伺服其實是一種用於實現運(yùn)動控製的動力傳動技術,同時(shí)提到了其(qí)可能會涉及到的一些產品。然而,產線設備上的(de)高性能運動控製功能,光靠這些傳動產品顯然是無法完成(chéng)和實(shí)現的,必須(xū)將它們整合在一起,並有機的融入到設(shè)備的自(zì)動化係統中去,才能發揮其應有的作用。
考慮到(dào)交流變頻(pín)伺服已經在目前的工業應用中成為了運控領域的絕對主力,接下來關於伺(sì)服技術(shù)的討論中,將主要以交流伺服作為重(chóng)點。
交流變頻伺服,是一(yī)種(zhǒng)以交流變頻作為動力傳動方式的伺服技術,其核(hé)心自然就是(shì)伺服驅動器和伺服電機了。伺服驅(qū)動器(qì)基於控製端指令,將電源側標(biāo)準動力輸入轉換成伺服電機所需的可調節(jiē)交流動力電源;伺服(fú)電機,則會將這個動力電源再進一步轉換為機械動力輸出,從而驅動負載完成(chéng)特定的運動控製功能(néng)。
這樣看來,要在設(shè)備的自(zì)動化係統中引入交流伺服技術,至少得在三個方麵與其(qí)進行對接(jiē)與融合:控(kòng)製平台,電力驅動,機械傳動.
伺服係統(tǒng)的控製平台。
在談(tán)到伺服與變頻的區別(bié)時,绿巨人成版人APP下载地址(men)曾經說過,為了能(néng)夠達到較(jiào)高(gāo)的應用控製精度(dù),伺服驅動與控製平(píng)台之(zhī)間指令更新的時間刻度必須要精確到微妙級,它們須以極為確定的時間周期進行運控數據的實時交互。因此,長期以來,設備(bèi)運(yùn)控平台在接入伺服產(chǎn)品時,都需要使用專屬的運控數據(jù)端口,例如:高頻脈衝串端口或專用運控總線端口。
一般來說(shuō),使用脈衝串(chuàn)方式控製伺服(fú),其硬件(jiàn)成本是相對較低(dī)的,大部分用戶並不(bú)會太在意它對伺服的控製其實是開環的。然而(ér)與此同時,其短板也(yě)是很明顯的。一方麵,運控係(xì)統的拓撲結構(gòu)比較單一(yī),不(bú)夠靈活,隻能是(shì)星型布局;另一方麵,由於單個脈衝模(mó)塊能夠同時接入的伺服軸數十分有(yǒu)限,係統的空間占(zhàn)用和接線數量都會隨著其軸數(shù)的增加而變得異常龐(páng)大,這(zhè)對於那些大型的伺服運控設(shè)備來說,會嚴重影響其應用和集成的綜合體驗(yàn)。
專用運控總線采用數字串行(háng)通訊的方式來完(wán)成控製器與伺服驅(qū)動之間的數據交互,單一端口能夠接入很多伺服軸,加之在連接方式上,它(tā)們大部分都支持多(duō)組件的(de)跨接串(chuàn)聯,能夠以鏈式(shì)布局構建(jiàn)網絡,這讓係統的拓撲結(jié)構變(biàn)得十分靈活,有(yǒu)助於為(wéi)用戶(hù)節省大量的設備空間占用、減少線束連接,並(bìng)簡化運控係統的應用和集成工作。然而,彼時專屬總線運控產品高昂的采購成本,卻總(zǒng)是讓不少用戶望而卻步。以至於,一直以來,它們都被大家認為是“高端”的伺服運控產(chǎn)品。
另外,由於伺服應用在控製策(cè)略(luè)上更側重在空間(jiān)和力(lì)學方麵的數據計算,需要(yào)處理大量的運動學任務,如:空間坐標係轉換、運動軌跡規劃與追蹤、加減(jiǎn)速(sù)度與力矩的運算...等等(děng),這與一般的離散、邏輯、批次、過程...等控製(zhì)方式有著極大的差別。
加上(shàng)前麵所說的運控數據接口的特殊性,早些年的自動化運控設(shè)備往往都需要同時配備邏輯控(kòng)製器 PLC 和專用的運(yùn)動控(kòng)製器 MC,去分別處理邏輯控製任務和運動控製任務。這樣(yàng)的設備控製係統,其(qí)複雜性是顯而易見的,用戶不僅要同時配置(zhì)和操作兩套控製係統,還不得不考慮二者之間大量的(de)數據(jù)交互和運(yùn)算邏輯,這(zhè)讓機器的應用成本在設計、使用和維護、甚至學習和培訓...等各個方麵都顯得非常之(zhī)高。
近幾年,隨著電子半導體和信息通訊技術的不斷進(jìn)步,設備控製(zhì)器與現場總線產品的發展也(yě)開始進入到一個全新的時代。
一方麵,集成運動和離散、邏輯...等控(kòng)製方式的高性能多策略控製器,已經基本成了自動化控製產品的主流,用戶隻需要使用一種(自動化)控製器(qì),就能夠在其設備中實現多種策(cè)略類型的功(gōng)能任務。
另一方麵,工業以太網已經(jīng)基(jī)本上(shàng)解決了網絡通訊的數據實時性和時間確定性的問題(盡管各(gè)家采用的(de)方法有(yǒu)所不同),完全可以替代甚至超越上(shàng)一(yī)代運控總線的應用性能,借助這種技術,用(yòng)戶在(zài)其設備中隻需要使用一種協(xié)議(yì)的(de)實時通訊技(jì)術,如: EtherCAT、PowerLink、ProfiNet IRT、SERCOS III.. 等,就可(kě)以將伺(sì)服傳動與通用的自動化控製集成(chéng)在同一個設備網絡(luò)係統之(zhī)中。
這樣一來,伺服運控設備的自動化架構就變得十分簡單了,每個運控設備單元隻需(xū)使用一台自動化控(kòng)製器,通過一種協議的網絡便能夠與其中各個伺服軸、變頻器、I/O ... 等底層自動化組件實現通訊連接,並完(wán)成(chéng)設備(bèi)的各項功能;同時,產線上的(de)多個設備單元,也完全可以通過僅(jǐn)使用一種實時通訊協議連(lián)接到同一個網絡係(xì)統中(zhōng),來(lái)實現它們之間的(de)各種(zhǒng)協同互操作,進(jìn)而再共同接入到(dào)產線乃(nǎi)至整(zhěng)個工廠的運營(yíng)管理平台(tái)上去。
目前,大部分自動化廠商都已經基於自(zì)身的產品體係推出了其所謂的“全集成”自動化(huà)設備控製係統。盡管名稱各異,各個(gè)環節的技術(shù)細節也多有不同,但(dàn)縱觀其(qí)係統架構,卻是殊途同歸,基本上都屬於(yú)绿巨人成版人APP下载地址上(shàng)麵所說的這種拓撲樣式。
而設備用戶能夠接受這種曾經“高大(dà)上”的運控解決方案,很大程度上是由於新的控製器和以太網技(jì)術為產線設備所帶來的總體成本和效益的優化。這種優(yōu)化並不僅僅是硬件成本的(de)降低(事實(shí)上很多硬件(jiàn)產品的成本(běn)是增加(jiā)的),而(ér)更多的是體(tǐ)現在因係統結構的簡化、功能的整(zhěng)合、性能的(de)提升、操作的易用性...而給企業創造出來的附(fù)加價值與綜合收益。
不過,考慮到當下工業以太網協議各大品牌/陣營割據圈地的現狀,設備用戶(hù)在選擇其伺服運控係統時或許並沒有那麽自由。盡管(guǎn)各家都宣稱自己的係統與(yǔ)所(suǒ)采用的技術是開放的,但實際上,在控製平台的搭建上,其品牌/陣營的排他性現象還是明顯存在的。除了采(cǎi)用 EtherCAT 這種目前比(bǐ)較普及的通訊協議的運控/自動化產品以外,大部(bù)分品牌的設備控製器基本(běn)隻能兼(jiān)容(róng)自家(或合作體係內)的伺服產品。用戶很多時候,不得不因此為(wéi)了某(mǒu)一個功能而被(bèi)整個品牌的全係列產(chǎn)品所(suǒ)綁架。而這種局麵,目(mù)測至少要等到下一代工(gōng)業(yè)通訊技術出現時才可能有所改(gǎi)觀。
伺服驅動係統中,脈衝的方(fāng)式一般是(shì)一些簡單伺服應(yīng)用,要求(qiú)不高的場合。眾所周知,發送和接收脈(mò)衝(chōng)都是有一定延時的,而總線的控製方式的總線型伺服驅動器(即絕對值伺服與EtherCAT伺服)才能真正意義上實現等時同步,因為總線通訊的速度更快,可以直接(jiē)發送速度或位置設定值。所以高端的(de)伺服應用都(dōu)是走的(de)總線控製方式。
總線型伺服(fú)驅動器具有(yǒu)很強(qiáng)的靈(líng)活性和(hé)很高性價比,與傳統方案的優勢如下:
1、 節(jiē)約布線成(chéng)本,減少布線時間,減小(xiǎo)出錯機率。PLC的一個總線通訊(xùn)口可以連接多 台伺(sì)服,伺服之間用簡單的RJ45口插接即可,縮短施工周(zhōu)期。
2、 信息(xī)量更大:全數字信息交互,可以雙向傳輸很多參(cān)數、指令和(hé)狀態等數據(jù);脈衝 方式隻能單向傳送位(wèi)置或速度信息,無法獲(huò)取伺(sì)服的更多狀態或參數。
3、 精度高,數字式通訊方(fāng)式:無信號漂移問題,指令(lìng)和反饋數據精度可達32-bit
4、 可靠性更高,抗幹擾能力更強,不會(huì)出現丟脈衝現象。脈衝/方向控製在高速脈衝時, 會不可靠。
5、 降低係統總成本,當超過兩(liǎng)台以(yǐ)上伺服時,不用(yòng)調整PLC配置,而傳統方案(àn)需要增 加脈衝或軸控模塊,伺服台數較多時甚至需要改用更高等級的PLC硬件才能滿足要求。
6、 可(kě)開發軟(ruǎn)件功能更強大的(de)設備,而(ér)無需額外硬件或接線:PLC能夠實時通過總線(xiàn)監 視伺服電機(jī)出現的故障,並在HMI上顯示出來。同時PLC還可(kě)以監視伺服電機實際位置、實際速度(dù)等信(xìn)息,也可以根據需(xū)要由(yóu)程序自動調整伺服參數。可實現在HMI中(zhōng)設定伺服參數,而不(bú)用到伺服麵板修改,簡捷直觀不易出錯。
7、 采用標(biāo)準的運動功能(néng)塊庫,提高編程調試效率:采用CAN總線(xiàn)係(xì)解決統方案,避免 了傳統脈衝方向控製方式的編程量大、調試複雜等問題,提高了效率,節省了成本和時間。
8、 可以實現遠距離控製,在生產線設備很長,或伺服(fú)數量較多時(shí)十分方便、安裝成本 低。
9、 易擴(kuò)張:當設備有可選軸或後期可能增加軸時十分(fèn)方便(biàn),PLC配置不用增加硬件, 接線十分簡單。
10、 可維護性更強,有更多的狀態信息和診斷信息。 數控和運動控製(zhì)采用(yòng)總線控製目前在歐美非常流行。






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