伺服其實(shí)是一種用(yòng)於實(shí)現(xiàn)運動控製的動力傳動技術(shù),同(tóng)時提到了其(qí)可(kě)能會涉及到的一些產品(pǐn)。然而,產(chǎn)線(xiàn)設備(bèi)上的(de)高性能運動(dòng)控製功能,光靠這些傳動(dòng)產品顯然是無法完成(chéng)和(hé)實現的,必須將它們整合(hé)在一起,並有機的(de)融入到設備的自動化係統中去,才能發揮其應有的作用。
考慮到交流變頻伺(sì)服已經在目前的工業應用(yòng)中成為了運控領域的(de)絕對主力,接下來(lái)關於伺服技術的討論中,將主(zhǔ)要以交流伺服作為(wéi)重點。
交流變(biàn)頻伺服,是一種以(yǐ)交流變頻作為動力傳動方式的伺服(fú)技術(shù),其核心自然就是伺服驅動器和伺服電機了。伺服驅動(dòng)器基於控製(zhì)端指令(lìng),將電源側標準動力輸入轉換成伺服電機所需的可調(diào)節交流動力電源;伺服電(diàn)機,則會將這個動力電源再進一步轉換為機械動力輸出,從而驅動負載完成特定的運動控製功能。
這樣看(kàn)來(lái),要在設備的自動化係統中引入交(jiāo)流伺服技術,至(zhì)少得在三個方麵與其進行對接與融合:控製平台,電力驅動,機械傳動.
伺服係統的控製平台。
在談到伺(sì)服與變頻的區別時,绿巨人成版人APP下载地址曾經說(shuō)過,為了(le)能夠達到較(jiào)高的應用控製(zhì)精度,伺服驅動與控製平(píng)台之間指令更新的時間刻度必須要精確到微妙級,它們須以(yǐ)極為確定的時間周期進行運(yùn)控數據的實(shí)時交互。因此,長期以來,設備運控平台在接入(rù)伺服產品時,都需要使用專屬的運控(kòng)數據端口,例如:高頻脈衝串端口或專用運控總線端口。
一般來說,使用脈衝串方式控製伺服,其硬件(jiàn)成本是相對較低的(de),大部分用戶並不會(huì)太在意(yì)它對伺服的控製其實是開環的。然而與此同時,其短板也是很明顯的。一方麵,運控係統的拓撲結構比較單一,不夠靈活,隻能是星型布局;另一方麵(miàn),由於單個脈衝模塊(kuài)能夠同時(shí)接入的伺(sì)服軸(zhóu)數十分有(yǒu)限,係統的空間占用和接線數量都會隨著其軸數的增加而變得(dé)異常龐大,這對於那些大型的伺服運控設備來(lái)說,會嚴重影響其(qí)應用和集成的(de)綜合體驗。
專用運控總線采用數字(zì)串行通訊(xùn)的方式來完成控製器與伺服驅動之間的數據交互(hù),單一端口(kǒu)能夠接入很多伺服軸,加之在連(lián)接方式上,它們大部分都支持多組件的跨接(jiē)串聯,能夠以鏈式布局構建網絡,這讓係統的(de)拓撲結構變得十分靈活,有助於為用戶節省(shěng)大量的設備(bèi)空間(jiān)占用(yòng)、減少線束連接(jiē),並簡化(huà)運控係統的應(yīng)用和集成工作。然而,彼時專屬總線運控產(chǎn)品高(gāo)昂的采購成本,卻總是(shì)讓不(bú)少用戶望而卻步。以至於,一直以來,它們都(dōu)被大家認為是“高端”的伺服運控產品。
另外,由於伺服應用在控製策略上更側重(chóng)在空間和力學方麵的數據計算,需要處理大量的運動(dòng)學任務,如:空間坐標係轉換、運動軌跡規(guī)劃(huá)與追蹤、加減速(sù)度與力矩的運算...等等,這與一般(bān)的離(lí)散、邏輯、批次、過程...等控製方式有著極(jí)大的差(chà)別。
加上前麵(miàn)所說的運控(kòng)數據接口的(de)特殊性,早些年的自動化運控設備往往都需要(yào)同(tóng)時配備邏輯控製器 PLC 和專用(yòng)的運動控(kòng)製器 MC,去分別處理邏輯控製任務和運動控製任務。這樣的設備控(kòng)製係統,其複雜性是顯而易見的,用戶不僅要同時配(pèi)置和操作兩套控(kòng)製係(xì)統,還不得不考慮二者(zhě)之間大量的數據(jù)交(jiāo)互和運算邏輯,這讓機器的應用成本在設計、使用和維護(hù)、甚至學習和培(péi)訓...等各個方麵都顯得非常之高。
近幾年,隨著電子(zǐ)半(bàn)導體和信息通訊技(jì)術的不斷進步,設備控製器與現場總線產品的發展也開始(shǐ)進入到一個全新的時代。
一方麵,集(jí)成運動(dòng)和離散、邏輯...等控製(zhì)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(zhì)器,就能夠在(zài)其設備中實現多種策略類型的功能(néng)任務。
另一方麵,工業以太網已(yǐ)經(jīng)基本上解決了網絡通訊的數據實時性和(hé)時間確定性的問題(盡(jìn)管(guǎn)各家采用的方法(fǎ)有所不同),完全可以替代甚至超越上(shàng)一代運控總線(xiàn)的應用性能(néng),借(jiè)助這種技術,用戶在其設備中隻需要使用一種協議的實時通訊技術,如: EtherCAT、PowerLink、ProfiNet IRT、SERCOS III.. 等,就可以將伺服(fú)傳動與(yǔ)通用的自動化控製集成在同(tóng)一個設備網絡(luò)係統之中。
這樣一來,伺服運控設(shè)備的自動化架構(gòu)就變得十分簡單了,每個運控設備單元隻需使用(yòng)一台自(zì)動化控製器,通過一種協議的(de)網絡便能夠與其(qí)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,並完成設備的各項(xiàng)功能;同時,產線上的(de)多個設備單元,也完全可(kě)以通過僅使用一種實時通訊協議連接到同一個(gè)網絡係統中,來實現它們之間的各種(zhǒng)協同互操作,進而再共同接入到產線乃(nǎi)至整個工廠的運營管(guǎn)理平台上去。
目前,大部分自動化廠商都已經基(jī)於自身的產品體係推出了(le)其所謂的“全集成”自動化設(shè)備控製係統(tǒng)。盡管名稱各異,各(gè)個(gè)環節的技術細節(jiē)也多有不同,但(dàn)縱觀(guān)其係(xì)統架構(gòu),卻是殊途(tú)同(tóng)歸,基本上都屬(shǔ)於绿巨人成版人APP下载地址上麵所(suǒ)說的這種拓撲樣式。
而設備用戶(hù)能夠接受這種曾經“高大上”的(de)運控解決方案,很大程(chéng)度上是由於新(xīn)的控製器和以太(tài)網技術為產線設備所帶來的總體成本和效益的優(yōu)化。這種優化並不僅僅是硬件成(chéng)本的降低(事實上很多硬件產品的(de)成本是增加的),而更多的是體現在因係統結(jié)構的簡化、功(gōng)能的整合、性能的(de)提升、操作的易用(yòng)性...而給(gěi)企業創(chuàng)造出來的附加價值與綜合收益。
不(bú)過,考慮到當下工業以太(tài)網協議各大品牌/陣營割據圈(quān)地(dì)的現狀,設備(bèi)用戶(hù)在選擇其伺服運控係(xì)統時或許並沒有那麽自由。盡管各(gè)家都(dōu)宣稱自己的係統與所采用的(de)技術是開放的,但實(shí)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。除了采用 EtherCAT 這種目(mù)前比較普及的通訊協議的運控/自(zì)動(dòng)化產品以外,大(dà)部分品牌的設備控製器基本隻(zhī)能兼容自家(或合作體係內)的伺服產品。用戶很多時候,不得不因此為了某一個功能而被整個品牌(pái)的全係列產品所綁架。而這種局麵,目測至少要等(děng)到下一代工(gōng)業通訊(xùn)技術出現時才可能有所改觀。
伺服(fú)驅動係統中,脈衝的方式一般是一些簡單伺服應用,要求不高(gāo)的場合。眾所周知,發送和接(jiē)收脈衝都是有(yǒu)一定延時的,而總線的控製(zhì)方式的總線型伺服驅(qū)動器(即(jí)絕對值伺(sì)服與EtherCAT伺服(fú))才能真正(zhèng)意(yì)義上實現等時同(tóng)步,因為(wéi)總線通訊的速(sù)度(dù)更快,可以直(zhí)接發送速度或位置設定值。所以高端的(de)伺服應用都是走(zǒu)的總(zǒng)線控製方式。
總線型伺服驅動器(qì)具有很強的靈活性和很高性(xìng)價比,與傳統方(fāng)案的優勢(shì)如下(xià):
1、 節約布線成本,減少布線時間(jiān),減小出錯機率。PLC的一個總線通訊口可以連接多 台伺服,伺服之間用簡單的(de)RJ45口插接即可,縮短施工周期。
2、 信息量更大:全數(shù)字信(xìn)息交互,可以雙向傳(chuán)輸(shū)很多參數、指令和狀態等數據(jù);脈衝(chōng) 方式隻(zhī)能單向傳送位置或速度信息,無法獲取伺服的更多狀態(tài)或(huò)參數。
3、 精度(dù)高,數字式通訊方式:無信號漂(piāo)移問題,指令和反饋數據精度可達32-bit
4、 可靠性更高,抗幹擾能力更(gèng)強,不會出現丟脈(mò)衝現象。脈衝/方向控製在高速脈衝時, 會不(bú)可靠。
5、 降低係統總成(chéng)本,當超過兩台以(yǐ)上伺服時,不用調(diào)整PLC配置,而傳統方案需要增(zēng) 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(jí)的PLC硬件才能滿足要求。
6、 可開發軟件功能更強大的設(shè)備,而無需(xū)額外硬件(jiàn)或(huò)接線:PLC能夠實時通過總線監 視伺服電機出現的故障,並在HMI上顯示出來。同時(shí)PLC還可以監視伺服(fú)電機實際位置、實際速度等(děng)信息,也可以(yǐ)根據需(xū)要由程(chéng)序自動調整伺服參數(shù)。可實現在HMI中設定伺服參數,而不用到伺服麵板修改,簡捷直(zhí)觀不易出錯。
7、 采用標準的運動功能塊庫,提高編程調試效率:采用CAN總線係解決統方案,避免 了(le)傳統脈衝方向控製方式的(de)編程量大、調(diào)試複雜等問題,提高了(le)效率,節省了成本和時間。
8、 可以(yǐ)實現(xiàn)遠距離控製,在生產線設備很長,或伺服數量較多時十分方便、安裝成本 低(dī)。
9、 易擴張(zhāng):當設備有可(kě)選軸或(huò)後期可能增加軸時十分方便,PLC配置不用增加硬(yìng)件, 接線十分簡單。
10、 可維護性更強,有更多的狀態信(xìn)息和診斷(duàn)信息。 數控(kòng)和運動控製采用(yòng)總線控製目前在歐美非(fēi)常流(liú)行。







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