Módulo de posicionamiento FX2N1PGE de Mitsubishi PLC

Mitsubishi FX2N-1PG-E | Unidad Generadora de Pulsos — Posicionamiento de 1 Eje, 100 kHz Máx., 7 Modos de Operación, Posicionamiento Absoluto y Relativo, Compatible con FX2N / FX3U / FX2NC / FX3UC

Descripción general

La Mitsubishi FX2N-1PG-E es la unidad generadora de pulsos que otorga a los PLC de la serie FX la capacidad de controlar variadores de servomotores y motores paso a paso a través de una interfaz de hardware de salida de pulsos dedicada — independiente de la capacidad de salida de pulsos incorporada del propio PLC.

Donde las salidas de transistor Y0 e Y1 incorporadas del FX2N pueden generar trenes de pulsos para uno o dos ejes, el FX2N-1PG-E agrega un procesador de posicionamiento dedicado para un eje adicional, con su propio contador de posición, generador de rampa de velocidad y lógica de modo de operación que se ejecutan independientemente del ciclo de escaneo del PLC.

Múltiples unidades FX2N-1PG-E extienden esto hasta ocho ejes controlados completamente independientes desde un solo PLC FX2N o FX3U.

La filosofía de diseño detrás del FX2N-1PG-E refleja cómo Mitsubishi abordó el control de movimiento de PLC compactos en la era FX2N: en lugar de poner la programación de movimiento dentro del conjunto de instrucciones del PLC (el enfoque adoptado por los controladores de movimiento dedicados), el FX2N-1PG-E maneja su propia lógica de control de posición internamente y se comunica con el PLC a través de memoria intermedia (BFM) a la que se accede mediante instrucciones FROM/TO en el programa de escalera del PLC.

El PLC escribe la posición objetivo, la velocidad objetivo y la selección del modo en la BFM del módulo; el módulo ejecuta el movimiento de posicionamiento de forma autónoma mientras el PLC continúa su ciclo de escaneo; y el PLC lee la posición real, las palabras de estado y las banderas de finalización de la BFM cuando necesita responder a la finalización del movimiento.

Esta arquitectura basada en BFM significa que el movimiento de posicionamiento se ejecuta a velocidad de hardware — el módulo genera trenes de pulsos de hasta 100 kHz sin ninguna dependencia del tiempo de escaneo del PLC.

Un PLC que escanea cada 10 ms gestiona su propia lógica a velocidad de escaneo mientras el FX2N-1PG-E impulsa simultáneamente un eje de motor a 100.000 pulsos por segundo sin ninguna degradación de tiempo por la ejecución del programa del PLC.

Especificaciones clave

Siete modos de operación — Qué hace cada uno

Los siete modos de operación del FX2N-1PG-E cubren el rango completo de tareas de posicionamiento de un solo eje que surgen en el diseño práctico de máquinas:

1. Retorno a la posición de referencia de la máquina: El módulo impulsa el eje a una posición de referencia mecánica definida por un sensor de punto cercano (DOG) y una entrada de señal de marca cero (ZRN).

La secuencia de retorno a la referencia — aproximación a alta velocidad, desaceleración en la entrada DOG, velocidad de arrastre hasta la marca cero — establece la referencia de posición desde la cual se miden todos los movimientos de posicionamiento absoluto posteriores.

2. Posicionamiento a velocidad única: El módulo se mueve a una posición objetivo a una velocidad fija, desacelerando automáticamente a medida que se acerca el objetivo. Este es el modo de posicionamiento más simple y común para movimientos de mesa punto a punto.

3. Posicionamiento a velocidad variable: La velocidad del eje se puede cambiar durante el movimiento — el PLC escribe un nuevo valor de velocidad en la BFM mientras el movimiento está en progreso y el módulo acelera o desacelera a la nueva velocidad sin detenerse.

4. Posicionamiento a dos velocidades: El módulo ejecuta el movimiento a alta velocidad inicialmente, luego cambia automáticamente a una velocidad más baja en una posición intermedia programable antes de alcanzar el objetivo final. Este modo se utiliza para aplicaciones que requieren un acercamiento rápido y un asentamiento final lento — aproximación de la herramienta a una pieza de trabajo, por ejemplo.

5. Operación a velocidad única con interrupción: El eje se mueve a velocidad constante hasta que se recibe una entrada de interrupción (señal de hardware), momento en el cual el módulo registra la posición actual, desacelera hasta detenerse y opcionalmente continúa hacia un nuevo objetivo. Este modo admite el corte activado por marca de registro, corte volador y aplicación de etiquetas sincronizada donde el punto de actuación se define por un sensor físico en lugar de una posición programada.

6. Operación a velocidad constante (JOG): El eje se mueve continuamente a una velocidad comandada sin un objetivo de posición definido. Se utiliza para el desplazamiento manual durante la configuración de la máquina, la operación a velocidad constante de transmisión por correa y los movimientos de prueba.

7. Operación con comando externo: El módulo recibe sus comandos de operación (inicio, parada, desaceleración) de entradas de hardware externas en lugar de escrituras en registros BFM — útil para requisitos de parada críticos para la seguridad y para máquinas donde se requiere una anulación de control a nivel de hardware.

Configuración multieje — Escalado de 1 a 8 ejes independientes

Un solo FX2N-1PG-E controla un eje. Una máquina que requiere múltiples ejes de posicionamiento controlados independientemente agrega un módulo por eje, hasta el límite del tipo de PLC. Para FX2N y FX3U, ocho módulos proporcionan ocho ejes independientes simultáneos — cada uno con su propia salida de pulsos, contador de posición, capacidad de retorno a referencia y operación de siete modos — desde un solo PLC.

Cada módulo ocupa 8 puntos de E/S en el recuento de E/S del PLC, y la dirección de la instrucción FROM/TO utiliza el número de módulo (K0 para el primer módulo, K1 para el segundo, etc.) para dirigir las lecturas y escrituras al BFM del módulo correcto. Los ocho ejes pueden estar ejecutando simultáneamente movimientos de posicionamiento independientes, porque el procesador de posicionamiento de cada módulo se ejecuta de forma autónoma — el PLC inicia los movimientos escribiendo en la BFM de cada módulo y monitorea la finalización leyendo las palabras de estado, pero la generación de pulsos ocurre en el propio hardware de cada módulo, completamente desacoplada del ciclo de escaneo del PLC.

Para los PLC FX2NC (que utilizan un formato de conector compacto), se requiere el adaptador de interfaz FX2NC-CNV-IF entre el PLC y cada FX2N-1PG-E, con un máximo de 4 unidades. Para los PLC FX3UC, se requiere el mismo adaptador y se pueden conectar hasta 7 u 8 unidades dependiendo de la configuración específica del FX3UC.

Formato de salida de pulsos y compatibilidad del variador

El FX2N-1PG-E emite trenes de pulsos a través de dos terminales: FP (Pulso Adelante) y RP (Pulso Reversa), o equivalentemente como PULSE y SIGN en algunas configuraciones de conexión. Las salidas de colector abierto funcionan con amplificadores de variador que aceptan:

Entrada de dos pulsos (FP/RP): Los pulsos en el terminal FP impulsan la rotación hacia adelante; los pulsos en el terminal RP impulsan la rotación inversa. Muchos variadores de motor paso a paso y amplificadores de servo más antiguos utilizan esta interfaz.

Entrada de Pulso + Dirección (PULSE/SIGN): El terminal PULSE genera el tren de pulsos independientemente de la dirección; el terminal SIGN transporta una señal de dirección (alto = adelante, bajo = atrás). Los amplificadores de servo más recientes, incluidos los de la propia serie MR-J y MR-JE de Mitsubishi, utilizan comúnmente este formato.

La salida opera a un suministro de CC de 5V a 24V, y el voltaje de salida real se establece según los requisitos del circuito de entrada del variador conectado — la salida de colector abierto se eleva al suministro de entrada del variador a través de una resistencia apropiada o el propio circuito de elevación del variador.

Preguntas frecuentes

P1: El FX2N-1PG-E utiliza instrucciones FROM/TO. ¿Significa esto que el movimiento de posicionamiento está limitado por el ciclo de escaneo del PLC?

No. Las instrucciones FROM/TO solo transfieren datos de comando (posición objetivo, velocidad objetivo, modo) de los registros de datos del PLC a la memoria intermedia del módulo y leen información de estado.

La generación de pulsos real — el tren de pulsos de 100 kHz — es producida por el propio procesador de hardware dedicado del módulo independientemente del ciclo de escaneo del PLC. Una vez que el PLC escribe el comando y establece la bandera de inicio a través de una instrucción TO, el módulo ejecuta todo el movimiento de posicionamiento de forma autónoma.

El PLC puede estar ejecutando otra lógica de escalera a su velocidad de escaneo normal; la salida de pulsos del módulo no se ve afectada.

P2: ¿Cómo maneja el FX2N-1PG-E el seguimiento de posición — lee la retroalimentación del codificador?

El FX2N-1PG-E no tiene entrada de codificador. Mantiene el seguimiento de posición contando los pulsos que emite — cada pulso de salida incrementa o decrementa el contador de posición interno del módulo, que puede ser leído por el PLC a través de instrucciones FROM.

Este es un método de seguimiento de posición en bucle abierto: el contador de posición refleja lo que el módulo comandó, no lo que el motor realmente logró.

Para variadores de servo con control de bucle cerrado de su propio codificador, el amplificador de servo maneja la precisión de la posición dentro del variador; el contador de posición del FX2N-1PG-E proporciona la referencia del comando.

Para aplicaciones de motor paso a paso sin retroalimentación de codificador, la precisión de la posición depende de que el motor paso a paso no pierda pasos bajo carga.

P3: ¿Qué señales se conectan a los terminales DOG y ZRN, y son necesarios para todos los modos de operación?

Los terminales DOG (punto cercano) y ZRN (retorno a cero) se utilizan específicamente para el modo de operación de Retorno a la posición de referencia de la máquina. DOG es típicamente un interruptor de proximidad o un interruptor de límite que señala al módulo que desacelere de la alta velocidad de retorno a referencia a la velocidad de arrastre a medida que el eje se acerca a la posición cero mecánica.

ZRN es la señal de marca cero final (a menudo el pulso Z del codificador del amplificador de servo o un interruptor de precisión separado) que señala la posición de referencia exacta.

Ambas entradas son necesarias para un retorno a referencia fiable. Para los modos de operación que no implican retorno a referencia (posicionamiento a velocidad única, JOG, etc.), estos terminales no se utilizan y el modo puede operar sin estas entradas conectadas.

P4: ¿Se puede utilizar el FX2N-1PG-E con PLC FX1S o FX1N?

El FX2N-1PG-E es compatible con FX2N, FX3U, FX2NC (a través de FX2NC-CNV-IF) y FX3UC (a través de FX2NC-CNV-IF o FX3UC-1PS-5V).

No es compatible con PLC FX1S o FX1N, que tienen una arquitectura de bus de expansión diferente y no admiten la comunicación de módulos de función especial a través de instrucciones FROM/TO de la misma manera que las series FX2N/FX3U.

Para aplicaciones FX1N que requieren posicionamiento de pulsos de un solo eje, el FX1N-1PG-E es el módulo apropiado.

P5: ¿Cómo se configura la rampa de aceleración y desaceleración en el FX2N-1PG-E?

Las rampas de aceleración y desaceleración se configuran escribiendo los valores apropiados en los registros BFM del módulo antes o durante la operación.

La rampa se puede establecer como un valor de tiempo (el tiempo desde el inicio hasta la velocidad máxima, y desde la velocidad máxima hasta la parada) o como un número de pulsos durante los cuales ocurre la rampa. 

Se admiten tanto el control automático de rampa (el módulo calcula la rampa basándose en la velocidad de inicio, la velocidad máxima y el tiempo de rampa configurado) como el cambio manual de velocidad de rampa (el PLC escribe nuevos valores de velocidad durante el movimiento y el módulo sigue la velocidad comandada).

La velocidad de inicio (velocidad a la que se emite el primer pulso) también es configurable, lo que permite que la rampa comience desde cualquier velocidad que la combinación de variador y motor pueda manejar sin detenerse.