Tài liệu Sự phát triển nhanh chóng trong điều khiển chuyển động doc

Sự phát triển nhanh chóng trong điều
khiển chuyển động
Điều khiển chuyển động (ĐKCĐ) có lẽ là một trong những lĩnh
vực đa dạng và phát triển nhanh nhất trong ngành điều khiển và tự
động hoá. Các khái niệm v
à công nghệ ĐKCĐ đã từ lâu không chỉ
gói gọn trong những hệ thống servo chuyên dụng điều khiển bởi
các hệ truyền động và thiết bị tạo sẵn thường có giá khá cao. Thay
vào đó, ngày nay ta còn thấy các tính năng của ĐKCĐ ứng dụng cả
cho tốc độ và vị trí trong truyền động thay đổi tần số xoay chiều,
các động cơ bước v
à truyền động vòng kín lai, cũng như các hệ
truyền động và động cơ servo AC và DC thông dụng khác.
Nh
ững nhà OEM, nhà tích hợp hệ thống và người sử dụng đều
chịu áp lực nâng cao năng suất trong việc thiết kế với nguồn lực
ngày càng ít và chỉ tiêu kỹ thuật hệ thống chính xác hơn. Sự phát
triển trong công nghệ ĐKCĐ và các sản phẩm liên quan đã mang
l
ại phạm vi lựa chọn rộng hơn để đạt được sự tối ưu.
Những xu hướng trong công nghệ servo/bước
Cùng với công nghệ tạo ra bước tiến trong độ chính xác và giá cả,
công nghệ còn phải hướng đến hai nhóm giải pháp ứng dụng
chính: truyền động thay đổi tần số và servo/bước. Theo nghiên cứu
từ năm 2002 đến 2003 cho thấy phần lớn các khách hàng yêu cầu
ứng dụng một hay hai trục v
à gần một nửa số người sử dụng được
điều tra khẳng định rằng họ có y
êu cầu về tốc độ từ 3000
vòng/phút trở xuống. Những đòi hỏi này có thể đáp ứng dễ dàng
b

ằng hệ thống ĐKCĐ dựa trên các PLC cỡ nhỏ.
Nhằm đáp ứng những yêu cầu trên, các nhà cung cấp đang tập
trung vào những giải pháp đơn giản với giá rẻ và dịch vụ tốt. Các
hệ thống servo có nhiều ưu thế song khó ứng dụng do các điều
kiện cụ thể của ứng dụng như quán tính, dung sai cơ khí, ma sát,
nhiệt độ ảnh hưởng đến các bộ phận cơ… Việc xem xét từng điều
kiện cụ thể của ứng dụng nói chung tốn nhiều thời gian và công
s
ức hơn phát triển việc lập trình và cấu hình cho bộ điều khiển
servo và PLC.
Những xu hướng trong truyền động tần số biến thiên (VFD)
Xu hướng lớn nhất của VFD trong thiết kế hệ điều khiển phân tán
là chọn lựa giữa lắp đặt mới hay trang bị thêm cho những hệ thống
hiện tại. Ta thường gặp câu hỏi là liệu có thể điều khiển vị trí với
hệ U/f vòng hở? Câu trả lời thường phải dựa trên những đòi hỏi về
độ chính xác của từng ứng dụng. Ví như, một ứng dụng có độ
chính xác cao thường y
êu cầu một động cơ servo AC, servo DC,
động cơ bước hay hệ VFD xoay chiều v
òng kín, trong khi đó một
ứng dụng có độ chính xác thấp có thể chỉ đ
òi hỏi một VFD AC với
điều khiển U/f v
òng hở hay điều khiển điện-cơ giống như một
starter.
M
ột câu hỏi thường gặp khác là việc kết nối Ethernet cho ĐKCĐ
phân tán trong các hệ VFD. Nhu cầu này xuất phát từ sự tương
thích giữa các sản phẩm thương mại cho lớp vật lý và tích hợp hệ
điều khiển ở trên. Việc lựa chọn giữa các giao thức còn là một

cuộc tranh luận hiện nay. Một giao thức mở phổ biến được sử dụng
ở đây là Modbus TCP/IP được thống nhất bởi IDA (Interface for
Distributed Control).
Theo IDA, Modbus TCP/IP là giao th
ức Ethernet công nghiệp phổ
biến nhất trong công nghệ tự động hoá và sẽ được thực thi như là
chuẩn cho phần lớn mọi hệ điều hành.
Những vấn đề lớn trong ĐKCĐ
Sau đây là những vấn đề cần phải giải quyết theo cuộc điều tra của
Motion Trends 2002:
· G
ỡ lỗi phần mềm (57,2%)
· Tư liệu thiếu đầy đủ (51,1%)
· Chi phí quá cao (50%)
· Vi
ệc lắp đặt phức tạp (37,2%)
· Gỡ lỗi phần cứng (35%)
Điều đó cũng tương tự với các nh
à sản xuất VFD trong việc nâng
cao chức năng và tính bảo đảm. Điều phân biệt giữa các nhà sản
xuất khác nhau là giá cả, dịch vụ và khả năng đáp ứng với các vấn
đề n
êu trên. Một biện pháp để giải quyết vấn đề trên trong ĐKCĐ
là thông qua thử nghiệm. Các phòng thử nghiệm thường được phân
biệt theo mục đích của chúng (như độ tin cây, đánh giá, R&D,
phân tích sự cố …). Những thử nghiệm thông thường bao gồm
nhiều yếu tố khác nhau liên quan đến độ an toàn, khí hậu, tương
hợp điện từ, âm thanh, dao động.
Những xu hướng ĐKCĐ tương lai
Với nhiều nhà sản xuất OEM, những đòi hỏi của ứng dụng và tỉ lệ

khối lượng/chi phí của một loại máy cụ thể sẽ ảnh hưởng lớn đến
lựa chọn PLC, PC, hay bộ điều khiển tích hợp chuyên dụng. Việc
cung cấp những lựa chọn này cho khách hàng là một điều quan
trọng. Ví dụ như, AutomationDirect mới đây cung cấp bộ điều
khiển và các sản phẩm I/O cho thị trường vượt qua dòng sản phẩm
PLC, PC, và ứng dụng điều khiển nhúng truyền thống. Họ cung
cấp các nano PLC DL05 với 14-30 đầu I/O rời rạc dưới 100 USD,
và các bộ micro DL06 với 36 đầu I/O rời rạc dưới 200 USD và có
th
ể mở rộng tới 100 I/O. Những nano và micro PLC này bao gồm
khả năng tuỳ chọn theo hoạt động cho các chức năng ĐKCĐ và
đếm tốc độ cao cùng với I/O analog, 2 cổng nối tiếp, PID onboard
với tính năng tự động điều chỉnh, tập lệnh lập trình mạnh mẽ và kết
nối với Ethernet và DeviceNet với chi phí bổ sung rất thấp. Điều
này cho phép OEM xem xét các PLC này cho những ứng dụng
ĐKCĐ nhúng hay chuyên dụng, c
ùng với lợi ích gia tăng từ độ
linh hoạt của I/O, và nhiều lựa chọn truyền thông có thể mở rộng
cho một vài model trong dòng sản phẩm máy móc của họ.
Hơn nữa, AutomationDirect c
òn cung cấp các bộ điều khiển PC
nhúng có tên WinPLCs cắm vào các backplane I/O của PLC truyền
thống, bao gồm cả những CPU 100MHz+ hỗ trợ các hệ điều hành
c
ấu trúc mở như Windows CE. WinPLCs cung cấp cho OEM lợi
ích trong sức mạnh tính toán của PC, xử lý dữ liệu và kết nối trong
doanh nghiệp của module CPU, cùng với sự thuận lợi trong những
giới hạn module I/O PLC thông dụng, lựa chọn giao diện tín hiệu
và độ rộng I/O.
Sự gia tăng yêu cầu về sản lượng và năng suất trong dây chuyển

của OEM đã tạo ra các giải pháp điện tử sử dụng các bộ điều khiển
dựa trên PC và PLC thông dụng cần thiết khi so sánh với các thiết
kế cơ khí truyền thống, đáp ứng đòi hỏi cung cấp nhanh, tin cậy và
d
ễ dàng hơn trong bảo dưỡng thiết bị.
Thế hệ thiết bị dựa trên thiết kế theo cơ điện tử mới này thường
được tích hợp sẵn trong các bộ module v
à chúng có khả năng nối
mạng sử dụng những mạng chuẩn công nghiệp như DeviceNet,
Profibus và Ethernet cùng với liên kết dữ liệu sản xuất cho doanh
nghiệp.
Những hướng giải pháp khả thi trong ĐKCĐ hiện vẫn chưa rõ ràng
gi
ữa VFD, động cơ servo và động cơ bước. Với sự chú trọng đáng
kể vào hệ thống tương thích với khả năng truyền thông cho những
ứng dụng ĐKCĐ phân tán, khách h
àng có thể tận dụng các sản
phẩm phù hợp nhất theo Ethernet cung cấp khả năng liên kết hoạt
động. Một phạm vi lựa chọn nhiều giải pháp, dịch vụ, hỗ trợ, p
hân
ph
ối sẽ tiếp tục giữ vai trò quan trọng trong quá trình ra quyết định
của khách hàng cho các sản phẩm ĐKCĐ.