1700's
Sanayi devriminin başlangıcının 1760 civarında olduğu genel olarak kabul edilmektedir. Elbette bu hangi referansın kullanıldığına bağlıdır. Nihayetinde, tekrar eden görevleri otomatikleştirme dürtüsü, insanların bunu yaptığı tarihlerde başlamıştır. Sanayi devriminin "sonunun" yaklaşık 100 yıl önce gerçekleştiği varsayılıyor, ancak bugün etrafa bakıldığında pek de bitmiş gibi görünmüyor. Günümüzün endüstri ve otomasyon seviyesi, ilk mucitlerin hayallerini kolaylıkla aşıyor. Mucitler 1700 ve 1800'lü yıllar boyunca makine teknolojisinde ilerlemeler sağlamış ve günümüzün hareket kontrol endüstrisinin oluşumunu hazırlamışlardır.
Kayış ve kasnak sistemleriyle çalışan ilk fabrika otomasyonu.
1800's
Hareket kontrolü mevcut değildi ve otomasyon, kayış ve kasnak tahrik sistemlerine sahip kaba motorlar şeklindeydi. Endüstriyel bir binaya güç sağlamak için dışarıda büyük bir su çarkı veya bodrumda duran buhar makinesi gerekiyordu.
Mekanik gücü her kata iletmek için genellikle bodrumdaki bir buhar makinesinden bina boyunca dikey bir tahrik treni uzanıyordu. Kat seviyesinde, bir şanzıman dikey tahrik treninden gelen gücü kat boyunca uzanan yatay bir trene dönüştürürdü.
Makinelerdeki bobinlerin değiştirilmesi
Mekanik güce ihtiyaç duyan her bölüm, ana hattan bir kavrama mekanizması ile çekilmiştir. Örneğin dikiş makinesi operatörleri, her bir dikiş makinesini güç kaynağına bağlamak için bir ayak debriyajı kullanıyordu.
1900's
Mühendisler 1800'lerin sonundaki ivmeyi elektrikle çalışan aletleri tüketicilere ulaştırmak için kullandılar. Edison'un 1870'lerde DC jeneratörü, 1880'lerde kamusal elektrik ve Tesla'nın AC motoru ve 1890'larda ilk elektrikli el matkabını icat etmesi, 1915 civarında elektrikli çamaşır makineleri ve buzdolaplarına yol açtı. Bu zamana kadar Henry Ford, parçaların standartlaştırıldığı ve fabrika verimliliğinin arttığı mobil bir üretim hattını daha yeni fark etmişti.
Geri Bildirimin Keşfi
Harold Black, amplifikatörlerde negatif geri besleme kavramıyla iletişimde devrim yarattığında yıl 1927'ydi. Yine de bir geri besleme döngüsünü ilk kapatan o değildi, çünkü termostatlar ve fırınlar 1800'lerin sonlarından beri geri besleme kullanarak oda sıcaklığını düzenliyordu. James Watt daha önce de buhar makinesi için mekanik bir geri besleme döngüsü üzerinde çalışmıştı. Harold Black de bir akşam işten eve dönerken bir amplifikatörün çıkışının bir kısmının girişe geri uygulanmasının sinyal bozulmasını önemli ölçüde azaltabileceğine dair bir aydınlanma yaşadı. Black'in keşfinden kısa bir süre sonra, 1930'larda kapalı döngü kontrolü için geri besleme kullanan ilk pnömatik hareket kontrol ürünleri ortaya çıktı.
Harold Blacks'in negatif geri beslemeyi açıklayan orijinal denklemleri ve diyagramları. İşe gitmek için vapura binerken not aldım.
Bu noktada, oransal-integral-türev (PID) kontrolü dünyanın çoğu için bilinçli bir düşünce olarak yeni yeni ortaya çıkıyordu. J.C Maxwell 1886'da PID hakkında ayrıntılı bir matematiksel analiz yazdı, ancak PID ayarını kasıtlı olarak kullanan ürünlerin ortaya çıkması yaklaşık 50 yıl aldı. 40'lı ve 50'li yıllar PID kontrolünde büyük adımların atıldığı yıllar oldu. İnsanlar nihayet matematiksel analizin önemini fark etti ve kontrol teorisini bir bilim olarak geliştirmeye başladı. Bu elbette PID kontrolünün çok ham bir dönemiydi.
50'li, 60'lı ve 70'li yıllarda uzay uçuşları ve savaş, optimize edilmiş kontrol algoritmaları geliştirme çabalarını teşvik etti. Katı hal cihazları ve motor teknolojisi 60'lı yıllarda PID kontrolünün mikro denetleyicilere taşındığı bir noktaya kadar gelişti. Çeşitli iyileştirmeler ve optimizasyonlar, fırçasız sabit mıknatıslı motorlarla birlikte darbe genişlik modülasyonu (PWM) anahtarlama teknolojisinin tanıtıldığı 1970'lerin sonlarına kadar devam etti. Hareket kontrolü o zamandan beri aynı olmadı.
Dijital Hareket Kontrolü
Son 20 yılda DSP, ağ ve PWM anahtarlama teknolojisi, kapalı döngü hareket kontrolünün kullanımında katlanarak bir artış yaratmıştır. Amplifikatörlerde ve güç kaynaklarında PWM anahtarlama teknolojisi yüksek verimlilik, düşük ısı güç iletimini mümkün kılmıştır. Sadece birkaç yıl içinde, 2kW'lık bir motor amplifikatörünün boyutu 100 pound veya daha fazlayken, elde taşınabilen ve bir panele cıvatalanabilen bir şeye küçüldü.
Yaklaşık 1990 yılında, DSP tabanlı hareket kontrol ürünleri, seri ağlar üzerinden sofistike hareket profili oluşturmaya ve dijital iletişime olanak sağlamaya başladı. Teknolojideki bu hızlı değişimler, hareket kontrol ürünlerinin standartlaştırılmasında bir kırılma yarattı. Örneğin Profibus (1989), DeviceNet (1994) ve Smart Distributed Systems (1994) gibi ağ protokolleri Kontrol Alanı Ağı (CAN) pazarını ele geçirmeye çalıştı. İlk ağlardan biri olan CAN, 80'li yılların ortalarından beri otomotiv iletişimi için kullanılıyordu; o kadar çok yönlü olduğunu kanıtladı ki 90'lı yıllarda otomasyon dünyasına taşındı. Sercos 90'lı yılların başında fiber optik iletim hatlarıyla kendi donanım katmanını kullanarak ortaya çıkarken, diğer tescilli ağlar RS-485 donanım katmanını kullanmaya başladı.
Günümüzde endüstri, akıllı hareket kontrol kartları, servo amplifikatörler, motorlar, geri besleme cihazları ve mekanik bağlantılarda inanılmaz bir kullanılabilirlik ile standartlaşmaktan çok uzaktır. Tüm bu seçenekler hakkında kısa bir güncelleme için "Günümüzde Hareket Kontrolü" bölümüne bakınız.
Mevcut
Bugün bir sistemi bir araya getirirken birçok seçenek var. Teorik olarak, en iyi ağ, en iyi kontrolör, en iyi servo sürücü, en iyi motor ve geri besleme eşleştirilerek ideal sistem oluşturulabilir. Ancak, birlikte çalışabilirlik sorunları nedeniyle bu hayali gerçekleştirmek genellikle zordur. Bunun nedeni, hareket kontrol ekipmanı üreticilerinin, kullanıcıları o üretici tarafından üretilen donanımla sınırlayan kendi tescilli sistemlerini geliştirme eğiliminde olmalarıdır. Kullanıcılar çoğu zaman paketlenmiş çözümleri iş için yeterli buluyor ancak çoğu zaman kullanıcı mümkün olan en iyi performansı elde edemiyor. Kolaylık ve performans arasında bir denge vardır.
Hareket kontrol sistemi tasarımcıları, açık standart çözümlerin kullanılabilirliğini giderek daha fazla talep ediyor. Açık standartlara dayalı sistemler, mühendislerin maliyet/performans ihtiyaçlarını karşılayan bileşenler için alışveriş yapmalarına olanak tanıyacak ve kritik bileşenlerin ikinci kez tedarik edilmesini daha gerçekçi hale getirecektir. CANopen özellikle hareket kontrolü için geliştirilmiştir ve hareket kontrolünde kanıtlanmış güvenilirliği ve açık bir standart olması nedeniyle genellikle tercih edilen ağdır. Ethernet Power Link (EPL), CANopen'ın sağlam iletişim yeteneklerini korurken Ethernet'in yüksek bağlantı hızlarından yararlanan bir Ethernet uzantısıdır. Bu gibi açık ağ standartları, hareket kontrol sistemi geliştirmeyi bir sonraki performans ve kolaylık seviyesine yükseltmeye yardımcı olacaktır. Hareket kontrolünün geleceğinde sistem bileşenlerinin daha iyi entegrasyonu ve daha kolay entegrasyon ve programlama görülecektir.
Kontrolör
Hareket kontrolörleri bir makinenin hareketine akıl katar. Bağımsız veya doğrudan bir PC'ye monte edilen PCI kartları olabilirler. Yörünge oluşturma, S-eğrisi profili oluşturma, dengeleme, alçak geçiren filtreler, çentik filtreleri ve diğer algoritmalar gibi özellikler, sıkı kontrol edilen profillerin elde edilmesini her zamankinden daha kolay hale getirir. Hareket kontrolörleri, dağıtılmış veya merkezi ağlarla tek veya çok eksenli makineleri kontrol edebilir. CAN ve 100Base-T en yaygın ağ katmanlarıdır. Bu ağ çözümleri popülerdir, ancak standart analog ve Darbe/Yön komut kaynakları hala pazarın büyük bir bölümünü elinde tutmaktadır ve neredeyse her hareket kontrolörü kartında mevcuttur. Hareket kontrolörleri genellikle motor ile kontrolör arasında yer alan bir amplifikatör veya "servo sürücü" ile arayüz oluşturur.
Sürüş
Servo sürücüler ve hareket kontrolörleri arasındaki tanımlayıcı çizgi bulanıklaşmaya başladı çünkü servo sürücüler daha önce sadece hareket kontrolörlerinin sahip olduğu işlevselliğe kavuşuyor. Sofistike kontrol döngüleri giderek artan sayıda sürücüde bulunmaktadır. Bu iyi bir şey çünkü hareket kontrolörüne daha üst düzey algoritmalar için alan sağlıyor. Analog sürücüler servo sistemlerin büyük bir yüzdesini oluştururken, dijital sürücüler programlanabilir I/O ve yazılımla yapılandırılabilen birçok özellik nedeniyle daha cazip hale gelmektedir. Dijitale geçmenin birçok avantajından biri, dijital servo sürücünün tüm işlevselliğinin basit bir ürün yazılımı indirmesiyle değiştirilebilmesi ve böylece yeni özelliklerle saha yükseltmelerinin hızlı ve kolay hale gelmesidir.
Motor
Motorlar, çeşitli kontrol şemalarına sahip her boyutta ve şekilde olabilir. Patlamaya dayanıklı motorlar değişken ortamlarda popülerdir ve çerçevesiz motorlar sıkı entegrasyonu mümkün kılar. İlaç ve içecek endüstrileri, motorun periyodik olarak basınçla yıkanacağı belirli uygulamalar için "yıkama" motorları kullanır. Motor üreticileri boyut, ağırlık, şekil, tork değeri, hız değeri, motor sabiti ve daha fazlası dahil olmak üzere her türlü spesifikasyona sahip motorlar oluşturabilir. Step motorlar, tek ve üç fazlı ac endüksiyon motorları, sabit mıknatıslı fırçasız motorlar, sabit mıknatıslı fırçalı motorlar ve lineer fırçasız motorlar dahil olmak üzere aralarından seçim yapabileceğiniz birçok motor türü vardır. Bu motorlardan birinin konumunu veya hızını kontrol etmek için uygun geri besleme cihazları gereklidir.
Geri bildirim
Çoğu uygulama için işe yarayan birkaç standart geri bildirim cihazı vardır. Bunlar arasında takometreler, artımlı enkoderler, mutlak enkoderler, çözücüler, analog potansiyometreler ve Halls sayılabilir. Bahsedilen tüm cihazlar dijital TTL seviyesi darbe trenleri veya analog sinyaller kullanırken, daha yeni mutlak geri besleme cihazları seri iletişim yeteneğine sahiptir. Sürücü veya kontrolör, sadece bir voltaj okumak veya darbeleri saymak yerine, rotor konumunun dijital göstergesini almak için geri besleme cihazıyla aktif olarak iletişim kurmalıdır. 1Vpp sinüzoidal enkoderler ile bazı yüksek hassasiyetli uygulamalar 4 milyon sayım/devir üzerinde çözünürlük elde etmek için teknikler kullanmaktadır! Bununla birlikte, yükte elde edilebilir çözünürlük büyük ölçüde mekanik bağlantılara ve çift döngü geri besleme gibi gelişmiş geri besleme şemalarına bağlıdır.
Hareket Kontrolüne Genel Bakış bölümünde tüm parçaların nasıl bir araya geldiğini görün