De basisprincipes van motion control

Motion control is een integraal onderdeel van de automatisering van bewerkingen en heeft betrekking op de beweging van machineonderdelen. Noem het gerust de techniek achter de automatisering. Motion control omvat de systemen of subsystemen die betrokken zijn bij het gecontroleerd verplaatsen van machineonderdelen waarbij precisie en efficiëntie van cruciaal belang zijn. Het is essentieel in moderne robotica, CNC-machines en talloze andere toepassingen.

Dankzij motion control kunnen onderdelen of objecten op een nauwkeurige en soepele manier worden bewogen. Vergelijk het met de dirigent van het orkest. Hij begeleidt elke muzikant om zijn instrument op het juiste moment te bespelen. Motion controllers doen net hetzelfde in machines. Ze orkestreren de motoren en actuatoren om nauwkeurige automatisering uit te voeren in verschillende toepassingen. Het gaat erom een onderdeel of gereedschap van punt A naar punt B te krijgen. Wat voor de machinebouwer het belangrijkste is, dat is het proces dat plaatsvindt op die eindpunten of langs het pad. Inzicht in dat machineproces is dus essentieel voor de selectie van de juiste componenten. 

Onderdelen voor bewegingsbesturing

Verschillende onderdelen samen maken de motion control uit. De motion controller is in feite het brein van de operatie. Hij verwerkt de algoritmes, genereert opdrachtsignalen en vraagt statusupdates op om de baan en de snelheid van de machine te sturen. Een actuator maakt de bewegingen en enkele sensoren geven feedback. Dat kan een encoder zijn, die een puls geeft, zodat de controller de positie van de actuator kent, of mogelijk een koppel-/krachtsensor die je laat weten dat er een bepaalde hoeveelheid koppel of kracht is toegepast. Sommige fabrikanten kunnen die gegevens ook rechtstreeks uit de motor halen, zodat er geen extra componenten meer nodig zijn. De aandrijving vormt de spier; ze interpreteert de besturingssignalen met lage spanning van de controller en levert een krachtige stroom of spanning aan de motor. Motoren vormen het hart van elk bewegingsbesturingssysteem. Ze zetten elektrische energie om in mechanische energie. Net als het centrale zenuwstelsel stuurt een netwerk van draden signalen heen en weer tussen de systeemcomponenten. Sensoren zoals encoders, potentiometers en tachometers fungeren als de ogen van het systeem en maken aanpassingen aan procesveranderingen mogelijk. Tot slot fungeert de mechanische behuizing als skeletstructuur die de belastingen en actuatoren ondersteunt. 

Basisprincipes

Ingenieurs die in automatisering werken, moeten de basisprincipes van motion control goed begrijpen. Enkele belangrijke concepten zijn positieregeling, snelheidsregeling en koppelregeling, die bepalen hoe motion-controlsystemen werken en interageren met hun omgeving. Motionsystemen kunnen bestaan uit slechts één bewegingsas of uit meerdere, gecoördineerde assen. Er zijn twee categorieën controlesystemen. Open-lussystemen maken geen gebruik van terugkoppeling en vertrouwen op vooraf bepaalde opdrachten. Gesloten-lussystemen gebruiken terugkoppelingsmechanismen om continu aan te passen en te optimaliseren.

Industriële standaarden

Door interoperabiliteit, veiligheid en prestaties tussen verschillende systemen en fabrikanten te garanderen, helpen industrienormen de toepassing van motion-controltechnologie te vergroten. Standaarden hebben betrekking op verschillende aspecten van motion control, zoals terminologie, communicatie-interfaces en testmethoden en -procedures voor prestaties. De toepassing van open netwerkstandaarden biedt interoperabele communicatie en vergemakkelijkt naadloze integratie van motion-controlcomponenten van verschillende leveranciers om de ontwerpflexibiliteit te vergroten en de kosten voor eindgebruikers te verlagen. De PLCopen-norm voor motion control biedt bijvoorbeeld een manier om over standaard applicatiebibliotheken te beschikken die herbruikbaar zijn op meerdere hardwareplatforms. Dergelijke standaardiseringsinspanningen hebben als doel het programmeren te vereenvoudigen en de overdraagbaarheid van motion-controltoepassingen te verbeteren. IEC 61131-3 en PLCopen zijn de belangrijkste programmeerstandaarden. PackML is een andere belangrijke standaard, waar eindgebruikers in de verpakkingsindustrie om vragen, en EtherCAT is absoluut de trend voor deterministische motion- en IO-netwerken.

Conclusie

Motion control en motoren vormen de basis van moderne automatisering en zijn de drijvende kracht achter innovatie. Naarmate de technologie zich verder ontwikkelt, wordt het steeds belangrijker om de principes te begrijpen, op de hoogte te blijven van industriestandaarden en gebruik te maken van beschikbare leermiddelen. Met opkomende trends zoals AI-integratie, IoT-connectiviteit en Industrie 4.0 die de toekomst van motion control vormgeven, moeten machinebouwers zich voortdurend aanpassen en hun kennis uitbreiden om voorop te blijven lopen in deze dynamische en essentiële technologie.