轻松运动系统集成:实用策略，工具

许多工程师从控制环境中的机器运动概念开始，但重要的是要记住，运动始于负载。而不是机器制造商或工厂工程师遵循产品设计的标准蓝图，产品应用程序应该理想地告知运动系统集成决策。战略性的设计方法产生的机器运行效率更高，使用起来更直观。

运动系统挑战

运动控制工程的传统方法通常是基于一个相当简单的运动控制器、伺服和电机控制模型。随着行业趋向于高度同步的交流伺服和机器人，更多定制的运动控制应用正在成功地部署在物流，物料搬运，塑料机械，金属加工和其他行业中，在某些情况下，运动可能具有挑战性。

标准的直线运动应用——可能在机械加工、挤出机、夹具和定位应用中发现——往往服务于唯一的目的，一致性胜过对速度或灵活性的需求。相反，最先进的应用，如药品吸塑包装，可能包括可变的包装尺寸和剂量，较小的运行，设备清洗，以及从胶囊到片剂或液体产品的切换能力。设计问题不仅包括高可靠性，还包括精度、速度、灵活性和易于编程以适应不断变化的产品变量。

机器设计总是具有一定程度的复杂性。在过去，一个典型的系统是由一台机器来解决一个简单的问题，比如一台机械纸箱包装机，由一台电机驱动，转速与产品比为1:1。切换到不同的产品或改变包装尺寸通常意味着生产停机时间，以使用扳手和更换零件，有些任务需要几个小时的熟练工人。虽然缺乏速度和灵活性，但通过适当的设置，简单的机械过程可以提供可行和一致的性能。

虽然机制没有发生实质性的变化，但应用需求却成倍增加。就复杂的层次结构而言，动态包装行业，特别是消费品包装，恰当地体现了运动控制集成的下一个挑战。今天的装盒操作可能包括20个交流伺服电机。消费品的包装循环率要高得多。例如，一台糖果包装机每分钟可能需要包装3000次，包括多个步骤——包装从线轴、切割、产品回收和定位、包装扭曲和旋转。复杂性问题不仅与规模有关，还与编程有关。消费包装机械往往处理各种各样的产品。机器环境必须适应涡轮速度和灵活性，以转换引入市场的新sku。

通用语言，标准代码

在过去，一个复杂操作的专有编程从无到有需要数年的开发时间，这并不罕见。今天复杂的机器设计不需要复杂的编程。关键是确定软件可以简化操作和维护的方法。简单性和代码模块化是OMAC PackML(机器自动化和控制组织-包装机器语言)小组和ISA88(国际自动化学会)发展的主要成就。特别是，ISA88提供了有关设备模块和控制模块的标准。ISA88第五部分确保领先的供应商为客户提供模块化标准，基本上是用于指定伺服电机的可互换代码块。

这些国际规范提供了一个框架，通过允许一个功能块的编程来降低复杂性，可以在上面的例子中应用19次，而不是单独编程每个电机。通过基于ISA88和PLC开放运动标准(在特定电机中提供一套或一系列运动)的构建，机器工程师可以实现十年前无法实现的互操作性。由此产生的通用技术方法的定义和跨工厂车间的统一包装机器语言是最近运动控制创新背后的重要驱动因素，这些创新能够提高离散机器过程应用中的设备集成和操作一致性。

通过标准化编码过程，代码模块化有助于促进从运动控制器到PLC和HMI的通信。信息的无缝流动是验证的核心，也可以简化以前复杂的机器和过程，例如机器人和皮带系统。例如，市场上最新的控制装置足够智能，可以考虑初级产品和次级产品的尺寸，并自动调整机器，而无需使用复杂的计时器、计数器和其他变量。

模块化多轴机器人

机器人技术不再局限于高度专业化的应用。最新的运动控制技术能够将机器人集成到任何可以定义机械自由度的应用中。

例如，过去的连续箱包装机包括一个机械负载滑块，将产品推入等待箱，需要连续供应产品和纸箱，以及间歇性的停止和启动运动。创建一个占据三维空间的设计需要采用ISA88标准，并使用机器人块将所有三个轴组合在一起。三维运动可以编码成一个块，集成所有恢复，珩磨和操作运动的编程，并复制并行操作。通过采用连续包装机，前后、左右、上下三度运动，更准确地跟踪输送机运动，产品可以连续包装，而不会产生不必要的能量消耗和连续停止和启动的机械磨损。

因此，以前可能由12个不同轴组成的封隔器现在可以使用机器人软件模块进行编程，并为输入和输出带提供辅助轴，从而解决速度和采收率问题。编程遵循一个标准的“配方”，可以很容易地调整到符合预定义设计空间的任何应用程序或产品种类。这种方法不仅提供了速度、性能和编程便捷性，而且提高了可靠性和延长了机器寿命。

集中控制，逻辑，运动

运动控制自动化通常由多台机器组成，需要一个强大而统一的中央自动化控制系统。机器制造商的任务是确定简单、免维护的技术，以满足高性能动态电源要求。

简单的工程、功率和性能不一定是相互排斥的。

专为包装和过程自动化行业的应用而设计，紧凑，节能的控制器将可编程逻辑控制器(PLC)，运动控制器和可视化集成在一个紧凑的设备中，以简化工程并延长成本节约。该设备在高动态多轴应用中提供精确的运动控制，适用于龙门系统，机器人，输送机，给料机和一系列其他生产线中的机器。

该架构可以安装在紧凑的控制柜中，通过集成的通用电源(UPS)无需风扇或电池即可运行。控制器通过编程的动作序列指导驱动器和电机，规划每个轨迹点，并指导驱动器与电机关闭位置和速度回路。通过集成的以太网交换机和EtherCAT板载，组合控制器可以与2(1毫秒周期时间)到64(6毫秒周期时间)的多个轴进行无缝通信。

基于ethercat的控制器平台的集成将逻辑和运动相结合。该设备通过USB闪存驱动器进行自动标准设置，最大限度地减少了调试时间，并通过可插拔存储卡进行简单的设备更换，并通过集成的Web服务器进行诊断。除EtherCAT外，控制器还符合IEC 61131-3, PLCopen和CoDeSys3工业标准。

使用系统

伺服逆变器与控制器一起构成了基于控制器的集中运动控制机器自动化系统。旨在最大限度地减少运动控制的复杂性，组合单元简化了机器的设计，建造和调试。这种驱动系统非常紧凑和灵活，具有易于组装的概念。极短的周期时间，32位信号分辨率和超过200%的过载能力使该装置非常适合简单的定位任务，除了处理和包装机或机器人应用中的高动态，精确，多轴应用。

伺服逆变器单轴和双轴模块提供0.37至15 kW的功率范围，以及适当的电源模块。插头连接器使易于布线。在正常工作条件下，电源模块不需要滤波或直流熔断，并具有内置的动态制动斩波器。驱动器之间的中间电气连接是无电缆的，使用创新的轨道系统，并且可以通过设置连接器臂轻松安装。该驱动器具有多种冷却技术，包括冷板，推通技术和面板安装单元。

支持全范围的电机技术，从标准三相电机到同步伺服电机，动态电机控制使用一个接口进行简单的工程。直观的软件工具和中央工程界面使得通过EtherCAT将单元集成到自动化架构中变得简单。自动下载参数和固件，以及自动调谐功能，确保快速调试。它还具有集成的安全功能，以简化机器设计。“安全扭矩关闭”(STO)是标准配置。为了实现扩展的安全网络，变体可以达到EtherCAT (FSoE)的最高安全级别(SIL 3, PL e)。

也请参阅下面的“在线额外”技术细节。

- Tom Jensen是Lenze Americas OEM业务开发项目经理。编辑:Mark T. Hoske，内容经理，控制工程， CFE Media, www.globalelove.com。

www.lenze.us

在线额外

技术细节:PLC，运动，可视化

专为包装和过程自动化行业的应用而设计，紧凑，节能的Lenze 3200 C L-Force控制器将可编程逻辑控制器(PLC)，运动控制器和可视化集成在一个紧凑的设备中，以简化工程并延长成本节约。在高动态多轴应用中提供精确的运动控制，3200 C适用于龙门系统，机器人，输送机，给料机和一系列其他机器。

紧凑而强大的3200c架构可安装在紧凑的控制柜中，无需风扇或电池即可通过集成通用电源(UPS)运行。控制器指导ECS驱动器和MCS电机通过编程的动作序列，规划每个轨迹点，并指导驱动器与电机关闭位置和速度回路。

通过板载集成以太网交换机和EtherCAT, 3200 C可与2(1毫秒周期时间)至64(6毫秒周期时间)的多个轴无缝通信。

基于ethercat的3200 C控制器平台集成了逻辑和运动，通过USB闪存驱动器实现自动化标准设置，最大限度地减少了调试时间，并通过可插拔存储卡实现简单的设备更换和通过集成Web服务器进行诊断。除了EtherCAT之外，面向未来的3200 C控制器还符合IEC 61131-3, PLCopen和PLC Designer (CoDeSys3)工业标准。

中央运动控制机器的基于控制器的自动化系统

3200c控制器和i700伺服逆变器构成了一个最先进的基于Lenze控制器的自动化系统，用于具有中央运动控制的机器。旨在最大限度地减少运动控制的复杂性，i700简化了机器的设计，构建和调试。极短的周期时间，32位信号分辨率和超过200%的过载能力使新的i700非常适合简单的定位任务，除了处理和包装机或机器人应用中的高动态，精确，多轴应用。

伺服变频器i700单轴和双轴模块提供0.37至15千瓦的功率范围，以及适当的电源模块。i700驱动器之间的中间电气连接是无电缆的，使用创新的轨道系统，并且可以通过设置连接器臂轻松安装。i700采用了多种冷却技术，包括冷板、直通技术和面板安装装置。

支持从标准三相电机到同步伺服电机的全系列电机技术，动态电机控制i700使用一个接口进行简单的工程设计。直观的软件工具和中央工程界面使得通过EtherCAT将i700集成到自动化架构中变得简单。i700具有集成的安全功能，简化了机器设计。

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