使用数字运动网络

数字运动网络允许在设备之间通信的数据量呈指数级增长。数据的增加对吞吐量、机器和维护成本的影响最初可能并不明显。当机器设计师使用数字运动网络时，有12个关键好处。数字机器对机器(M2M)通信是工业物联网(IIoT)的重要组成部分，更大的信息流是工业4.0和数字化制造努力的一部分。好处随之而来。

1.提高吞吐量

吞吐量可以说是机器最重要的关键性能指标。提高产量的一种方法是提高机器的运行速度。然而，速度的提高需要保持定位分辨率、足够的调谐增益和准确的闭锁。

2.维护决议

当在模拟运动网络中使用脉冲序列进行定位时，由于脉冲电路的限制，增加速度通常需要降低分辨率。例如，为了使电机在全分辨率下以最大速度运行，伺服驱动器需要每秒接受超过5000万次脉冲。脉冲电路的输入被限制为每秒400万个脉冲，因此需要降低分辨率。分辨率的降低带来了一个问题，因为在较低分辨率下生产的零件可能不再符合零件的规格。

使用数字运动网络，由于控制器以网络循环速率发送目标位置点，因此保持了完整的分辨率。

3.动态调整增益

当运动设备如伺服电机以较高的速度运行时，伺服电机的调谐增益可能需要调整，以保持机器操作的可重复性。使用模拟运动网络，调谐增益通常限制在运动设备上的两组，由运动设备的输入控制。这一限制不适用于数字运动网络，因为调谐增益可以在任何时候通过网络写入。此外，动态调整是可用的，因为运动数据值，如反馈位置，速度和扭矩返回到控制器每个网络周期。控制器可以在优化算法中使用这些数据来实时设置运动设备优化增益。

4.增加闩锁反应

基于锁存输入操作的机器可能会受到速度的限制，这取决于执行锁存的方法。采用模拟运动网络，由控制器实现锁存。增加速度会导致锁存位置的位置窗口变宽，因为位置锁存发生在控制器周期的末尾，通常以毫秒为单位。这种较宽的位置窗口会导致机器生产不良零件;因此，速度变得有限。

使用数字运动网络，锁存发生在驱动器侧，驱动器通过网络将锁存位置传递给控制器。驱动侧闭锁机制因制造商而异，但通常能够在10秒微秒的范围内闭锁位置。专门实现“高速锁存”的驱动器包括使用中断和额外的计算，并导致以微秒为单位的锁存计时分辨率。这使得锁存位置的窗口在一个小得多的规模上，允许更高速度的机器运行。

此外，如果控制器必须计算到锁存位置的配准距离，以更高的速度运行机器可能没有足够的时间让控制器完成计算。具体地说，数字运动网络包括锁存和注册组合命令，以便在锁存输入发生后立即执行注册。这种执行完全独立于控制器的计算。

5.降低机器成本

如果可以通过数字运动网络实现相同的目的，则可以移除组件和设备。可以移除的项目包括输入/输出(I/O)模块、I/O接线和限制传感器。

6.拆卸控制器I/O模块

在传统的模拟系统中，控制器I/O模块连接到机器上的传感器和指示器。由于数字运动网络上的设备可以通过网络暴露其I/O连接，传感器和指示器可以连接到数字运动网络设备，而不是控制器。因此，控制器I/O模块不再有用途，可以被移除。

7.拆卸I/O接线

集成了“故障复位”输入和“安全停止活动”输出等I/O功能的机器可以集成到人机界面(HMI)等机器中。

控制器通过电线将这些信号传递给从设备。当使用数字运动网络时，这些线路可以被移除，因为使用这些线路的功能可以通过网络获得。

8.移除限位传感器

对于运动控制机器，限制传感器是另一个可以删除的设备的例子，因为软件限制可以由运动设备强制执行。

9.降低维护成本

通过简化维护程序，编写故障处理程序，监控设备的使用寿命，减少了机器维护的时间和必要性。

10.减少维修时间

用新设备替换故障设备可能需要使用组态软件以与故障设备相同的设置来设置替换设备。通过使用控制器通过数字运动网络发送配置设置，可以从维护程序中删除使用组态软件的步骤。

此外，控制器函数可以在启动时读取设备参数，以确定它是否尚未设置，然后自动写入参数来设置它。如果实现，维护过程只需要更换物理设备，不需要任何软件操作。

11.减少应急维护

当设备出现故障时，可能需要执行维护操作。采用数字运动网络，控制器可以通过网络读取故障信息。控制器可编程执行故障处理例程，以清除故障并避免故障的原因。这些例行程序取代了维护人员清除故障和故障原因的需要。

例如，伺服驱动器可能出现超速故障，可以编写控制器程序来清除故障并以减速操作机器。此外，由于故障信息可以通过网络获取，所以可以通过人机界面进行显示。这减少了必要的维护步骤，并减少了维护操作人员所需的高级调节控制(ARC)闪光个人防护设备(PPE)，因为操作人员不需要打开活动的机器面板来从设备的显示中读取故障。

12.减少定期维护

设备总运行时间决定下一次机器维护的调度。如果控制器没有关于设备剩余寿命的信息，则可能需要在产品的总寿命之前进行维护。使用数字运动网络，控制器可以通过网络获得设备中组件的剩余寿命。设备中剩余寿命监视器的例子包括:风扇、电容器、浪涌防止电路或动态断开电路。如果控制器读取这些监控器，则可以编程控制器在设备接近寿命结束时通知维护经理。这允许更长时间的使用，从而降低了定期维护的频率。

Derek Lee是安川美国公司的产品工程师。由主编埃里克·艾斯勒编辑，石油与天然气工程，eeissler@cfemedia.com．

关键概念

数字运动网络:

• 提高吞吐量
• 降低机器成本
• 减轻工程挑战。

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