
伺服实际上是一种用来实现运动控制的动力传输技术。同时也提到了它可能涉及的一些产品。但是,生产线设备的高性能运动控制功能可以单靠这些传动产品是无法完成和实现的。它们必须集成在一起,有机地集成到设备的自动化系统中,才能发挥应有的作用。
考虑到交流变频伺服已经成为当前工业应用中运输控制领域的绝对主力,接下来关于伺服技术的讨论将集中在交流伺服上。
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交流变频伺服是一种以交流变频为动力传递方式的伺服技术,其核心自然是伺服驱动器和伺服电机。伺服驱动器根据控制端的指令将电源侧的标准电源输入转换为伺服电机所需的可调交流电源;伺服电机会进一步将这种电源转化为机械功率输出,从而驱动负载完成特定的运动控制功能。
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这样,要将交流伺服技术引入设备的自动化系统,至少需要在三个方面进行连接和集成:
控制平台
电力驱动
机械传动
让先说伺服系统的控制平台。
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在谈到伺服和变频的区别时,我们曾经说过,要达到很高的应用控制精度,伺服驱动和控制平台之间命令更新的时间尺度必须精确到细微的程度,它们必须以极其确定的时间周期进行操作和控制数据的实时交互。因此,长期以来,设备操作控制平台连接伺服产品时,需要使用专用的操作控制数据端口,如高频突发端口或专用的操作控制总线端口。
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一般来说,脉冲串伺服控制的硬件成本比较低,大部分用户不会不要太在意它的伺服控制其实是开环的。但与此同时,它的缺点也很明显。一方面,运控系统的拓扑结构比较简单,不够灵活,只能是星型布局;另一方面,由于单个脉冲模块同时可接入的伺服轴数量非常有限,系统的空间占用和布线数量会随着轴数的增加而变得异常庞大,对于那些大型伺服控制设备来说,这将严重影响应用和集成的综合体验。
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专用操作控制总线使用数字串行通信来完成控制器和伺服驱动器之间的数据交互。一个端口可以访问多个伺服轴。此外,它们大多支持多元件桥接和串联,可以链式布局组网。这使得系统的拓扑结构非常灵活,帮助用户节省了大量的设备空间,减少了线束连接,简化了操作控制系统的应用和集成。但在当时,专属公交运控产品高昂的采购成本总是让很多用户望而却步。因此,一直以来,他们都被视为高端伺服运输控制产品。
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此外,由于伺服应用在空间上更注重数据计算,在控制策略上更注重力学,需要处理大量的运动学任务,如:空间坐标系转换、轨迹规划与跟踪、加减速和转矩的计算等。与离散、逻辑、批量、过程等一般控制方法有很大区别。
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再加上前面提到的运输控制数据接口的特殊性,早年的自动化运输控制设备往往需要同时配备一个逻辑控制器PLC和一个专用的运动控制器MC,分别处理逻辑控制任务和运动控制任务。这种设备控制系统的复杂性是显而易见的。用户不仅要同时配置和操作两套控制系统,还要考虑它们之间大量的数据交互和操作逻辑,这使得机器在设计、使用和维护上的应用成本显得非常高,甚至lear
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近年来,随着电子半导体和信息通信技术的不断进步,设备控制器和现场总线产品的发展也进入了一个全新的时代。
一方面是高性能多策略控制器,它集成了运动、离散、逻辑等。已基本成为自动控制产品的主流。用户只需要使用一个(自动)控制器,就可以在他们的设备中实现各种策略类型的功能任务。
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另一方面,工业以太网基本解决了网络通信的实时数据和时间确定性问题(虽然不同公司采用的方法不同),完全可以替代甚至超越上一代操作控制总线的应用性能。利用这种技术,用户只需在其设备中使用实时通信技术的一种协议,如EtherCAT、PowerLink、ProfiNet IRT、SERCOS III等,就可以将伺服驱动与通用自动控制集成在一起。
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这样,伺服运输控制设备的自动化架构变得非常简单。每个运输控制设备单元只需要使用一个自动化控制器,通过一个协议网络,就可以与伺服轴、变频器、I/O等底层自动化部件进行通信。并完成设备的各种功能。同时,生产线上的多个设备单元只使用一种实时通信协议就可以连接到同一个网络系统中,实现它们之间的各种协作和互操作,进而可以一起连接到生产线乃至整个工厂的运营管理平台上。
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目前,大多数自动化制造商都推出了他们所谓的完全集成基于自身产品系统的自动化设备控制系统。虽然名称不同,各个环节的技术细节也不同,但纵观其系统架构,殊途同归,基本属于上述拓扑风格。
但是,设备使用者可以接受这一次高层操作控制解决方案,很大程度上是因为新型控制器和以太网技术给生产线设备带来的整体成本和效益的优化。这种优化不仅仅是硬件成本的降低(实际上很多硬件产品的成本是增加的),更多的是体现在系统结构的简化、功能的集成、性能的提升、操作的便捷性所创造的附加值和综合收益。
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但考虑到工业以太网协议品牌/阵营的现状,设备用户可能不会那么自由地选择自己的伺服运行控制系统。虽然各家都宣称自己的系统和技术是开放的,但实际上在控制平台的搭建上,其品牌/阵营的排他性是显而易见的。除了使用目前流行的通讯协议EtherCAT的运行控制/自动化产品外,大部分品牌设备控制器只能兼容自己(或合作)的伺服产品。很多时候,用户为了某个功能,不得不被整个品牌的全系列产品绑架。但是,在下一代工业通信技术出现之前,这种情况不会改变。
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此外,需要指出的是,上述综合运输控制系统应该更适用于一般的非标自动化设备,如包装机、轮胎成型机等。但它没有似乎不适合数控加工、工业机器人等特殊平面设备,至少目前是这样。例如:机床使用的CNC数控系统、工业机器人使用的集成伺服驱动单元的专用控制器等。其实原因并不复杂。单机应用、功能标准、技术成熟、产量巨大等诸多因素。都足以支持应用这些特殊的位面来开发和使用特殊的运动控制系统。
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虽然从技术角度来说,一般的控制器应该已经具备了处理特殊平面任务的能力,但是要知道,对于这些积累多年、极其成熟、早已得到市场验证和认可的特殊平面应用,软件g代码移植、集成和测试的工作量是巨大的,尤其是对于那些难度大、复杂的应用,比如一些特殊的g代码、多自由度机器人的空间坐标系转换等。
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机器人的运动逻辑控制
在短期内,专机设备的用户可能更愿意借助通用网络技术(如数控机床、机器人和通用自动化设备的集成)在数据通信和信息交互的层面上实现整机与生产线系统的集成,但他们不没有足够的权力对底层控制架构进行过多的调整。但从长远来看,将机器人、数控等特殊平面应用融入通用自动控制系统将是行业发展的大势所趋。
事实上,它已经在一些地区悄然开始.hfy。









