近年來,自動化產(chan) 品的革新趨勢可以稱之為(wei) 如火如荼。尤其是之前的兩(liang) 到三年,在市場熱潮的強力助推下,各種新技術、新概念不斷脫穎而出。而種種新技術和基於(yu) 此開發的運動控製產(chan) 品從(cong) 廠商大張旗鼓的宣傳(chuan) 攻勢上,真正走到用戶的機械產(chan) 品上,恐怕並不是一個(ge) 短暫而順利的過程。
種種新技術和基於(yu) 此開發的運動控製產(chan) 品從(cong) 廠商大張旗鼓的宣傳(chuan) 攻勢上,真正走到用戶的機械產(chan) 品上,恐怕並不是一個(ge) 短暫而順利的過程。盡管廠商研發的方向都是以需求為(wei) 導向,但仍存在以上的問題。尤其是在我國機械自動化水平還存在很大差異化的時候,新技術是否能夠切實解決(jue) 用戶的問題才是決(jue) 定其能否盡快跳下紙麵的因素。尤其是在當前的情境下,運動控製新技術能否與(yu) 實際需要很好地契合,是最受人關(guan) 注的。
需求呈多元化 更須切合實際
目前,由於(yu) 用戶的層次較多,市場需求仍然呈現出多元化的特點。用戶的需求,甚至用戶的下遊用戶的需求都會(hui) 對廠商的研發、設計方向產(chan) 生影響。盡管這是再正常不過的現象,但以需求為(wei) 研發導向的廠商們(men) ,由於(yu) 主要麵對的用戶不同,對於(yu) 市場需求的理解角度和研發方向也各有千秋。
淩華科技的丁辰龍認為(wei) ,作為(wei) 自動化產(chan) 品的主要執行機構的控製組件,速度與(yu) 精度一直是運動控製產(chan) 品能力的主要衡量指標。隨著自動化能力的提升,生產(chan) 製造速度的提高一直是追求生產(chan) 成本最小化的最直接的手段,所以近年來對於(yu) 單位時間的生產(chan) 效率的提高是很多設備商追求的首要指標,而作為(wei) 執行控製機構的運動控製器往往是首當其衝(chong) 被要求提速的,而產(chan) 品外觀的小型化,要求產(chan) 品所有組件的小型化,因此製造精度成為(wei) 另外一個(ge) 被要求提高的指標。值得一提的是,他將第三個(ge) 指標定位在了能耗,由於(yu) 製造業(ye) 的能耗成為(wei) 全球主要的能源消耗,所以節能的要求也在製造業(ye) 被著重指出。為(wei) 了適應這些需求,運動控製開始節約不必要的中間環節,提高內(nei) 部對於(yu) 輸入和輸出的響應速度,講求多軸之間高速協同控製,將原先需要軟件擬合的算法,更多改由獨立的並行處理器完成。
由於(yu) 用戶對綜合需求的關(guan) 注越來越高,集成化又日益成為(wei) 自動化技術發展的一個(ge) 方向,致使很多對不同自動化設備要求的分野也模糊起來。羅克韋爾自動化的鄭宇銘指出:比較通用的控製平台、簡單的開發環境、信息化和安全性的兼顧等這些本來是非運動控製而是設備本身的要求,現在也被加到了運動控製領域中。同時,原來比較昂貴的高性能運動產(chan) 品的普及化,將成為(wei) 趨勢(如直線電機、直接驅動、多自由度機械臂等)。他也強調,各個(ge) 行業(ye) 對運動控製的要求並不一樣,不管是研發還是選購,還是要從(cong) 實際情況出發。
丹納赫傳(chuan) 動的高級技術工程師郭海東(dong) 同樣強調實際情況的多樣性,他以位置輪廓指令方式、速度指令方式、電流(轉矩)指令方式三種控製方式舉(ju) 例,說明對於(yu) 不同層次、不同場合的需求,所選用的方式是不同的。
位置輪廓指令方式可以控製步進電機驅動器或伺服電機驅動器,不太適合做多軸複雜的協調運動,常見於(yu) 低端機型的控製,目前用量龐大;速度指令方式,位置環控製在控製器內(nei) 完成,這種典型的控製方式,適合於(yu) 大多精度或動態指標不太高的應用,大多數控製卡都支持這種控製方式;而電流(轉矩)指令方式,速度環和位置環控製都在控製器內(nei) 完成,精密或高動態響應一般使用此方式,對控製器中央處理器運算能力要求最高,主流控製卡大都支持這種控製方式。更進一步的是將電流控製器也納入控製卡中,輸出直接控製功率變換器。
而郭海東(dong) 進一步指出,一旦引入多軸協調控製,在這樣的係統下,因電流指令方式輸出的控製器可以直接協調各個(ge) 軸的轉矩,從(cong) 而提高了協調各軸位置的響應速度;傳(chuan) 統的模擬量輸出方式因其分辨率的限製而難以再提高運動的精度和響應速度,不得不采用運動控製總線;運算速度低的運動控製器也難以完成複雜算法的解算,這也催生了采用64位雙精度浮點DSP的控製器的誕生。
運動控製尋求開放性 他介紹,與(yu) 在多種硬件平台上都傾(qing) 瀉火力的廠商不同,淩華科技尋求形成一套完整的基於(yu) PC的行業(ye) 應用與(yu) 產(chan) 品解決(jue) 方案,既存在脈衝(chong) 控製,也存在模擬量控製;既存在集中式,也存在分散式的係統。最近淩華也在研究基於(yu) 以太網的接口的IO控製、運動控製和機器視覺模組,其應用也向其他行業(ye) 做了很多拓展。
上文也曾提及,用戶之間的競爭(zheng) 使他們(men) 對於(yu) 機械設備的整體(ti) 性能日益關(guan) 注,機械設備的運動也越來越複雜。如此一來,運動控製產(chan) 品的開放性也成為(wei) 了一個(ge) 越來越普遍的話題。尤其是多軸協同控製等進一步的要求紛紛浮現時,就使得運動控製產(chan) 品不得不尋求與(yu) 網絡技術的結合,以達到更優(you) 秀的同步效果。與(yu) 此同時,這也解決(jue) 了運動控製部件與(yu) 其他自動化部件無縫集成的問題。
對此,西門子的段誠指出,大部分場合都需要運動控製產(chan) 品有很強的網絡支持能力,越高端的機械,對運動控製產(chan) 品間的網絡速度及傳(chuan) 輸數據的能力要求越高。網絡支持能力的高低決(jue) 定了機械係統的加工精度與(yu) 加工速度。
事實上,盡管低端的應用仍然為(wei) 數眾(zhong) 多,運動總線、工業(ye) 以太網等通訊技術的成熟卻已經開始形成氣候。當解決(jue) 掉通訊的確定性和高速實時性的兩(liang) 難問題後,各有所長的工業(ye) 以太網標準幾乎同時加入了競爭(zheng) ,最具代表性的包括EtherCAT、EtherNet/IP (CIP motion)、POWERLINK、PROFINET等,而在這些標準背後則是大廠商們(men) 的森森陣營。在不久之前,人們(men) 還在擔心多標準帶來的封閉性,現在則似乎已不成為(wei) 大問題,競爭(zheng) 也使不同的廠商開始了廣泛的合作。
這無疑為(wei) 運動控製帶來了福音。而現在,一些廠商也開始考慮運動控製與(yu) 機器視覺技術加以結合,用來滿足更具智能化的應用方案。對此,淩華的丁辰龍表示,整體(ti) 自動化速度與(yu) 精度的提高是產(chan) 業(ye) 需求,是無法完全依靠運動控製單一完成的,與(yu) 機器視覺、高速傳(chuan) 感器的結合是必然之路,這是產(chan) 業(ye) 升級的必然趨勢,而各個(ge) 組件之間的技術門檻都是較高的,因此融合必然首先發生在彼此間的接口上,而具備長距離和高速的網絡技術,自然成為(wei) 各家都能承認的共同規格,也會(hui) 成為(wei) 熱門的技術而受到追捧。
而羅克韋爾自動化的鄭宇銘也指出,從(cong) 設備發展看,運動控製作為(wei) 設備控製的一部分,勢必需要與(yu) 各種技術融合。例如,信息、安全、視覺,甚至過程控製等等。兼顧這些方麵的能夠提高整機設備的各方麵性能,降低使用和開發的整體(ti) 成本將成為(wei) 其優(you) 勢體(ti) 現的重要方麵。#p#分頁標題#e#
而這些,與(yu) 運動控製技術的開放性是難以分開的。
研發方向各有千秋 市場針對性強
麵對如此形勢,運動控製廠商們(men) 自然也選擇了各自的特色。我們(men) 也注意到,這些技術和概念雖然方向不同,但其麵對市場的針對性都是極強的。
西門子麵對多元化需求,所展現出的特色之一是產(chan) 品的種類多,適應性強。段誠強調,多元化需求要求針對不同的硬件平台,供應商都能提供不同的產(chan) 品與(yu) 之配套,做到針對不同用戶的不同的全套自動化係統的集成,並做到從(cong) 用戶角度的性價(jia) 比合理。
其產(chan) 品的設置,也充分體(ti) 現出這一特點:Simotion是西門子集邏輯控製、工藝控製及運動控製於(yu) 一體(ti) 的高性能運動控製器,三種不同的硬件平台 Simotion C(基於(yu) PLC的運動控製器)、Simotion D(基於(yu) 驅動器的運動控製器) 和 Simotion P(基於(yu) 工業(ye) PC機的運動控製器)以及三種編程語言梯形圖(LAD)運動控製圖表(MCC)和結構文本(ST),能滿足各種生產(chan) 機械的運動控製要求。
Sinamics S120是新一代的高性能驅動係統,集V/F、矢量、伺服控製於(yu) 一體(ti) ,既能控製普通的三相異步電動機,又能控製高動態高性能的同步伺服、力矩及直線電機,既能實現高精度的閉環速度控製,又能實現位置控製,能滿足各種生產(chan) 機械的驅動控製要求。
而Sinamics V80 伺服驅動係統是西門子專(zhuan) 為(wei) 小型簡易機械開發的經濟型伺服驅動產(chan) 品,其經濟的價(jia) 格、簡易便捷的設定、無需參數化的配置方式為(wei) 人稱道,配以Sinamics S7-200 PLC,則充分體(ti) 現出經濟實用的特點。
而同樣作為(wei) 以集成化整體(ti) 解決(jue) 方案見長的羅克韋爾自動化,也盡早提出了集成運動控製解決(jue) 方案Kinematix。鄭宇銘認為(wei) ,由於(yu) 製造信息化的需求,這將仍然是運動控製係統的發展方向和趨勢。羅克韋爾自動化的Kinematix在繼續不斷完善IA集成架構平台本身的同時,還將不斷增添更多模塊化的運動控製功能和組件(如Kinematix等),以滿足各行業(ye) 不斷增長的各種應用需求。
集成運動控製也包含了運動控製係統和機械設備的有機融合—— MECHATRONICS(機電一體(ti) 化),這種係統設計方法將有助於(yu) 大大優(you) 化設備設計、製造,提高生產(chan) 效率,減少設計調試、時間和維護費用,降低整體(ti) 使用成本和風險。通過全新的運動分析軟件MOTION ANALYZER將幫助改善運動控製係統的機電一體(ti) 化設計。
從(cong) 設備安全方麵考慮,羅克韋爾自動化很早就提出了安全型運動控製的方案,作為(wei) 整體(ti) 設備安全的重要部分,從(cong) 而在不同的場合滿足不同級別的設備安全需求。另外,一些新的技術也會(hui) 應用到羅克韋爾的新產(chan) 品中,如直接驅動產(chan) 品、單軸多軸直線驅動平台、電動缸直線驅動、直線電機係統等等。
而淩華對於(yu) 運動控製發展的趨勢,則有著自己的一套看法。丁辰龍認為(wei) ,完整可用的運動控製解決(jue) 方案在廣義(yi) 上來說是不存在的,但在各個(ge) 廠商所熟悉的行業(ye) 往往具備很多有共性的技術需求,就能形成通用性的解決(jue) 方案,而幾個(ge) 類似或者衍生的行業(ye) 也會(hui) 有相類似的技術需求,可以整合為(wei) 整體(ti) 的方案,這是大而全的需求。而目前高性價(jia) 比的需求要求靈活配置,按需生成方案,這又是小而精的需求。這兩(liang) 者的協調與(yu) 統一,即構成每個(ge) 企業(ye) 的產(chan) 品研發策略。
當麵對經濟震蕩的衝(chong) 擊時,業(ye) 內(nei) 人士對新技術的態度不盡相同。一種觀點認為(wei) ,對於(yu) 特定的行業(ye) 來說,經濟危機為(wei) 新技術帶來的影響勢必是負麵的,尤其是對於(yu) 附加值相對較高的新技術產(chan) 品而言,在價(jia) 格上無優(you) 勢可言;相反的觀點則認為(wei) ,在經濟危機的影響下,用戶反而有可能通過尋求更高端的自動化產(chan) 品提高競爭(zheng) 力,縮減綜合成本,而且價(jia) 格高並不等於(yu) 性價(jia) 比就一定低,認為(wei) 新技術在險惡的經濟環境中還是有機遇的。
也許,技術的革新即便在經濟形勢高歌猛進的情況下也是一種冒險,然而停滯不前則注定無法避免山重水複的一天。
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