Jste zde

PLC pro řízení os/pohonů - Panasonic FP-XH

Antonín Vojáček, 10. Květen 2018 - 18:10

Zajímavou novinkou v oblasti PLC řídících automatů je Panasonic FP-XH, který mimo klasické PLC funkce v sobě přímo ve standardu integruje speciální komunikační sběrnici RTEX a funkce pro řízení servopohonů až v 8 osách.

Nové FP-XH průmyslové divize společnosti Panasonic (tj. Panasonic Electric Works) je kombinací kompaktního a odolného PLC a systému pro řízením pohybu. Prakticky, když se na něj podíváte, lze PLC hned od pohledu přímo snadno rozdělit na levou část "klasického kompaktního PLC" a pravé části realizující řízení pohonu / os.

Porovnání běžné koncepce PLC s CPU jednotkou a přídavnými jednotkami (vlevo) a kompaktního provedení PLC Panasonic FP-XH (vpravo).

PLC funkce

Jádrem PLC FP-XH je rychlá CPU jednotka se základní rychlostí zpracování instrukce 0,04 μs na krok a s periodou vykonání programu s 5 tisíci kroky do 0,5 ms. Toto doplňuje integrovaná programová a datová paměť, jejíž vzájemnou konfiguraci / poměr velikostí lze zvolit jednu ze třech možností kapacity paměti programu vs. datového registru:

32 tis. instrukcí vs. 32 k slov dat (základní nastavení),
24 tis. instrukcí vs. 64 k slov dat (vhodné pro velký záznam dat - data logging),
40 tis. instrukcí vs. 12 k slov dat (vhodné pro velký program).

Možnosti volby rozdělení paměti PLC podle potřeb programátora / aplikace.

Z pohledu konektivity má základní jednotka standardně integrování celkem 16 digitálních vstupů / výstupů + 4 vysokorychlostní čítací vstupy navíc (například pro připojení až 4 kanálů rotačních či lineárních enkodérů). Nicméně lze ji rozšířit o jednotky Panasonic až o 7 jednotek řady FP-X (max. 210 I/O svorek) a také až 3 jednotky z řady FP0R (max. 96 I/O svorek).

Celkové možnosti rozšíření a konektivity PLC Panasonic FP-XH.

Ze strany komunikačních rozhraní je mimo dále popsané sběrnice RTEX pro komunikaci s pohony standardně k dispozici RS232C rozhraní vyvedené na šroubovací svorky a pak i port USB 2.0 pro napojení k PC. Pomocí dvou rozšiřujících modulů lze však do PLC implantovat až 4x RS485 sériovou sběrnici, další RS232 komunikaci a pak hlavně i standardní Ethernet s vestavěnou podporou Modbus-TCP protokolů.

Možnosti komunikačních rozhraní u PLC Panasonic FP-XH.

Programování PLC se provádí pomocí PC softwaru FPWIN Pro 7 splňujícího programovací formu normy "IEC61131-3 Programming software approved by PLCopen" a je k dispozici zdarma ke stažení na stránkách výrobce.

Programovací software FPWIN Pro 7.

Řízení os pohonů

Z pohledu části pro řízení os pohonů pro realizaci robotických automatizačních funkcí je PLC FP-XH dodáváno s 2 porty rychlé specializované komunikační sběrnice RTEX a se softwarovými funkcemi elektronické spojky, vačky a převodovky umožňující pro každý servopohon snadno nastavit spuštění a vypnutí, rozběh a zastavení a převodový poměr "slave podřízených pohonů" vzhledem ke zvolenému "Master vedoucímu pohonu", na který mohou být ostatní pohony zasynchronizovány.

Také jsou standardně k dispozic funkce pro lineární a kruhovou interpolaci. Polohovací parametry lze graficky nastavit pomocí profilů vaček v programu PM7 Configurator, která je součástí programovacího softwaru FPWIN Pro 7.

Popis softwarových funkcí realizace elektronické převodovky (Electronic Gear), spojky (Electronic Clutch) a vačky (Electronic CAM) pro přesnou synchronizaci podružných Slave pohonu na hlavní Master pohon.

FP-XH pro rychlou komunikaci s pohony v reálném čase využívá vlastní sběrnici RTEX (Realtime Express), kterou na PLC reprezentují dva konektory RJ-45. Tato sběrnice je totiž postavena ve formě protokolu aplikovaného na Ethernetovou sběrnici a dle výrobce díky své vysoké přenosové a vzorkovací rychlosti je zvlášť vhodná pro vysoce dynamické úlohy řízení polohy jedné a více os prostřednictvím již výše zmíněné komunikace mezi master a slave prvky probíhající v reálném čase. Konkrétně je uváděno cyklus příkazu řízení pohonů (Command update cycle) 1.0 ms při řízení všech 8 poháněných os s chybou vzájemné časové synchronizace jednotlivých os / pohonů max. +/- 70 ns.

Programování polohovacích funkcí / řízení pohonů jednotlivých os se provádí klikacím způsobem v softwaru PM7 Configurator.

Montáž a zprovoznění RTEX komunikace s pohony je dle výrobce velmi snadné. Ze strany kabeláže postačí standardní kabely Ethernet (Cat 5e, vzdálenost až 100 m mezi jednotkami) a smyčková kabeláž pak zajišťuje bezporuchový chod.

Příklad použití PLC Panasonic FP-XH a pohonu MINAS A6S pro polohování na základě informace z kamery, kterou není nutné napojovat přímo na PLC, ale na servo jednotku pohonu.

Servopohony MINAS A6N

Uvedené funkce řízení a přesného polohování os / pohonů je možné použít jen při použití servopohonů Panasonic podporující RTEX, například pohony řady MINAS A6N. Ty dle informací výrobce vynikají díky vysoce dynamickým servopohonům s nejmodernějšími technologiemi a velkým výkonem, přičemž si zachovává lehké a kompaktní provedení. Speciální funkce a šířka pásma 3,2 kHz pomáhají redukovat vibrace. Řízení pohybu může dosáhnout 350% jmenovitého kroutícího momentu při rychlostech až 6500 otáček za minutu a motory disponují 23-bitovým inkrementálním nebo absolutním enkodérem.

Prezentační videa výrobce

Závěr

PLC Panasonic FX-XH je zajímavé nezvyklé provedení programovatelného automatu. Kompaktní syntéza PLC a řízení pohonů je dobrá myšlenka a možnost vzájemné synchronizace až 8 os / pohonů je vynikající schopnost. Nicméně konkrétní navržená a použitá koncepce mě osobně v některých detailech připadá již trošku "nemoderní". PLC nemá v základní výbavě vestavěný ani jeden klasický Ethernet/Modbus-TCP port, pro který je nutné si přikupovat přídavný modul, a naopak má vestavěnou RS232 komunikaci, kterou snad dnes již nikdo ani nevyužívá. Osobně jsem v případě PLC již RS232 již dobrých 5 let nepoužil. Větší smysl by tak ve standardu měla přítomnost dvoudrátové RS485 sběrnice s podporou Modbus-RTU nebo již zmíněný Ethernet.

Z pohledu podpory řízení pohonů by pak většímu rozšíření PLC pomohla i podpora některého více rozšířeného komunikačního protokolu pro řízení servopohonů (např. EtherCAT). Vlastní Panasonic sběrnice RTEX sice poskytuje vynikající rychlostní parametry a široké možnosti řízení, ale současně uživatele tlačí použít jen pohony od Panasonicu. A to je dost omezující faktor. Současná podpora i EtherCATu by jistě bylo velké plus pro případné nové zájemce, kteří zatím žádné produkty od Panasonicu doposud nepoužívají.