Achsparameter, Achsüberwachung und Achskalibrierung

Interface

Zugang zu den Parametern der Achse hat man über den System Manager.

Generelle Achsparameter

Auf dem Global-Reiter der Achse sind eine Reihe weiterer Parameter einstellbar, die das Verhalten der Achse bestimmen sowie eine Reihe von Überwachungsfunktionen und Status-Signale steuern.

Mit der Maximalgeschwindigkeit können Sie festlegen, auf welchen Wert alle Vorgaben an die Achse begrenzt werden. Hier sollten Sie einen Wert von etwa 90 bis 95% der Maximalgeschwindigkeit des Antriebs einstellen. Die restliche Aussteuerung wird für den Regler benötigt, um ein korrektes Positionieren sicher zu stellen.

Beim Einsatz eines NC-Interpreters wird bei bestimmten Befehlen die Achse mit einer Eilganggeschwindigkeit einstellbaren Ansteuerung positioniert. Hier sollte etwa nicht mehr als 90% der Maximalgeschwindigkeit der Achse gewählt werden.

Die „Handfahrtgeschwindigkeiten Min und Max“ sind frei wählbar und hängen mehr oder weniger vom „Mut“ des Bedieners ab. In der Praxis hat es sich als sinnvoll erwiesen, diese Geschwindigkeiten etwa im Verhältnis 1 zu 5 einzustellen. Selbstverständlich müssen die Werte kleiner als die Maximalgeschwindigkeit sein.

Die „Geschwindigkeit Referenzierfahrt in positiver Richtung“ wirkt nur bei Achsen mit Inkremental-Encoder. Mit dieser Geschwindigkeit fährt die Achse bei der Suche nach dem Kalibrier-Nocken. Die Richtung wird auf dem Inkremental-Reiter des Encoders eingestellt.

Die „Geschwindigkeit Referenzierfahrt in negativer Richtung“ wirkt nur bei Achsen mit Inkremental-Encoder. Mit dieser Geschwindigkeit fährt die Achse beim Verlassen des Kalibrier-Nocken und beim Suchen des Synchron-Pulses. Die Richtung wird auf dem Inkremental-Reiter des Encoders eingestellt.

Die „Pulsweite positive / negative Richtung“ legen die zu fahrende Strecke fest, die beim Achsstart durch die SPS in den entsprechenden Fahr-Modi zurückgelegt wird. Näheres dazu finden Sie in den Baustein-Beschreibungen der SPS.

Sowohl nach unten als auch nach oben können Sie eine Fahrbereichsbegrenzung (Softwareendschalter) aktivieren und die Position einstellen.

Bei Achsen mit einem Analog-Reiter (also nicht bei Eil/Schleich- oder Schrittmotor-Achsen) wird ständig der Schleppabstand (Differenz zwischen Soll- und Istposition) ermittelt. Eine Überwachung dieses Wertes mit einstellbarer Schwelle ist aktivierbar. Dabei ist eine Filterzeit vorgebbar, die eine Alarmbildung bei kurzzeitiger Überschreitung der Schwelle z. B. beim Beschleunigen oder Abbremsen verhindert.

Um die Zielposition einer Bewegung können zwei unabhängige Fenster gelegt werden (Zielpositionsfenster). Die Fensterbreite ist frei wählbar. Damit ist es möglich, in einer beliebigen Entfernung zum Ziel ein Signal an die SPS zu erzeugen. Eines dieser Fenster bietet zusätzlich eine Filterzeit. Erst wenn die Achse für die dort eingestellte Dauer ununterbrochen im Fenster war, wird das Signal gebildet.

Bei Eil-/Schleich-Achsen besteht die Möglichkeit, jedes Ziel immer aus der gleichen Richtung und mit einer Mindest-Fahrtstrecke anzufahren. Dadurch ist bei unsymmetrischem Achs-Verhalten oder mechanischer Lose eine größere Genauigkeit zu erreichen. Dieses Verhalten kann aktiviert und die Strecke kann vorgegeben werden. Das Vorzeichen der eingestellten Strecke legt dabei die Richtung fest.

Bei Servo-Achsen kann mit der Betriebsart „Umkehrlosekompensation“ ein mechanisches Spiel in der Achse ausgeglichen werden. Dabei legt der als „Umkehrlose“ eingetragene Wert die Strecke fest, um die ein Fahrtziel überfahren wird. Mit dem Vorzeichen des Wertes legt man fest, in welcher Richtung überfahren wird. Bei positivem Umkehrlose wird das Ziel nur bei Fahrt in positiver Richtung überfahren. Eine Fahrt in Richtung kleinerer Positionen wird nicht beeinflusst. Bei negativem Umkehrlose kehrt sich dieses Verhalten um.

Achsdynamik

Auf dem Dynamik-Reiter der Achse sind die Werte für die Beschleunigung, die Verzögerung und den Ruck einzustellen. Dabei werden zwei Möglichkeiten angeboten: Direkte Eingabe als Zahlenwerte oder Indirekte Festlegung über die Hochlaufzeit und die Beschleunigungskennlinie.

Bei den hier einzustellenden Werten handelt es sich um die vom Sollwert-Generator einzuhaltenden Parameter. Oft werden Werte vom Antriebs-Hersteller genannt, die zu einem sehr harten Positionier-Verhalten der Achse führen, wenn sie hier eingestellt werden. Der Grund hierfür ist, dass die genannten Werte die Grenzwerte des Leistungsteils oder des Motors darstellen. In der Regel ist das Verhalten der Maschine dann jedoch schon stark lastabhängig. Die Folge sind erhebliche Schleppabstands-Schwankungen, die ein Eingreifen des Lagereglers auslösen. Auf die Regler-Ausgabe kann die Achse jedoch kaum noch reagieren, da sie bereits an der Stromgrenze fährt.

Die „korrekten“ Werte für eine Achse hängen stark vom angestrebten Verhalten und den Eigenschaften der Antriebstechnik und der Maschine ab. Sie sind nur durch Testfahrten zu ermittelt. Dabei sollten schrittweise erhöhte Werte geprüft werden, indem der Schleppabstand beim Starten und Stoppen beobachtet wird. In der Praxis hat es sich gezeigt, dass der Zahlenwert des Rucks in etwa das Zweifache (bei Bearbeitungsachsen) bis Zehnfache (bei Transferachsen) betragen sollte. Bei indirekter Einstellung entspricht das einer weichen bzw. einer harten Einstellung.

Benutzen Sie zur Einstellung der Werte für die Beschleunigung, die Verzögerung und den Ruck das TwinCAT Scope. Ob die eingetragenen Werte für die Beschleunigung A+ oder Verzögerung A- wirklich erreicht werden, hängt vom kritischen Ruck J± ab, dem Verhältnis (A+)²/V bzw. (A-)²/V, wobei V die Sollgeschwindigkeit bezeichnet. Überprüfen Sie speziell, ob die Beschleunigungs-Istwerte den Beschleunigungs-Sollwerten folgen können (genauso für die Verzögerung).

Auswirkungen von Zykluszeitfehleinstellungen

Zykluszeitfehleinstellungen, d. h. eine Differenz zwischen der eingestellten Zykluszeit (NC-Task: SAF-Task: online: Zyklusticks in ms) und der realen Zykluszeit der SAF-Task führen zu zwei Fehlern:

• Die Informationen des Sollwertgenerators (Position, Geschwindigkeit, Beschleunigung) passen nicht zur realen Zykluszeit, d. h. die Geschwindigkeitsvorsteuerung ist falsch.
• Die Positionssollwerte des Lagereglers und die Geschwindigkeitssollwerte der Geschwindigkeitsvorsteuerung sind nicht konsistent.

Geschwindigkeitsvorsteuerung: Wenn die reale Zykluszeit TC_eff größer ist als die eingestellte Zykluszeit TC_saf ergibt sich eine lineare Dehnung der Zeitachse (Skalierung TC_eff/TC_saf) die eine nichtlineare Transformation der Sollwerte impliziert. Jede berechnete Sollgeschwindigkeit steht (TC_eff/TC_saf) mal länger an als vorausberechnet. Die integrierte effektiv ausgegebene Sollgeschwindigkeit erreicht insgesamt eine Zielposition die um (TC_eff/TC_saf) mal größer als die berechnete ist.
Lagereglung: Da die Sollgeschwindigkeit und die Sollposition nicht zueinander passen (v(t) ≠ dp(t)/dt) muss der Lageregler gegen die Vorsteuerung arbeiten. Das daraus resultierende Verhalten hängt vom Proportionalitätsfaktor, der Größe der Zykluszeitfehleinstellung und den Regler-Resourcen (Referenzgeschwindigkeit) ab. Auf jeden Fall ergibt sich in den nicht kräftefreien Phasen ein Schleppabstand und große Überschwinger.

Delay zwischen Vorsteuerung und Lagereglung

Der Delay Generator dient dazu Auswirkungen einer System-(Hardware/Kommunikations)-Totzeit im P-Anteil eines Positions-Lagereglers zwischen Ausgabe des Geschwindigkeitssollwertes und seiner Wirkung auf die Positionierung zu kompensieren. Anstelle der Ausgabegeschwindigkeit v_o(t) als Funktion der Geschwindigkeitsvorsteuerung v_g(t) und des P-Anteils K_v (p_g(t) - p_i(t)), wobei p_g(t) der Positionssollwert und p_i(t) der Positionsistwert ist,
v_o(t) = v_g(t) + K_v ( p_g(t) - p_i(t)) + ...
wird der Positionssollwert um die Zeitspanne delta verspätet ausgegeben
v_o(t) = v_g(t) + K_v ( p_g(t-delta) - p_i(t))+ ...

Parameter: delta Nacheilzeit in s >= 0.0

Parameter der Achskalibrierung

Diese Einstellungen sind nur bei Achsen mit Inkremental-Encodern erforderlich. Um bei diesen Achsen das Istwert-System an das Bezugs-System der Maschine anzupassen wird eine Kalibrierfahrt gestartet. Dabei werden eine Reihe von Parametern und Signalen benötigt.

Wenn die Kalibrierfahrt einer Achse gestartet wird, startet sie mit der oben genannten „Geschwindigkeit Referenzierfahrt in positiver Richtung“ (Global-Reiter der Achse). Die tatsächliche Richtung wird auf dem Inkremental-Reiter des Encoders festgelegt. Die Achse stoppt, wenn in ihrem NC-SPS-Interface das Signal-Bit für den Kalibriernocken gesetzt wird. Mit diesem Nocken kann bei einem rotierenden Gebersystem mit einem Synchronpuls pro Umdrehung ein bestimmter Puls ausgewählt werden.

Nun startet die Achse erneut, um den Nocken zu verlassen. Sie fährt dazu mit „Geschwindigkeit Referenzierfahrt in negativer Richtung“ (Global-Reiter der Achse), bis da Signal-Bit gelöscht wird. Ohne die Geschwindigkeit zu wechseln fährt die Achse jetzt weiter, bis das Synchron-Latch des Encoders angesprochen hat. Erst jetzt stoppt die Achse.

Die Strecke zwischen dem Ansprechen des Latch und dem Ort, an dem die Achse zum stehen kommt wird ermittelt. Die Summe aus dieser Strecke und der Referenzposition (Inkremental-Reiter des Encoders) wird als neue Achsen-Istposition gesetzt. Durch diese Vorgehensweise kann dem Synchron-Puls einer ausgewählten Umdrehung der Achse eine absolute Position in der Maschine zugeordnet werden.

Im System Manager „Achse Online“ wird die Kalibrierung über <F9> gestartet.