伺服运动传播集成，应用
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侧栏:伺服运动应用
组成电动伺服系统的组件的集成正在增长，同时伺服运动系统也全面集成到制造过程中。几个互补的因素正在帮助扩大应用，因此伺服运动市场。用于设置和伺服调谐的软件工具变得更加有效和易于使用。此外，高分辨率反馈正以更实惠的价格提供。(见主要文章。)
电动伺服运动控制的新应用领域包括包装机械;输送、装配和转换系统;以及塑料制造机械等。本文最后给出了示例应用程序。
“将运动控制集成到完整的自动化系统中是满足客户对提高效率，连接性和有效性期望的最佳方法，”罗克韦尔自动化，Allen-Bradley工业运动控制公司(Eden Prairie, minnesota)的高级产品工程师Bill Kegley说。www.rockwellautomation.com)新一代有能力的反馈装置有助于伺服系统集成(见主要文章)。凯格利指出，将智能组件整合到反馈设备中会增加它们的价值。然后，伺服系统供应商可以将“个性”编程到设备中，为电机、执行器和整个驱动系统创建即插即用功能。“从反馈设备获得的更多信息补充了处理器速度和循环关闭时间的进步，”他补充说。
在相关产品中，ControlLogix控制器以IEC 61131-3标准的三种编程语言支持运动功能:阶梯逻辑，结构化文本和顺序功能图表。罗克韦尔自动化的mp系列伺服电机的峰值输出扭矩范围为2.5至244 Nm (22-2,160 lb-in.)。
软件的重要性
软件在伺服运动领域的影响力是巨大的，而且还在不断增长。Baldor UK Ltd (Bristol, U.K. www.baldor.co.uk)的技术总监Mark Crocker提到了使用模块化编程方法的好处。“多任务增加了更多的模块化，”他说，“允许多个程序并发执行。可以开发任务来处理机器的不同方面，甚至可以在机器上安装一个选项时调用。”
例如，Baldor的高级运动语言mint支持模块化编程功能，包括多任务处理。类似basic的语言带有各种Baldor可编程伺服驱动器和运动控制器。那些希望用熟悉的Visual Basic、c++或LabView编程的人可以使用Microsoft ActiveX作为简化工具。开发的程序通过Baldor的ActiveX控制，它与各种Mint驱动器/控制器一起工作，并使用与Mint相同的应用程序编程接口。它简化了不同程序语言之间的转换，Crocker先生解释道。
一些标准
伺服系统供应商公司的几位专家认为需要制定更多的标准。通用电气发那科自动化公司(Charlottesville, Va)的运动解决方案产品经理Paul Derstine表示，缺乏标准“会产生大量的运动控制解决方案，使得用户难以选择最佳解决方案。”www.gefanuc.com）.
特别是伺服电机制造商已经创建了他们自己的“专有”标准。保德电气公司位于阿肯色州史密斯堡。www.baldor.com)运动控制产品经理John Mazurkiewicz提到了国家电气制造商协会(NEMA, Rosslyn, Va)的电机标准开发。www.nema.org）.他预测用户将欢迎电机标准化，因为这有利于互换性、二次采购和替换——特别是在紧急情况下。2002年7月刊的“回归基础”栏目将讨论运动控制标准。
他说:“在停机或紧急情况下，这将极大地帮助客户，因为标准库存物品缩短了交货时间，并在设备需要修理时提供了极大的帮助。”
John Krasnokutsky是西门子能源与自动化公司(Alpharetta, Ga)运动控制驱动产品经理。www.sea.siemens.com)指的是需要关注的“缺乏行业标准”。他认为，在“PLC世界”中发现的标准将是有用的。具体来说，他寻找流程图类型语言的标准，以帮助开发环境和运动系统硬件的互操作性。
Drive-to-controller通信
在自动化的世界里，各种各样的通信方法是活跃的;很少有足够的能力进行伺服运动控制系统所需的高性能交互。一种专门为运动控制开发的通信方法是SERCOS(串行实时通信系统)。许多伺服产品制造商都采用了SERCOS，其中包括博世力士乐，丹纳赫运动/太平洋科学，工业索引系统，派克/Compumotor，罗克韦尔自动化，施耐德电气和安川电气美国。(这些公司出现在正文中。)
博世力士乐电气驱动和控制部门SERCOS的长期倡导者(Hoffman Estates, IL, www.boschrexroth-us.com;Lohr，德国)指出该协议的实际好处，特别是在运动控制器和智能驱动器之间的通信。
其他通信总线强调高传输速度，但此属性不处理消息的实际信息内容。“SERCOS也指定了网络语言，可以用更少的媒体信息流做更多的事情，”高级工程师比尔·埃里克森(Bill Erickson)说。“SERCOS的开销比竞争对手少得多。”简而言之，SERCOS将最有用的数据集中在传输的消息中。
博世力士乐的这个部门生产广泛的伺服驱动器，控制器和伺服电机，包括直接驱动模型。伺服驱动器的功率范围为100 W至400 kW，而电机的额定扭矩为0.3至1,200 Nm (2.6 lb-in)。到885磅英尺)。
在相关领域，GE发那科专注于基于plc和独立控制，但其伺服控制器和驱动器包含越来越多的智能。网络总线，如DeviceNet和Profibus-DP用于通信，以及一些运动控制任务，但不用于轮廓、多轴运动或其他同步控制，Derstine先生解释说。
GE发那科的伺服产品中有S2K系列伺服控制器。它的480-V版本有两种形式:一个完整的独立控制器或伺服放大器。S2K系列运动控制器包含全数字480-V驱动器(324至528 V ac输入);支持4-477 lb-in的扭矩输出。范围;并且具有3- 28a(均方根)的连续电流额定值。控制器包括双处理器技术，以分离“实时”操作系统和伺服回路任务，允许122-
市场增长?
罗克韦尔自动化表示，原始设备制造商(oem)对伺服运动控制的增长产生了重大影响。伺服设计从一代机械到下一代机械的迁移是与市场经济相协调的。“在过去的几年里，由于他们的业务量，生产机器制造商几乎没有机会重新设计项目。凯格利说:“最近，经济形势的转变促使建筑商尽可能地削减成本，以度过经济低迷时期。”他补充说:“原始设备制造商非常以客户为导向，只有在商业案例值得投资的情况下，他们才会重新设计采用伺服技术的机器(或升级到当前的伺服技术)。”
至于是什么阻碍了伺服运动的广泛应用，太平洋科学公司Danaher motion的产品市场经理Don Neumann说。www.danahermotion.com)指出，教育是急需的缺失因素。“许多人根本没有意识到伺服技术的成本效益，以及它如何使他们的应用受益。我们面临的挑战是让设计师了解新技术。”
伺服运动应用
过去与伺服运动控制相关的复杂性正在得到解决。更加用户友好的硬件和软件，结合更新，低成本的设计，有助于将伺服运动带给更广泛的受众。印刷和包装机在最近的伺服运动应用中已经相当明显，如下所述。特别是在包装机械，需要低成本的组件是必不可少的伺服运动有市场上的成功。其他增长的应用领域包括半导体制造、装配/标签设备和塑料加工机械。
有趣的是，世界其他地区在将伺服运动系统应用于工业方面远远领先于美国。例如，在日本，领先技术的使用更处于最前沿。尽管日本经济长期低迷，但电动伺服系统在日本工业机器人中占有突出地位，并在注塑机/吹塑机及相关应用领域取得了成功。较高的能源成本是造成这种差异的一个因素。
应用1:伺服驱动技术可实现短时间、高速印刷
瓦楞包装的数字生成图像和动态图像变化?是的，就在这里，而且没有胶卷和印版。由于伺服驱动技术使非接触式数字印刷成为可能，即使是短期印刷，包装商也能以另一种方式看待印刷。
一家充分利用这项技术的公司是United Container Machinery (Glen Arm，马里兰州www.united-container.com)，它的新型Jet-Pac，据报道是第一台用于瓦楞纸板的高速全数字喷墨印刷机。Jet-Pac的设计师在这台机器上考虑了成本效益，极短的印刷时间，允许新包装更快地上市，并减少过程中的盒子库存。
联合集装箱公司是一家拥有100多年历史的瓦楞纸包装行业的主要设备制造商，它与博世力士乐公司的两个部门密切合作。www.boschrexroth-us.com) -电力驱动和控制和线性运动和装配技术-使这一独特的应用成为可能。
伺服驱动器，电机，软件都有贡献
力士乐伺服驱动器，电机，线性模块和软件，帮助Jet-Pac印刷机以300 fpm的连续速度提供高打印精度，具有1,000 fpm的能力。
“我们的数字印刷机设计要求在通过系统移动瓦楞纸板时定位精度，”联合集装箱公司(United Container)精加工设备副总裁Meyer Ruthenberg解释说，“而博世力士乐(Bosch Rexroth)拥有我们所需的伺服驱动技术，可以准确运输纸板和精确定位打印头。”
Jet-Pac采用多达八个位置控制打印头，可在模切瓦楞纸或击倒盒上打印，尺寸从8 x 8英寸。到60 × 60英寸。每个头可以打印4.25英寸的单色图像。宽度为每英寸240点。多个头部可以“缝合”在一起，以打印更宽的图像;打印头也可以对齐以打印多色图像。
力士乐伺服电机和线性模块的组合将Jet-Pac的喷墨打印头定位到所需的精度。Jet-Pac还包括一个伺服驱动的流馈线器和一个真空传输箱，通过由单独的伺服电机驱动的机器输送瓦楞纸板。还有另一个伺服电机带动涂胶辊。
所有伺服驱动器，电机和线性模块都使用SERCOS(串行实时通信系统)光纤环路和VisualMotion控制软件进行联网和协调。通过与各种伺服驱动器通信，SERCOS回路可以补偿异常情况，例如，系统中积压的纸箱。
位置到0.001英寸在任何方向
操作人员在触摸屏上从远程位置加载图形文件并将设置数据输入数据库。使用数字工作流程软件，这些信息被下载到驱动器和电机，为线性模块供电。该模块将打印头横向放置在机器上。
据联合集装箱公司的电气工程师文斯·斯塔布说，打印头可以定位在0.001英寸的范围内。用于特定订单，然后保存并恢复以供将来运行。“操作人员可以进行0.001英寸的调整。在任何方向。他说:“只要在触摸屏上输入改变，伺服系统就会进行动态调整。”
“伺服驱动系统的另一个巨大优势，”Staab先生补充道，“是我们可以在内部完成所有的编程。”基于微软windows的控制软件用于机器设置、参数和配方更改。联合集装箱工程师可以通过调制解调器拨入系统进行故障排除或调试。驱动器同步和诊断也简化了。如果出现问题，无需修改控制软件即可轻松更换单个驱动器。
这是第一次
博世力士乐印刷和转换集团业务经理金勇解释说:“Jet-Pac是同类产品中的第一个。由于Jet-Pac是一种非接触式数字系统，因此它提供了一种更快的方式来更改设置，从而实现快速设置，非常适合短途作业。”
高速下的精确定位来自于伺服驱动的执行器，它是伺服电机和线性模块的组合。“精确的定位对数字印刷至关重要，”容先生说。
全数字系统也提供了经济效益。可以消除昂贵的柔性版印刷，以及它们所需的处理和清洁。由于能够按需印刷，纸箱库存减少。生产运行之间的变化更快，从而缩短交货时间。
底线是，伺服驱动的印刷机提供了一个负担得起的替代传统印刷瓦楞包装。
应用2:智能运动系统帮助排除生产故障
大丹犬拖车(萨凡纳，乔治亚州)www.greatdanetrailers.com(美国)是一家生产卡车挂车及相关部件的制造商，该公司已经实施了一种新的制造系统，以扩大其位于四个州和加拿大的每个工厂的生产能力并减少停机时间。制造业升级包括施耐德电气(Schneider Electric)。www.schneiderelectric.com)运动控制模块在量子PLC机架接口到lexum伺服驱动器和电机上的SERCOS。
施耐德电气美国运动控制产品营销经理Robb Dussault说:“向智能运动系统的过渡甚至使大丹犬能够通过互联网从其位于萨凡纳的主要工程设施进行工艺改进和故障排除。”量子PLC内置的网络服务器使伺服驱动器诊断信息能够在互联网上流动。它还将当地的维护人员与公司总部的运动系统专家联系起来。
应用程序3:编排打包
指挥对于高速包装生产线的重要性不亚于管弦乐队。Kisters Kayat Inc.位于佛罗里达州埃奇沃特。www.kkiusa.com) 320/70 iRT WrapAroundPacker机就是一个很好的例子。为了获得最佳的产品流量，机器的伺服控制飞行杆——一个精确设置瓶子和纸板进入隔板的时间的旋转臂——必须与位于生产线末端的压缩(粘合)部分协调。
Kisters Kayat是一家包装机械原始设备制造商，与罗克韦尔自动化公司(明尼苏达州伊甸草原)合作。www.rockwellautomation.com)设计和制造一种连续运动机器，每分钟输出50箱饮料，以满足最终用户严格的性能要求。由此产生的产品成为一台集成机器人技术的包装机，该包装机控制着机器人分区前插机、产品组加载段和压缩段。该公司表示，它取代了多个包装机器，执行单独的盒子竖立，包装和密封功能。
一个控制方法
一个集成了运动和逻辑功能的单一控制平台被用来满足不同的客户需求。其他设计优点包括机器设置和编程更简单，操作员培训减少，以及未来扩展的固有模块化。
Kisters Kayat选择罗克韦尔自动化的Kinetix集成运动系统来控制其WrapAroundPacker的各种功能。通过将伺服和机器控制集成到一个处理器中，Kinetix系统缩短了开发时间并消除了单独的通信要求。伺服驱动器，电机，ControlLogix控制器模块和其他Kinetix组件在封隔器的各个部分执行。
Allen-Bradley 1394伺服驱动器和mp系列电机处理飞行杆的运动，驱动纸板空白倾斜，准确地定位空白在6或12包的瓶子下。两个带有制动器的mp系列伺服电机控制机器的整理部分，当前端的传感器检测到传入的纸板空白时，该部分就会启动。该机器部分选择正确的瓶数包装从一个传入的瓶饲料。
一个类似的伺服系统控制后端分区进给。当机器停止或电源关闭时，制动器起固定作用。共使用7台伺服电机，其中5台为mp系列。
动作协调，设计灵活
为了简化运动协调，ControlLogix机架中的A-B 1756-M08SE SERCOS接口卡与A-B 1394驱动器通信，用于所有伺服驱动器和电机控制。通过绝对反馈，伺服电机可以与处理器“对话”，传递准确的位置信息。用户不需要“回家”机器，或将产品包装移动到传感器，这两者都降低了机器的吞吐量。
Kisters Kayat电气工程经理Roger Calabrese表示:“我们选择了带有SERCOS、1394驱动器和mp系列电机的ControlLogix，因为我们需要在翻转时进行绝对定位。当电源断开或重新接通时，机器会记得它在哪里。SERCOS是强制性的。”
Kisters Kayat在“功能模型”中设计包装机，允许模块耦合以创建各种机器。这样，设计人员和操作人员可以在中心断开机器，并根据需要添加新的完整功能模块。
Kisters Kayat的工程总监加里•亨特(Gary Hunt)补充道:“我们现在可以按照特定的配置出售一台机器，然后拆分该机器，或者在上游或下游添加模块，重新配置它，以包装完全不同类型的产品。”控制器足够健壮，可以接受未来扩展所增加的需求。”
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