简化基于驱动和基于控制器的自动化

数字时代被一些人称为一场革命。然而，制造业自动化的漫长历史揭示了一种技术演变。在不断发展的环境中，对电机驱动速度控制、精度、安全性、可扩展性和效率的要求保持不变。它们是创新机器和机器人技术的标志。

工业控制和自动化的采用速度非常快，几乎每家工厂现在都在利用运动控制机器人和机器技术来提高效率。预测显示，到2020年，全球机器人产业的规模将超过2000亿美元(来源:MarketsandMarkets, 2016)。具有更短生产周期的动态全球市场和供应链模型需要更大的灵活性，以减少机器开发时间和交钥匙系统集成。

具有参数化编程、自我优化和使用内置智能和软件模块的运动控制系统的机器，使自动化更加灵活和高效。最近的一项研究(追求Technomarketing报告称，目前有一半的机械电子工程师依赖于模块化的智能机器。

最好的创新简化了工作。管理复杂性是机器制造商、集成商和操作员的首要任务。综合工具的存在，以克服自动化和运动控制的复杂性。敏捷和可扩展的驱动技术为高效的运动控制提供动力，并实现精确的速度控制、安全、诊断和维护。人机界面(HMI)系统，网络连接，和其他先进的功能，使机器制造商可以自由地设计，委托，编程，并更快地连接机器。

机器控制地形指示一个或多个电机如何移动一个轴或多个轴。在每个应用程序中，运动控制要求都会有所不同。在基于控制器和基于驱动的机器控制之间进行选择是一个关键的设计决策。从本质上说，选择归结为每个轴的速度和位置是由驱动器控制还是由主控制器做出这些决定。虽然对某些应用程序来说选择可能是显而易见的，但可能有多个选项。没有石蕊试验。因此，仔细考虑集中式和分散式自动化控制的优点和局限性是很重要的。

使用自动化

一个典型的基于控制器的自动化系统将由主控制器和通过实时现场总线连接的电机驱动组件组成。在这个方案中，智能驻留在主控制器中，它不断地向多个驱动器准确地传达在任何给定的时间处于什么位置。

主运动控制器通常以1毫秒的扫描速度控制多个驱动器，而基于驱动器的方案通常由主可编程逻辑控制器(PLC)以更慢的速度提供逻辑信息。较小的包装或食品和饮料加工机械通常是基于控制器的，因为驱动器需要相对较低的功率，主要是高动态轴。当一台机器超过四个基于控制器的轴时，每个轴的成本降低。因此，基于控制器的机器可以具有多轴的成本优势。

一个强大的基于控制器的方案还为运行多个轴应用程序提供了更大的灵活性——从四个轴到一个拥有100个轴或更多轴、多个控制器的整个工厂。在大多数情况下，基于控制器的应用程序使用单个控制器在4到20个轴之间运行。具有三个或更多轴的机器人和机器应用程序可以从主控制器上运行，以提供精确的协调运动。使用两个以上轴的机器人协调运动可以是基于控制器的，以确保包装操作的精度。

例如，delta型机器人可能有三个外部轴和第四个轴，用于从进入的带式输送机上提取产品，并以某种方式将它们组织在出方向的带式输送机上。主控制器将同时操作所有6个轴，以实现平滑的产品流(见图1)。在另一种场景中，基于控制器的方案可以操作四轴滚动金属机，产生金属落嘴。该单机可完成平面金属滚压成型的全部任务，并可多次旋压，精确定位，形成顶部偏置“S”形压接，底部偏置“C”形压接。在另一个例子中，一个基于控制器的10轴机器可以用来制造塑料灌溉管道，管道材料被重复分度和定位在一个包含刀片的区域内，在指定的间隔在材料上切割排水孔。

集中式与分散的基于驱动的自动化

不像基于控制器的驱动器不能在没有控制器指示的情况下运行，基于驱动器的方案在驱动器本身内提供智能。内置智能的集中和分散驱动器都可以通过内部控制或数字控制或其他输入独立运行。

对于同步应用，例如卷绕、凸轮、定位/分度和电子传动，集中式驱动方案是一个可能的选择。内置智能增强的驱动器能够进行复杂的计算和基于逻辑的决策，以及驱动器与驱动器之间的通信以执行同步功能。在这些情况下，电机与主控制柜的物理接近提供了一个优势，因为所有的控制和电源分配都在一个中心位置，可以很容易地监控和维护。

基于驱动的控制通常是更好的操作更大的机械需要更高的马力，如打印和其他转换应用程序需要多个步骤。电子传动装置必须发生在印刷单元之间，因此驱动器能够以相对于彼此的正确速度进行通信是至关重要的。

同步装置为基础的控制是处理连续材料的常见选择，如纸，薄膜，箔，或纺织品。还可能有一个PLC通信基本的启停和速度控制。基于驱动器的系统中的智能甚至可以在驱动器和PLC之间迁移。然而，它需要内置智能驱动器提供逻辑和驱动器到驱动器通信同步运行。在电子传动装置中，一个主传动装置把它的位置传递给所有跟随主传动装置位置的其他传动装置。

其他应用程序也可以从内置的驱动器智能中受益。通过压延机或瓦楞机进行卷绕和退绕需要恒定的张力控制和线速。张力过大或松弛过度会导致缺陷甚至材料变形。张力控制需要在卷绕和放卷的速度上有轻微的增量变化，这是由于两端被卷材料直径的减小而引起的。内置智能的驱动器使用内部驱动器计算器连续实时跟踪速度与直径，以调整相应的卷绕和unwind速度。

CAMMING是另一种需要轴之间精确协调的应用。对于精确切割的装置，表面材料和切割装置必须在接触时以完全相同的速度行驶。否则，一些材料会皱纹或撕裂。在旋转切割刀具和材料之间实现精确的协调，例如，在可变速度下旋转，可以是棘手的。例如，当刀辊的圆周大于切割长度时，切割器通常需要加速，同时在切割区域中旋转并慢下来以匹配材料的速度。在基于驱动器或基于控制器的架构中的驱动器之间，必须在驱动器之间不断发生逻辑和协调。

在某些情况下，机器的大小可能需要使用分散的基于驱动的控制。来自中央控制柜的长电机电缆可以通过菊花链、驱动对驱动方式或从中央控制柜以外的源馈电给分散驱动器来消除。分散驱动型逆变器可以允许电机接近安装。分散逆变器可以使大型和复杂的机器结构更加清晰，这在汽车、物流和其他行业的应用中尤其有益。

控制集成工具

存在使用可自定义的标准化接口提供模块化现成的运动控制功能的应用程序软件工具。可以快速实现标准机器任务，如横切和绕组，以及完整的机器人模块。机器人应用（例如拾取和放置运动）通过简单的参数设置编程，而无需了解机器人知识，这显着降低了对工程和设计资源的需求。

基于参数化编程技术的解决方案大大简化了运动控制和机器开发，从概念到部署。参数化编程比传统编程更容易调试。用统一的机器配置软件工具代替复杂的编程可以显著减少工程时间和技术要求，并消除可能导致成本上升的冗余。得益于模块化组件和工程工具，将智能驱动器上线不再需要特殊培训。这使得机器制造商可以自由地专注于他们项目的独特元素，使他们的产品更有竞争力。

基于设备控制的模块化自动化系统可以大大简化机器的集成和自动化。机器控制的日益个性化给协调设计前置时间和设置周期与生产力带来了挑战。当机器操作尽可能简单时，可以实现较短的设置时间，这需要机器操作员简单的操作概念(见图2)。

没有一个尺寸的适合 - 全部

制造业必将从自动化的进步中获得巨大的利益。开发端到端的自动化解决方案需要一种整体的、以运动为中心的方法。最终，机器的任务决定了驱动和控制架构。在驱动控制复杂性方面，座右铭应该是“不多于也不少于需要”。这要从了解你的选择开始。

在规划阶段进行的选择将影响整个机器的生命周期的性能。设计过程需要首先检查预期的运动控制任务，形成初始想法，并采取战略步骤选择合适的工具，以开发与应用程序任务对齐的智能和可持续概念。没有单尺寸适合的所有电机驱动控制方案以适合每台机器。然而，先进的技术已经产生了更智能和强大的解决方案，转化为更好的选择。

克雷格Dahlquist应用工程师在哪里伦茨美洲．自2003年以来，他一直为伦茨工作。

这篇文章发表在应用自动化补充的控制工程
和设备工程．

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