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集成化为运动控制提供新选择

发布时间:2022-09-09 发布时间:
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今天,由消费需求驱动的市场逼迫制造商在工艺方面要满足一系列要求,这些要求囊括了制造工艺的方方面面,这就使得他们对机器的柔性和性能提出越来越高的要求。对设计工程师而言,这大概意味着要设计出一台能独立对多种材料进行各式加工的机器,而且这种机器还要能完成全方位的调整——这些要在极短的时间内一气完成。

设备的设计必须要有足够的灵活性,以便能跟上不断变化的需求,同时要有足够的精度,以满足精密材料及加工工艺的要求。同时,现在的制造者还要求其机械有更高的速度和可靠性。而这类挑战的核心,就在于对运动的控制。

过去,在设计机器时,设计工程师惯于选用复杂的专用逻辑和I/O控制器,而通过另一个控制器来实现运动控制,很少考虑这些控制器适应复杂制造过程的能力。例如,包装和整饰机械需要用到许多复杂的机构,这些机构必须受到严密的控制,而硬连线式的连接和串行接口使得通信速度快不起来,而且系统的同步和过程编程极为复杂、耗时甚长。此外,分离运动、顺序和机械控制使得工艺的改进无论在理解还是实施上都更加困难重重。

如今,设计工程师可以巧妙利用近来在运动控制方面出现的新进展,把运动和顺序控制功能集成为一体化、多任务的控制平台,从而实现更高的系统性能、更快的应用开发,保证维护更加简便,并降低成本。这种方法让设计工程师和最终用户能按照需要灵活的进行扩展,它也可以成功的应用于多重控制领域,消除多重编程和冗余的必要,在更大程度上实现成本的节约。

集成化的新进展

一些控制运动元件制造商,包括Rockwell Automation公司,正在进一步推动集成运动控制概念的发展,它们把顺序控制和运动控制器、SERCOS Interface、伺服驱动与电机、以及执行器无缝地集成在一起,使得集成运动——从控制器到执行器——成为运动控制新标准。

与传统的双控制器系统相比,集成控制系统的购买与使用成本更低,而且安装、编程和维护更加方便。比如说,用户不用购买多个控制器和软件程序,而只需购买一台集成化的顺序和运动控制器和一套软件包即可。

部件更少,则意味着面板机箱更小,在控制机柜成本和占地面积上都大为节省。此外,集成化的运动系统是可扩展的,具备了极大的灵活性。例如,模块化的存储器、网络和多处理器体系架构使用户能根据不断变化的应用要求来调整控制器的规格。

集成化的运动控制也可以减少安装时间。与模拟的终端模块不同,集成化的运动系统,如Rockwell Automation的Kinetix, 可以在驱动和控制器之间使用光纤式SERCOS接口连接。这样就减少了轴模块卡的数量而且不需安装外接线卡。对每个驱动来说,两个光纤连接器可以取代18路分立的连线,消除了每个轴向上的36个外接端。相应的,系统的成本更低,连线更为方便。通过运用一定的SERCOS接口运动控制模块,用户能以与双轴运动控制相同的成本控制8个轴向,这样在未付出更多成本的情况下获得了另外6个轴向的控制能力。

集成化系统的故障检查也更为方便,这是因为其诊断能力得到了改善。例如,可以提供详细的驱动和电机状况报告,而且图形化的趋势分析也使得用户能搜集并洞察到重要的运动参数。具有远程诊断功能后,驱动可以将详细的驱动状态送出,发给控制器,并实现反向传送,这样用户就可以从一个中心位置远程管理各应用。

很高的运动性能是其本身具有的另一项优势。例如,控制器中的高分辨率反馈选项可以提高定位精度,减少运动循环时间。绝对反馈选项则消除了耗时甚多的归位循环。数字指令取代了范围有限的模拟信号,而集成化的控制器设计同时消除了网络延迟和同步化逻辑,大大增强了性能。

运动设计的系统化方法

集成化运动控制方法的实现,为设计工程师提供了一种可升级的系统,它把问题的焦点从单个机器组件转化为整个机器控制的挑战,其影响范围从基本的运动控制一直到运动控制市场最高端部分。这些设计和产品有助于设计工程师满足以下几方面需求:速度、成本经济性和灵活性。

速度xa0 随着加工机械的设计者寻求提高速度的方法,他们在大多数情况下转向高性能伺服驱动的运动控制,将其作为主要技术手段。

成本效率 制造商在提高成品率方面最着重的地方常常是机器的效率,也就是说,努力采用停机时间短而出现废品概率少的机型。这意味着从复杂的机械驱动的工艺转向基于电子伺服控制的机器,后者则可以实现新的、更有效且重复性更好的工艺。它还意味着模块化和可设置程度更高的制造机械,足以满足各种国内外的标准,而且复制成本并不高。

灵活性 精度和产量固然是机器重要的性能参数,但也要注意有时会被忽略的一个参数——灵活性,也就是说机器必须保证尽可能大的可调范围和模块化,让用户能够从一项产品的生产快速切换到另一项产品的生产上,以满足市场的需求。以一台整饰机(Converting machine)为例,采用集成化的运动控制后,它经过调整就可以完成多种整饰任务,包括层剥、涂覆及印刷,而且适应的产品范围很宽,其功能特色也各式各样,同时机器还能严格遵循工艺流程的规定,切换时间几乎为零。这种灵活性的真正价值在于减少了推向市场所花费的时间。

集成化运动控制的应用

要实施集成化的运动控制,就需要摆脱那些专用的、黑箱式的控制,而去了解单体化、集成化控制架构的固有价值。设计者还需要放弃固定化的机械组件,而转向专门为电子化运动控制而设计的新机制。对这些应用还比较陌生的新手们,即使通过将这一技术应用到更低层次的工艺模块上而不是整台机器上的做法,也可以从中获益。通过对分步工艺的管理,设计者可以提高产品性能和灵活性,同时开发新方法来完成老任务。掌握这些新的、更小的子系统,难度更低,而且将其在车间里实施也会更快。然后用户可以确定在这些新的集成化控制概念方面所需要的合理投资水平。

最后,设计者还应该考虑到集成化控制在信息搜集和网络化方面的优势。随着制造者对其控制系统进行新的工程化改造,集成控制已成为数据共享和利用数据来改善工艺效率的一项工具。过去,人们的努力都放在了对机器的诊断上,一般都是复杂的专用工具,用于处理机器的可靠性问题。如今,这种做法基本被视为一种低效率的方法。机器从本质上讲应该是简单、而且有自诊断功能的。为了实现工艺的不断改进,应该在软件上进行投资,而且所用工具对集成控制系统来说应该是浑然一体的。控制箱之间可以用网络连接;然而,信息的获得应该无需复杂的网络编程。

结语

现在,设计者在满足运动控制方面的需求时可以比以往更为轻松。集成化的运动控制正在帮助他们设计出各种灵活而精确、足以跟上市场需求变化的设备。■



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