Các khái niệm và 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
Trang 1Sự 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 và 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 và truyền động vòng kín lai, cũng như các hệ truyền động và động cơ servo AC và DC thông dụng khác
Những 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 lại phạm vi lựa chọn rộng hơn để đạt được sự tối ưu
Trang 2Những 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 và gần một nửa số người sử dụng được điều tra khẳng định rằng họ có yêu cầu về tốc độ từ 3000
vòng/phút trở xuống Những đòi hỏi này có thể đáp ứng dễ dàng bằng 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 sức 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 yêu cầu một động cơ servo AC, servo DC, động cơ bước hay hệ VFD xoay chiều vòng kín, trong khi đó một ứng dụng có độ chính xác thấp có thể chỉ đòi hỏi một VFD AC với điều khiển U/f vòng hở hay điều khiển điện-cơ giống như một starter
Một 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
Trang 3điều 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 thức 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:
· Gỡ lỗi phần mềm (57,2%)
· Tư liệu thiếu đầy đủ (51,1%)
· Chi phí quá cao (50%)
· Việc lắp đặt phức tạp (37,2%)
· Gỡ lỗi phần cứng (35%)
Điều đó cũng tương tự với các nhà 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 nêu 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,
Trang 4và các bộ micro DL06 với 36 đầu I/O rời rạc dưới 200 USD và có thể 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, cùng 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 còn 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 cấu 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
dễ 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 và 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 giữa 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 hàng có thể tận dụng các sản
Trang 5phẩm 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, phân phối sẽ tiếp tục giữ vai trò quan trọng trong quá trình ra quyết định của khách hàng cho các sản phẩm ĐKCĐ