывают состояние сигналов каналов. Из-за выбранной конфигурации канала количество модулей в системе может быть значительно уменьшено.
Модули ввода температуры (PT / Nİ / TC)
Модули ввода температуры Kuhnke FIO имеют индивидуально программируемые входы, конфигурация которых происходит через образ процесса. Температурные входы позволяют напрямую подключать резистивные датчики и термопары. Микропроцессор преобразует линеаризацию во всем диапазоне температур. Для особых требований к температурному диапазону по запросу могут быть предоставлены индивидуальные спецификации. Все входы оцифровываются с разрешением 16 бит и передаются через гальваническую развязку на главный блок управления. Состояние сигнала каждого канала отображается светодиодами, связанными с клеммами. Из-за конфигурации с разделением каналов количество модулей в системе может быть значительно уменьшено.
Модули счётчика-позиции привода
В данную группу входит четыре модуля:
- Kuhnke FIO Counter2 - модуль счётчика подсчитывает двоичные импульсы и передает показания счётчика электрически изолированно на главный блок управления. Есть два счетчика. Модуль может работать как счётчик A-B-Ref или прямой/обратный счётчик. Можно переключаться между одиночной и множественной оценкой сигналов энкодера. Имеется восемь цифровых входов и два выхода с индикацией управления и состояния через шину. Через соответствующую конфигурацию можно также управлять выходом в зависимости от счётчика. Кроме того, входные сигналы могут использоваться для удаления, инициализации или замораживания показаний счётчика.
- Kuhnke FIO Counter/Posi2 обладает все теми же характеристиками, что и модуль Counter2, но в дополнение имеет два аналоговых выхода -10..+10В 12 бит
- Kuhnke FIO CAM Control — это системное решение как для автономных, так и для групповых приложений, обеспечивающее быстрое и точное сочетание динамики и эффективного проектирования. Модуль отлично подходит для машиностроения и проектирования специального оборудования, где требуется высокоточный контроль положения исполнительно органа. Вращающийся энкодер передает фактические показания в систему управления Kuhnke FIO CAM Control, которая, в свою очередь, приводит в действие функции машины в соответствии с точностью, кулачки переключателей устанавливаются программой пользователя и учитывают мертвое время по мере необходимости или по желанию. Помимо переключения выходов в зависимости от времени, также можно использовать только один энкодер через EtherCAT® для питания нескольких синхронизированных модулей управления FIO CAM. Конфигурацию функций CAM можно легко выполнить с помощью программного инструмента FIO CAM-Creator.
Рисунок 4. Пример экрана программного инструмента FIO CAM-Creator
- Kuhnke FIO Counter-Encoder (CoE) - помимо четырёх аналоговых входов и четырёх аналоговых выходов, каждый из которых настраивается по току и напряжению, модуль предоставляет два интерфейса энкодера для сбора сигналов инкрементных (HTL/TTL) или абсолютных энкодеров положения с интерфейсом SSI или EnDAT. В качестве альтернативы можно настроить шесть счётчиков событий. Конфигурация в CODESYS осуществляется подключаемыми модулями с соответствующими слотами. Таким образом, каждый слот представляет собой один аналоговый канал или интерфейс энкодера. Эта процедура основана на «профиле модульного устройства EtherCAT».
- Модуль Drive Control - этот чрезвычайно компактный контроллер привода является универсальным решением как для шаговых двигателей, так и для бесщёточных двигателей постоянного тока. Векторное управление, ориентированное на магнитное поле, и обратная связь от энкодера, а также синусоидальная коммутация обеспечивают высокую динамику. Встроенный веб-сервер помогает настроить устройство. Таким образом, очень эффективная, плавная и сбалансированная работа при низком уровне шума, особенно когда речь идет о шаговых двигателях. Шаговые ошибки исправляются уже в пути, а ошибка угла нагрузки устраняется в течение одного полного шага. Благодаря постоянному контролю тока двигателя блок управления обеспечивает ровно столько мощности, сколько необходимо, что делает систему очень энергоэффективной. Напряжение подключения: 12–72 В постоянного тока. Номинальный ток двигателя: 5 А. Режимы работы: интерполяция (режим циклического синхронного положения), режим самонаведения, режим позиционирования (абсолютный/относительный), режим скорости, режим крутящего момента.
Помимо перечисленных выше модулей, также имеются коммуникационные модули расширения RS485, RS232, CAN Master/Slave, EthrCAT, модули безопасности и шинные коплеры EtheCAT.
Георгий Гладышев
