Os sistemas industriais modernos, como robótica e sistemas de transportadores automatizados, dependem de dados sincronizados de alta velocidade para otimizar o desempenho, melhorar a eficiência e alcançar a manutenção preditiva.No entanto, a captura e coordenação de dados de posição e movimento com precisão de milissegundos é um grande desafio.Os sistemas de aquisição de dados padrão (DAQ) muitas vezes não possuem a funcionalidade especializada necessária para a ligação em tempo real com codificadores e temporizadores, o que pode conduzir a uma redução da fiabilidade do sistema e a gargalos de desempenho.
Este artigo apresenta, em primeiro lugar, brevemente os vários requisitos necessários para a medição de posição e tempo a alta velocidade em aplicações industriais adversas.Introdução do módulo de contador/timer do codificador da Advantech, e os vários modos de codificação e os quatro canais de alta velocidade deste módulo são explicados como podem ser utilizados para resolver problemas complexos de sincronização em aplicações de robótica e controle de movimento.Configurações de sistema típicas e ferramentas de software compatíveis fornecem um caminho de implementação claro para a integração do sistema.
A importância do controlo preciso do movimento e do tempo nos processos industriais
Os sistemas industriais modernos dependem de movimentos complexos e ordenados, em que a capacidade de coordenação é crucial.Para que o sistema funcione normalmentePara tal, o movimento do braço robótico deve ser sincronizado com a velocidade e a posição do transportador.É necessário capturar informações de várias fontes de dados com precisão de milissegundos e coordená-las., o que constitui um requisito técnico altamente desafiador.
O sistema DAQ desempenha um papel central na solução deste problema.e sincroniza essas medições em vários canais para calcular com precisão o tempo de interceptação de itens na fita transportadora.
Ao aumentar a velocidade da cinta transportadora para melhorar a eficiência da produção, o sistema de aquisição de dados (DAQ) deve amostrar rapidamente os dados de posição e tempo para evitar erros.As leituras dos sensores atrasadas ou ausentes podem levar a um cronograma incorreto do funcionamento dos componentes mecânicos, e até causar colisões entre componentes mecânicos, resultando em paralisações inesperadas e perda de produtividade.
O sistema DAQ de alta precisão também suporta manutenção preditiva. Por exemplo, uma velocidade anormal ou erro de posição pode indicar um problema, como desgaste de rolamento ou deslizamento do cinto.Analisando estes sinais, os projetistas podem identificar as falhas potenciais com antecedência e evitar interrupções operacionais.
Requisitos para o DAQ de alta velocidade
Para satisfazer estes requisitos de aplicação, os sistemas DAQ devem possuir as seguintes características principais de desempenho:
Amostragem de alta velocidade e alta resolução: a captura de movimentos sutis, como mudanças de posição em nível submilimétrico, requer altas taxas de amostragem e alta resolução de precisão.A amostragem na faixa de megahertz (MHz) garante que nenhum evento crítico seja perdido, mesmo em ambientes de alta velocidade.
Amostragem simultânea multicanal: para coordenar o funcionamento do braço robótico e da correia transportadora, é necessário capturar simultaneamente os respectivos dados de posição e de tempo,em vez de capturá-los sequencialmenteA tentativa de correlacionar fluxos de dados capturados sequencialmente pode resultar em erros, tais como a selecção do elemento errado na fita transportadora ou a falta total desse elemento.
Suporte flexível para codificadores: os sistemas industriais geralmente usam componentes de diferentes fornecedores, resultando em tipos mistos de sinal de codificador.O sistema DAQ deve suportar vários modos de codificação para evitar a adição de lógica de interface.
Projeto industrial: os ambientes industriais podem expor dispositivos eletrónicos a condições adversas, tais como interferências eletromagnéticas, vibrações e altas temperaturas.para assegurar um funcionamento fiável do sistema e evitar falhas no sistema, deve ser utilizado o hardware DAQ adequado.
Escalabilidade: os sistemas DAQ devem adotar um projeto modular, permitindo aos designers expandir facilmente o sistema adicionando mais canais ou diferentes tipos de entradas.Isto significa que, mesmo que as instalações de automação continuem a expandir-se, a integração de novos robôs, sensores e linhas de produção pode ainda ser assegurada.
Para satisfazer esta gama diversificada de necessidades, é necessário enfrentar os importantes desafios de concepção que o acompanham.Critérios de aplicação que envolvam transporte de alta velocidade, o movimento síncrono requer hardware especializado.
Tecnologia avançada de medição da posição e do tempo para sistemas de controlo de movimento
O módulo iDAQ-784 de alta precisão para o contador de codificação e o temporizador (Figura 1) lançado pela Advantech foi concebido especificamente para satisfazer estes requisitos.Este módulo fornece quatro canais universais de codificação de 32 bitsEste módulo suporta frequências de entrada de até 10 MHz para conseguir um sincronização precisa dos sinais do codificador.
Contador/Módulo de temporizador do iDAQ-784 da Advantech
Figura 1: O módulo iDAQ-784 encoder contador/timer suporta a aquisição simultânea de dados em quatro canais de 32 bits, tornando-o adequado para aplicações industriais complexas de controlo de movimento.(Fonte da imagem)(Advantech)
A função de filtragem de sinal digital integrada pode ajudar o iDAQ-784 a obter uma transmissão de sinal mais clara e uma maior precisão de medição.Isto fornece capacidades de caracterização de nível de sistema de alta precisão para aplicações avançadas de automação, tais como robôs industriais, sistemas de controlo de movimento e sistemas de transportadores de alta velocidade.
Modos de entrada, medição e saída do codificador
O IDAQ-784 suporta vários tipos de sinal de entrada e modos de medição para atender às diversas necessidades de controle de movimento industrial.com um intervalo de tensão comum de ± 15 VDCEste módulo suporta três codificadores padrão da indústria para medição de posição:
Ortogonal (fase A/B): Utilizando dois canais de sinal (fase A e fase B) com uma diferença de fase de 90°, a posição e a direcção são determinadas de forma síncrona.X2, ou X4) determina a resolução contando o número de bordas ascendentes e/ou descendentes, onde X4 tem uma resolução quatro vezes superior à de X1.
Impulso duplo (CW/CCW): Impulsos no sentido horário (CW) e contra-horário (CCW) usam linhas de entrada separadas.
Direção do pulso (pulso assinado): Um sinal é usado para gerar um pulso, enquanto o outro sinal indica a direção.Os aumentos ou decréscimos do contador baseados no estado do sinal direcional.
Cada entrada de codificador pode usar fiação de extremidade única ou diferencial e fornecer uma entrada de sinal Z para redefinição de posição.Cada canal de contagem também suporta vários modos funcionais para cronometragem e geração de pulsos:
Contagem de eventos: contabilizar a borda ascendente ou descendente do sinal de entrada, com função opcional de gating.
Medição da frequência: medir com precisão a frequência do sinal utilizando o método do ciclo inverso ou o método da contagem de pulsos.
Medição da largura de pulso: mede a duração dos níveis altos e baixos de um sinal digital.
Medição da posição: rastrear a posição do codificador utilizando os modos de entrada suportados acima mencionados.
Comparação contínua (comparação de posição): quando o limiar de posição é atingido, desencadeia-se um pulso de saída ou uma interrupção.
Ativador único (geração de pulso retardado): Após a activação do portal e um atraso especificado, emitir um único pulso.
Timer/Geração de Pulso: saída de um conjunto de pulsos contínuos com função de apoio à interrupção.
Modulação de largura de pulso (PWM): saída de formas de onda com durações de alto e baixo nível programáveis; Suporta geração limitada ou contínua.
Esta ampla selecção de modos garante a compatibilidade com vários dispositivos comuns nos sistemas industriais.
De potência superior a 1000 W
O iDAQ-784 e o seu ecossistema circundante foram concebidos para alcançar uma elevada fiabilidade em ambientes industriais adversos.de umidade relativa de até 90% (não condensante).
Além disso, este módulo é especificamente projetado para resistir às interferências eletromagnéticas comuns em ambientes de fábrica; Seu filtro de sinal digital incorporado pode melhorar a clareza do sinal,e cada canal suporta entrada de sinal diferencial, alcançando um excelente desempenho de supressão de ruído de modo comum.
Este conceito de conceção também se estende aos acessórios dos ecossistemas, que adotam projetos resistentes e duráveis que cumprem as normas DIN e podem ser instalados de forma fiável em armários industriais.Com a poderosa combinação de tolerância ambiental, resistência ao ruído e integração física robusta, a análise das características do nível do sistema de alta precisão pode ser realizada em aplicações avançadas de automação.
Construção de um sistema DAQ de alta velocidade e precisão
O primeiro passo na construção de um DAQ é conectar os sensores.O módulo de interface ADAM-3937-BE da Advantech (Figura 2) é uma solução pronta para este fim.Este módulo de 37 pinos foi concebido especificamente para instalação em trilhos DIN, com dimensões de 87,2 mm x 112,5 mm x 51 mm,e pode ser facilmente integrado com a infra-estrutura industrial compatível com o padrão DB37.