서보 드라이브는 하드웨어 축과 상호 작용하지만 모션을 구성하는 방법은 매우 다양합니다. 입/출력(I/O) 신호를 통해 센서와 스위치를 연결하여 원점 복귀 및 이동 제한 설정과 같은 기능을 용이하게 할 수 있습니다.
서보 모터 드라이브를 처음 사용하는 경우 VFD(가변 주파수 드라이브)로 구동되는 3상 비동기 모터와 크게 다르다는 것을 알게 될 것입니다. 근본적인 차이점은 피드백 메커니즘에 있습니다. VFD는 개방형{2}}루프 시스템 내에서 작동하므로 모든 피드백 제어를 처리하려면 외부 컨트롤러가 필요합니다. 반대로 서보 시스템에는 통합 인코더가 있습니다.-따라서 전체 시스템의 동작 매개변수는 작동이 시작되기 *전에* 정의되어야 합니다.
이전 기사에서는 하드웨어 축 구성의 일부 예를 다루었고 드라이브 소프트웨어에 매개변수를 입력하는 방법을 시연했습니다(이 튜토리얼에 설명되어 있음). 그러나 이제 다양한 모션 제어 작업을 실행하는 데 필요한 특정 유형의 I/O 신호를 더 깊이 조사할 필요가 있습니다.
특히, 서보 시스템 내 입력 신호의 세 가지 범주(제한 신호, 원점 복귀 입력 신호, 범용 입력 신호)에 특별한 주의가 필요합니다.-
리미트 스위치
먼저, 용어의 정의를 명확히 할 필요가 있습니다. 리미트 스위치는 레버나 롤러에 가해지는 물리적 힘에 의해 작동되는 하드웨어 스위치 유형입니다. 객체 감지와 관련된 다양한 시나리오에서 활용될 수 있습니다.
그러나 모터 제어 분야에는 움직이는 물체가 이동 범위의 끝에 도달했는지 여부를 감지하는 데 사용되는 다양한 스위치가 있습니다. 이러한 스위치는 "제한" 스위치라고도 합니다. 대부분의 모션 축의 경우 리미트 스위치는 일반적으로 포지티브 리미트 스위치와 네거티브 리미트 스위치로 각각 지정된 이동 범위-의 각 끝에 설치됩니다.
모션 축에 사용되는 리미트 스위치는 본질적으로 기계적인 것만은 아닙니다. 현재 광학적 또는 자기적 특성을 활용하여 기계적 저항을 발생시키지 않고 이동 감지를 수행하는 많은 비접촉 스위치를 사용할 수 있습니다.
소프트웨어 제한
리미트 스위치를 반드시 사용해야 합니까? 대답은 '아니요'입니다. 대부분의 경우 하드웨어 제한에 의존할 필요가 없습니다.
대부분의 서보 드라이브는 소프트웨어 제한 기능을 지원합니다. 인코더는 축의 위치를 실시간으로 지속적으로 추적하고 해당 위치가 미리 설정된 임계값을 초과하는 경우 컨트롤러는 축이 더 이상 이동하지 못하도록 방지합니다.
원점 복귀 스위치
디지털 입력 신호의 두 번째 범주는 "원점 복귀" 입력 신호로 구성됩니다. 일반적으로 시스템에는 원점 복귀 스위치가 하나만 필요합니다. 원점 복귀 작업은 -단일 방향으로 이동하면서-장비의 전원을 켜거나 특정 명령을 수신할 때만 실행되기 때문입니다. 축의 전원이 꺼지면 현재 위치 정보가 지워집니다(로봇 서보 시스템에서 흔히 볼 수 있는 배터리 백업이 시스템에 장착되어 있지 않은 경우). 원점 복귀 프로세스의 기본 목적은 컨트롤러가 모든 후속 이동에 대해-"알려진 시작점"을 재설정할 수 있도록 하는 것입니다.
고정-위치 원점 복귀
모션 제어에는 다양한 원점 복귀 방법이 있습니다. 가장 일반적이고 이해하기 쉬운 접근 방식은 다음과 같습니다. 모션 플랫폼은 원점 복귀 스위치를 트리거할 때까지 특정 방향으로 천천히 이동합니다. 이 시점에서 트리거 지점은 "0 위치"로 지정됩니다.
이 방법에는 미묘한 변형도 있습니다. 플랫폼은 먼저 원점 복귀 스위치를 트리거한 다음 센서가 더 이상 작동하지 않을 때까지 -매우 낮은 속도로 천천히 후퇴하면서- 방향을 바꿉니다. 그 정확한 순간의 위치는 영점 위치로 정의됩니다. 레버 암이 장착된 접촉식-형 리미트 스위치는 장기간 사용 후 마모가 발생할 수 있으며 잠재적으로 원점 위치에서 미세한 이동(아마도 10분의 1밀리미터 정도)이 발생할 수 있다는 것을 상상하는 것은 어렵지 않습니다.{4}}이것이 비-비접촉 스위치가 종종 뚜렷한 이점을 제공하는 이유 중 하나입니다.
중앙 위치로 원점 복귀
또 다른 원점 복귀 방법의 원리는 다음과 같습니다. 이동 구성요소는 먼저 리미트 스위치를 트리거할 때까지 선택한 방향으로 이동한 다음 원점 복귀 스위치를 트리거할 때까지 방향을 바꿉니다. 이 방법의 전제는 원점 복귀 스위치가 이동 범위의 "중앙 위치"에 설치되어 있고, -장비의 전원이 켜져 있을 때-시스템이 초기에 모션 플랫폼이 원점 복귀 스위치에 도달하기 위해 이동해야 하는 방향을 결정할 수 없다는 것입니다. 여기서도 모션 스테이지가 이동 범위의 한쪽 끝에서 다른 쪽 끝으로 이동할 때마다 원점 복귀 스위치를 통과하므로 비{4}}접촉 스위치를 사용하는 것이 좋습니다.
소프트웨어 원점복귀
하드웨어 스위치가 전혀 필요하지 않은 소프트웨어 로직에 전적으로 의존하는 소프트웨어-기반 원점 복귀 방법도 있습니다. 장비의 전원이 꺼질 때마다 모션 스테이지가 알려진 특정 위치에 지속적으로 정지하게 되면 시스템은 이후 시작할 때마다 자동으로 해당 위치를 "0점"으로 지정합니다. 그러나 중요한 주의 사항이 적용됩니다. 전원이 꺼지는 순간 모션 스테이지의 위치가-고정되지 않은 경우-즉, 무작위로 변한다는 의미입니다.-시스템은 시작 시 이 무작위 위치를 영점으로 잘못 지정합니다. 이러한 시나리오에서 이후에 축에 400mm 위치로 이동하도록 명령하면 축이 이동 범위의 끝을 초과하여 잠재적으로 시스템 오류가 발생할 수 있습니다.
안전 토크 오프(STO) 입력
안전 관점에서 볼 때 비상 상황에서 장비와 작업자를 모두 보호할 수 있는 메커니즘이 마련되어 있어야 합니다. 이 기능은 두 개의 입력 신호, 즉 STO(Safe Torque Off) 신호(STO1 및 STO2)를 통해 구현됩니다. 이 두 신호는 지속적으로 전압 입력을 받아야 합니다. 그렇지 않으면 드라이브 장치에 종료 명령이 내려집니다. 일반적으로 이 두 신호는 비상 정지(E-stop) 회로 또는 이중 상시 폐쇄 접점이 장착된 안전 릴레이에 연결됩니다.
일반-용도 입력 신호
The preceding discussion has covered most of the core functions associated with servo drive input signals; however, the capabilities of certain drives extend beyond merely driving a motor. Take, for instance, the SBD drive from CMZ Sistemi Elettronici: in addition to its servo drive capabilities, it features an integrated embedded PLC capable of executing structured test code.
모든 PLC의 경우와 마찬가지로, 이러한 통합 드라이브에는 센서의 프로세스 신호와 사용자 조작 버튼의 입력을 포함하여-외부 신호를 수신하기 위한 메커니즘이 필요합니다.{1}} 이러한 범용-목적 입력/출력 신호(일반적으로 GPIO로 축약됨)는 사전 정의된 고정 기능을 할당하지 않고도-표준 PLC의 신호와 유사-모든 유형의 신호를 전송하는 데 사용할 수 있습니다.- 그러나 모든 서보 드라이브에 GPIO 인터페이스가 장착되어 있는 것은 아닙니다.
서보 모션 제어
의심할 바 없이, 서보 시스템을 구성하는 것은 가변 주파수 드라이브(VFD)를 구성하는 것보다 훨씬 더 큰 과제를 제시합니다. 그러나 동시에 구성 프로세스를 간소화하고 기술적 진입 장벽을 낮추는 데 도움이 되는 다양한 시운전 도구를 사용할 수 있습니다. 아직 서보 시스템 영역에 뛰어들지 않은 전문가라면 학습을 시작하기에 너무 늦지 않았습니다!