Dans l'automatisation industrielle moderne, les systèmes multiaxes sont largement utilisés dans diverses applications telles que la robotique, les machines CNC et les équipements d'emballage. Les servomoteurs CANopen jouent un rôle crucial dans ces systèmes multi-axes, fournissant un contrôle de mouvement précis pour chaque axe. Cependant, pour garantir le fonctionnement coordonné et efficace de plusieurs axes, les méthodes de synchronisation sont essentielles. En tant que fournisseur de servomoteurs CANopen, je présenterai dans ce blog plusieurs méthodes de synchronisation courantes pour les servomoteurs CANopen dans les systèmes multi-axes.
1. Synchronisation basée sur le temps
La synchronisation basée sur le temps est l'une des méthodes les plus simples pour coordonner plusieurs axes dans un système de servomoteur CANopen. Dans cette méthode, tous les servomoteurs sont synchronisés sur une référence temporelle commune. Ceci peut être réalisé en utilisant une source d'horloge mère, qui envoie des messages horodatés à intervalles réguliers.
Chaque servo variateur du système reçoit ces messages horodatés et les utilise pour aligner son horloge interne. Grâce à une base de temps commune, les variateurs peuvent exécuter des commandes de mouvement précisément au même moment. Par exemple, si un bras robotique multi-axes doit effectuer un mouvement coordonné, le servomoteur de chaque axe peut démarrer son mouvement au même instant en fonction de l'heure synchronisée.
L'avantage de la synchronisation basée sur le temps est sa simplicité et sa large applicabilité. Il peut être facilement implémenté dans la plupart des systèmes basés sur CANopen sans modifications matérielles significatives. Cependant, il présente également certaines limites. La précision de la synchronisation temporelle dépend de la qualité de la source d'horloge maître et du délai de communication dans le réseau CANopen. Tout retard ou instabilité dans le réseau peut entraîner de petits écarts dans le temps d'exécution des commandes de mouvement entre les différents axes, ce qui peut affecter les performances globales du système multi-axes.
2. Synchronisation basée sur la position
La synchronisation basée sur la position vise à garantir que tous les axes atteignent des positions spécifiques simultanément ou maintiennent une relation de position fixe les uns avec les autres. Dans un système multi-axes, chaque servomoteur surveille en permanence la position de son axe correspondant. Lorsqu'un événement de synchronisation est déclenché, les variateurs ajustent leurs profils de mouvement pour garantir que les axes atteignent les positions souhaitées en même temps.
Par exemple, dans un centre d'usinage CNC à plusieurs axes, les axes X, Y et Z doivent se déplacer vers des positions spécifiques pour effectuer une opération d'usinage. Les servomoteurs de ces axes communiquent entre eux via le réseau CANopen et ajustent leurs vitesses et accélérations pour synchroniser leurs positions. Si un axe est en retard, son servomoteur peut augmenter le couple de sortie du variateur pour rattraper les autres axes.
La synchronisation basée sur la position offre une coordination de haute précision entre les axes, en particulier dans les applications où la position relative entre les axes est critique. Cependant, cela nécessite des algorithmes de contrôle plus complexes et une communication en temps réel entre les servomoteurs. Le calcul des erreurs de position et l'ajustement des profils de mouvement doivent être effectués en temps opportun pour garantir une synchronisation efficace.
3. Synchronisation maître-esclave
Dans un schéma de synchronisation maître-esclave, un servo variateur est désigné comme maître et les autres variateurs agissent comme esclaves. Le variateur maître contrôle le mouvement global du système et envoie des signaux de synchronisation aux variateurs esclaves. Les variateurs esclaves suivent ensuite les commandes du variateur maître pour obtenir un mouvement coordonné.
Le variateur maître génère généralement un profil de mouvement de référence, qui peut être basé sur une trajectoire prédéfinie ou sur des commandes saisies par l'utilisateur. Les entraînements esclaves reçoivent ce profil de référence et ajustent leur propre mouvement pour y correspondre. Par exemple, dans un système de bande transporteuse avec plusieurs rouleaux servo-entraînés, le servo-entraînement d'un rouleau peut être défini comme maître et les autres entraînements comme esclaves. L'entraînement maître contrôle la vitesse de la bande transporteuse et les entraînements esclaves ajustent la vitesse de leurs rouleaux respectifs pour maintenir le mouvement fluide de la bande.
La synchronisation maître-esclave simplifie la logique de contrôle du système multi-axes car les entraînements esclaves n'ont qu'à suivre les commandes du maître. Cela réduit également la charge de communication sur le réseau CANopen puisque la plupart des informations de contrôle sont transmises du maître aux esclaves. Cependant, les performances de l'ensemble du système dépendent fortement de la fiabilité et de la précision du variateur maître. Si le variateur maître tombe en panne ou fonctionne mal, la synchronisation du système multi-axes sera affectée.
4. Engrenage électronique et came
Les engrenages électroniques et les cames sont des méthodes de synchronisation avancées largement utilisées dans les applications où des relations de mouvement complexes entre les axes sont requises.
L'engrenage électronique permet à un axe de suivre le mouvement d'un autre axe avec un rapport fixe. Par exemple, dans une machine à imprimer, l'axe d'alimentation du papier peut être adapté électroniquement à l'axe du tambour d'impression. Le servomoteur de l'axe d'alimentation papier ajuste son mouvement en fonction du mouvement de l'axe du tambour d'impression, garantissant ainsi que le papier est alimenté à la vitesse et à la position correctes pour l'impression.
La came, quant à elle, permet aux axes de suivre un profil de mouvement prédéfini les uns par rapport aux autres. Un profil de came est une fonction mathématique qui décrit la relation entre les positions des différents axes au fil du temps. Les servomoteurs des axes utilisent ce profil de came pour ajuster leur mouvement. Dans une machine d'emballage, différents axes peuvent être programmés pour effectuer une série de mouvements coordonnés selon un profil de came, tels que des opérations de prélèvement, de placement et de scellage.
Ces méthodes offrent une grande flexibilité et précision dans la synchronisation multi-axes. Ils peuvent gérer des modèles de mouvement complexes difficiles à réaliser avec d’autres méthodes de synchronisation. Cependant, ils nécessitent un logiciel de contrôle plus sophistiqué et une compréhension plus approfondie des exigences de l’application.
5. Impact du réseau CANopen sur la synchronisation
Le réseau CANopen joue un rôle essentiel dans la synchronisation des systèmes de servovariateurs multiaxes. La vitesse de communication, la fiabilité et la latence du réseau CANopen affectent directement les performances des méthodes de synchronisation.
Un réseau CANopen à grande vitesse peut réduire le délai de communication entre les servomoteurs, ce qui est crucial pour la synchronisation basée sur le temps et la position. Une communication plus rapide permet aux variateurs de recevoir et de traiter les signaux de synchronisation plus rapidement, améliorant ainsi la précision de la coordination entre les axes.
La fiabilité du réseau CANopen est également essentielle. Toute erreur ou interruption de communication peut perturber le processus de synchronisation. Pour garantir la fiabilité, une configuration réseau appropriée, telle que l'utilisation de lignes de communication redondantes et de mécanismes de correction d'erreurs, est nécessaire.
La latence dans le réseau CANopen peut entraîner des retards dans la transmission des signaux de synchronisation. Cela peut entraîner un désalignement entre les axes, en particulier dans les applications de mouvement à grande vitesse. Par conséquent, il est important de minimiser la latence grâce à l'optimisation du réseau et à l'utilisation d'émetteurs-récepteurs CANopen hautes performances pour obtenir une synchronisation efficace.
Conclusion
En tant que fournisseur de servomoteurs CANopen, nous comprenons l'importance de la synchronisation dans les systèmes multi-axes. Différentes méthodes de synchronisation ont leurs propres avantages et limites, et le choix de la méthode dépend des exigences spécifiques de l'application. La synchronisation basée sur le temps est simple et largement applicable, tandis que la synchronisation basée sur la position offre une coordination de haute précision. La synchronisation maître-esclave simplifie la logique de contrôle, et les engrenages électroniques et les cames offrent une flexibilité pour les modèles de mouvement complexes.
Lors de la mise en œuvre de la synchronisation dans un système multi-axes, il est également nécessaire de prendre en compte l'impact du réseau CANopen sur les performances de synchronisation. En optimisant la configuration du réseau et en utilisant des composants de haute qualité, nous pouvons garantir le fonctionnement fiable et efficace du système de synchronisation.
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Références
- "Guide d'application CANopen", CAN en automatisation (CiA)
- "Motion Control Handbook", divers auteurs
- Documents techniques des principaux fabricants de servomoteurs