精度和成本效益的雙重重視

憑借其對(duì)精度和成本效益的雙重重視，電子運(yùn)動(dòng)控制已經(jīng)從一點(diǎn)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)員轉(zhuǎn)變?yōu)楣I(yè)的主要力量。如今，它是機(jī)床，包裝和機(jī)器人技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)。它的倡導(dǎo)者說，明天它將在許多其他行業(yè)中同樣重要，特別是那些需要工廠車間速度和效率的行業(yè)。

為了了解在我們接近新世紀(jì)時(shí)電子運(yùn)動(dòng)控制可能取得的重大突破，Design News與幾家供應(yīng)商和用戶進(jìn)行了交流。您將在接下來的幾頁(yè)中閱讀他們的評(píng)估，以及一位行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者對(duì)未來運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的看法。

易用性已成為電子運(yùn)動(dòng)控制的一個(gè)決定性特征。加利爾運(yùn)動(dòng)控制公司的工程師希望在下個(gè)世紀(jì)繼續(xù)保持這種狀態(tài)，大部分技術(shù)的發(fā)展都發(fā)生在不太復(fù)雜的市場(chǎng)。“當(dāng)我們開始推出插入PC的產(chǎn)品時(shí)，我們開始將普通電氣工程師視為客戶，物理學(xué)家視為客戶，技術(shù)人員視為客戶，”加利福尼亞州桑尼維爾公司總裁雅各布塔爾說。

在這個(gè)為期一周的課程中，我們將看到兩個(gè)低成本但功能豐富的電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化(EDA)程序：CircuitStudio和KiCad。

關(guān)于基于PC的運(yùn)動(dòng)控制器存在兩種不同的哲學(xué)。一種是依靠PC來執(zhí)行一部分處理。另一個(gè) - Galil和競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手Delta Tau Data Systems(加利福尼亞州Northridge)首選的那個(gè) - 是讓運(yùn)動(dòng)控制器變得如此智能，以至于它可以獨(dú)立運(yùn)行。PC的鏈接用于通信，而不是處理。“我們之所以這樣做，是因?yàn)槿绻霈F(xiàn)問題就更容易診斷，而不是因?yàn)樗旧砭透鼜?qiáng)大，”Tal說。

今天，Galil新推出的第三代控制器易于使用 - 性能和性能 - 高出一級(jí)。該產(chǎn)品系列包括三個(gè)設(shè)備，DMC-1000，DMC-1300和DMC-1500。每個(gè)功能都相同，但1000個(gè)插入PC，1300個(gè)目標(biāo)是VME總線機(jī)器，1500個(gè)是獨(dú)立控制器。

雖然該公司可能在宣傳易用性，但這些第三代控制器并非懶散。所有產(chǎn)品均可控制一到八個(gè)軸，包括步進(jìn)電機(jī)，伺服或液壓。32位微處理器和定制亞微米門陣列的速度是前代產(chǎn)品的四倍。編碼器反饋可高達(dá)8 MHz，采樣率可能低至125acec，RS232 / RS422通信達(dá)到38.4K波特。就DMC-1500而言，它的尺寸只有上一代DMC-700的一半，便宜40%。

運(yùn)動(dòng)模式包括通常的慢跑，線性和圓弧插補(bǔ)以及輪廓。它還包括電子傳動(dòng)裝置 - 能夠在它們之間以可變比率合成最多八個(gè)軸的能力 - 和電子凸輪 - 最多七個(gè)軸與主軸的同步，以模擬機(jī)械凸輪的運(yùn)動(dòng)。

一家同意Galil運(yùn)動(dòng)控制愿景的公司是Glasstech(俄亥俄州佩里斯堡)。該公司的玻璃彎曲和回火系統(tǒng)在六大洲的50個(gè)國(guó)家運(yùn)營(yíng)，負(fù)責(zé)生產(chǎn)世界上所有汽車中使用的3毫米厚玻璃側(cè)壁的80%。四種不同的彎曲和/或退火機(jī)器中的每一種都依賴于兩個(gè)3軸Galil控制器。他們指揮伺服電機(jī)為玻璃進(jìn)料輸送機(jī)提供動(dòng)力，并運(yùn)行控制柔性床的齒輪系，以塑造玻璃。

“我們真的不做任何復(fù)雜的動(dòng)作，”Glasstech的高級(jí)控制工程師Dene Rinaldo說。“我們之所以選擇加利爾，是因?yàn)檫@些卡是可靠的，編程語(yǔ)言雖然復(fù)雜，但卻很容易使用。”

隨著他的產(chǎn)品遍布全球，Rinaldo需要能夠通過電話輕松排除故障。他發(fā)現(xiàn)大多數(shù)熟悉BASIC的工程師都能理解Galil的線性解釋語(yǔ)言。可以通過電話遠(yuǎn)程查看程序打印輸出，也可以通過Compuserve的電子郵件發(fā)送修改。他說：“花費(fèi)3000美元在世界各地飛行，在計(jì)劃中進(jìn)行一線改變并不是我們想花時(shí)間做的事情。”

“二十年前，當(dāng)你運(yùn)送一個(gè)系統(tǒng)時(shí)，你就派了一個(gè)工程師，”塔爾說。“現(xiàn)在，內(nèi)置全面的診斷功能比任何其他功能更重要。”

可靠性對(duì)Glasstech也很重要，Rinaldo對(duì)Galil控制器的耐用性印象深刻。“我們的機(jī)器每周運(yùn)行七天，在一個(gè)非常溫暖的環(huán)境中每天三班，”他說。“我們的客戶不需要星球大戰(zhàn);他們需要易于使用且運(yùn)行多年的東西。”

編程技巧?你不再需要它們了

傳統(tǒng)上，安裝，編程和調(diào)試運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)與工程一樣具有黑魔法。Berkeley Process Control的設(shè)計(jì)師表示，他們的新型MachineWorks(TM)機(jī)器控制器可以消除聚焦效應(yīng)，大大加快運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的開發(fā)速度，同時(shí)提高可靠性。“這是機(jī)器控制實(shí)用性的突破，”產(chǎn)品開發(fā)經(jīng)理Steve Kraft解釋說，“不是原始性能，而是實(shí)用性。”

MachineWorks概念是基本的：通過預(yù)集成簡(jiǎn)化。由于大多數(shù)機(jī)器開發(fā)涉及集成硬件和軟件，因此Kraft和Berkeley的工程師團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)MachineWorks，使用他們稱之為直接機(jī)器開發(fā)的東西來消除這些步驟。(TM值)

直接機(jī)器開發(fā)簡(jiǎn)化了傳統(tǒng)的開發(fā)過程 - 插入卡，連接可能不兼容的組件，特別是編寫代碼行 - 通過為系統(tǒng)內(nèi)置的機(jī)器控制提供組織結(jié)構(gòu)。開發(fā)人員可以按照菜單提示從觸摸屏輸入完整的機(jī)器控制序列，無需任何常規(guī)編程。

開發(fā)過程涉及一系列屏幕提示和選擇。一個(gè)完整的機(jī)器數(shù)據(jù)庫(kù)Quickstart(TM)，用戶可以通過觸摸屏訪問伺服功能，軸，I / O命名，自動(dòng)調(diào)整等。所有潛在的問題 - 黑魔法 - 軸設(shè)置，錯(cuò)誤處理，預(yù)計(jì)會(huì)有診斷和硬件配置。

逐步過程將預(yù)先編寫的優(yōu)化代碼構(gòu)建塊組合到完整的調(diào)試系統(tǒng)中。復(fù)雜的操作被分成任務(wù)，通過觸摸屏輸入，然后可以同時(shí)執(zhí)行以實(shí)現(xiàn)真正的多任務(wù)處理。

關(guān)鍵的好處是上市時(shí)間。“我們已經(jīng)完成了傳統(tǒng)上需要六周的工作，而在MachineWorks，我們已經(jīng)在兩到三天內(nèi)完成了這些工作，”卡夫說。作為運(yùn)動(dòng)控制領(lǐng)域的Apple計(jì)算機(jī)，伯克利設(shè)計(jì)了所有組件，以便協(xié)同工作。卡夫說，它們是專門的機(jī)器控制組件，它們可以快速，輕松地集成。編程，工作的一部分，幾天和幾個(gè)月，可以減少到通過MachineWorks組裝優(yōu)化的，預(yù)編譯的指令。

MachineWorks的一個(gè)實(shí)例出現(xiàn)在Meadows Manufacturing(Sunnyvale，CA)。該公司的問題是：如何改造一臺(tái)具有兩年歷史的四軸產(chǎn)品插入機(jī)器，其停機(jī)時(shí)間最短，可靠性最大。工程師還希望將機(jī)器從半自動(dòng)轉(zhuǎn)換為全自動(dòng)操作。

Meadows的項(xiàng)目工程師Pedro de la Serna將該機(jī)器描述為XYZ工作臺(tái)，該工作臺(tái)可容納預(yù)先測(cè)量的液體產(chǎn)品部分。該工作臺(tái)將每個(gè)部分重新定位在插入致動(dòng)器的前面，該插入致動(dòng)器將該部分推入單獨(dú)的產(chǎn)品施加器中。

新的控制系統(tǒng)由Berkeley Integris組成，包括MachineWorks，多軸放大器，I / O系統(tǒng)，接口，電源和外殼。作為一個(gè)完全集成的解決方案，交鑰匙操作快速啟動(dòng)并運(yùn)行 - 大大提高了功能和可靠性。

編程中節(jié)省的時(shí)間最多。使用MachineWorks，插入機(jī)器的軟件在兩天內(nèi)編寫和調(diào)試。“我們周一將產(chǎn)品送到了他們的工廠，并在周三離開了一臺(tái)功能齊全的機(jī)器 - 完全診斷，一切，”卡夫說。他完全放心地將系統(tǒng)交給了de la Serna，他是一名從未見過伯克利過程控制產(chǎn)品的機(jī)械工程師。

卡夫強(qiáng)調(diào)，他的公司的解決方案并不靈活。例如，使用Meadows，工程師使用MachineWorks的Extensions選項(xiàng)定義了兩個(gè)自定義序列。

進(jìn)入新系統(tǒng)只有幾個(gè)月，De la Serna已經(jīng)計(jì)劃擴(kuò)展機(jī)器的功能。卡夫并不感到驚訝。“我們不是專注于技術(shù)，性能和數(shù)字，而是專注于實(shí)用性，”他說。“如果你不能使用它，原始能力是什么并不重要。”

靈活性是驅(qū)動(dòng)力

伊利諾伊州Wood Dale的Indramat副總裁斯科特·希巴德(Scott Hibbard)表示，要想了解運(yùn)動(dòng)控制的發(fā)展方向，只需要考慮辦公自動(dòng)化市場(chǎng)的變化。從集中式大型機(jī)計(jì)算到小型計(jì)算機(jī)到分布式開放式系統(tǒng)PC的轉(zhuǎn)變預(yù)示著工業(yè)控制的發(fā)展。

如果你想衡量行業(yè)在這條道路上的進(jìn)展，最好看的是機(jī)床市場(chǎng)。“在金屬切削行業(yè)，多軸加工中心正在取代專用傳輸線，”他解釋道。“但更大的靈活性并不意味著犧牲生產(chǎn)率或加工精度。”用Hibbard的話說，這些要求最苛刻的應(yīng)用需求的技術(shù)解決方案將“滲透到其他行業(yè)”。

英特瑪最新推出的DKR數(shù)字交流伺服驅(qū)動(dòng)器突出了即將推出的產(chǎn)品。微處理器技術(shù)使驅(qū)動(dòng)器成為控制從小數(shù)到100馬力的電機(jī)的通用平臺(tái)。“一個(gè)驅(qū)動(dòng)器，一個(gè)用于旋轉(zhuǎn)永磁體，旋轉(zhuǎn)感應(yīng)，線性永磁體和線性感應(yīng)電機(jī)的軟件包，”Hibbard說。它包括電子變速箱和凸輪功能，功能監(jiān)控以及實(shí)時(shí)機(jī)器或驅(qū)動(dòng)器診斷，以簡(jiǎn)化故障排除任務(wù)并延長(zhǎng)機(jī)器的正常運(yùn)行時(shí)間。

除了簡(jiǎn)化系統(tǒng)設(shè)置，更智能的驅(qū)動(dòng)器意味著控制器制造商更容易開發(fā)工作。如果不同的應(yīng)用需要不同的電機(jī)，因此，不同的驅(qū)動(dòng)平臺(tái)，現(xiàn)在為一個(gè)應(yīng)用開發(fā)的軟件可立即供所有人使用。功能更多，而且可以更廣泛地使用。

DKR驅(qū)動(dòng)器還包括光纖開放式SERCOS通信接口。SERCOS不僅降低了布線復(fù)雜性，而且是一種高速鏈路，可實(shí)現(xiàn)最低級(jí)別的分布式控制，從而改變運(yùn)動(dòng)控制行業(yè)。

Hibbard表示，大多數(shù)人認(rèn)為分布式控制可以作為PLC或運(yùn)動(dòng)控制卡在一臺(tái)機(jī)器上運(yùn)行一臺(tái)或多臺(tái)電機(jī)，而新型號(hào)是由SERCOS連接的智能驅(qū)動(dòng)器，并與一個(gè)不那么緊湊的通信主控制器。“在逐個(gè)軸的基礎(chǔ)上執(zhí)行的任何控制功能都是驅(qū)動(dòng)器本身的標(biāo)記。”

Hibbard認(rèn)為，不再需要控制位置環(huán)或在集中控制器上游進(jìn)行快速偏移校正。因此，由于機(jī)器控制器的軸控制工作較少，它們成為PC等開放式架構(gòu)的候選者。“我們正在消除CNC或PLC的特殊性，”他說。

由PC控制的分布式控制的轉(zhuǎn)變意味著更少依賴系統(tǒng)集成商進(jìn)行機(jī)器編程。如果他們?cè)敢?，用戶將能夠?gòu)買軟件包并將他或她自己的控制系統(tǒng)組合在一起。

對(duì)于控制器制造商來說，這種轉(zhuǎn)變將使成功更難實(shí)現(xiàn)。然而，希巴德對(duì)未來持樂觀態(tài)度。“選擇一塊硬件比另一塊硬件總有優(yōu)勢(shì)，”他說。“只要你的公司是技術(shù)驅(qū)動(dòng)的，你仍然可以保持在游戲的頂端。”

用戶：編寫自己的界面

如果運(yùn)行新系統(tǒng)變得太復(fù)雜，那么運(yùn)動(dòng)控制硬件設(shè)計(jì)的進(jìn)步所帶來的更高性能的優(yōu)勢(shì)就會(huì)喪失。這是來自GE Fanuc的通用運(yùn)動(dòng)控制產(chǎn)品經(jīng)理Cosmo Mirra的信息。他說，有機(jī)會(huì)實(shí)現(xiàn)高性能電子運(yùn)動(dòng)控制的“普及”，但僅限于那些不忘記用戶的人。

控制器制造商面臨的核心挑戰(zhàn)來自于當(dāng)今可用的控制器主機(jī)--CNC，PLC和PC。運(yùn)動(dòng)控制的大型工業(yè)用戶，例如汽車工業(yè)，采用新的控制技術(shù)作為保持競(jìng)爭(zhēng)力的要求。但是，與前幾代控件一起添加新系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生問題。“他們運(yùn)行了許多不同的流程，他們希望在機(jī)器之間建立一個(gè)通用的操作員界面，以控制他們的培訓(xùn)成本，”Mirra解釋道。

傳統(tǒng)上，控制器制造商采用了兩種操作員界面(OI)方法之一，GE Fanuc應(yīng)用工程師Jeff Kao繼續(xù)說道：無論是行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)外觀還是CNC命令，還是用戶設(shè)計(jì)自己屏幕的完全開放式方法。

對(duì)于像CNC起源的機(jī)床行業(yè)這樣的老客戶來說，標(biāo)準(zhǔn)接口通常就足夠了。像汽車這樣的大型行業(yè)通常擁有或者可以負(fù)擔(dān)構(gòu)建定制界面所需的編程專業(yè)知識(shí)。但為了將電子運(yùn)動(dòng)控制擴(kuò)展到新的領(lǐng)域，該公司認(rèn)為需要采用不同的方法來建立OI。

作為最近推出的PowerMotion高精度分布式控制產(chǎn)品系列的一部分，GE Fanuc推出了C Executor，這是一種開發(fā)工具，可大大簡(jiǎn)化定制OI的創(chuàng)建。

“我們使用Microsoft C在IBM PC上編譯程序，”Kao解釋道。“您可以加載程序，快速啟動(dòng)并運(yùn)行，然后自定義數(shù)據(jù)表示以滿足用戶的需求。”

例如，Kao說，機(jī)器人涂裝系統(tǒng)可以配置為轉(zhuǎn)到位置1,2或3，而不是操作員調(diào)??用CNC坐標(biāo)代碼。

一位用戶已經(jīng)看到了從易于定制的界面中獲得的好處。安大略省博爾頓赫斯基注塑系統(tǒng)機(jī)器人部門產(chǎn)品經(jīng)理詹姆斯羅德里格斯表示，帶有C-Executor的PowerMotion可能是贏得新客戶的關(guān)鍵。

赫斯基開發(fā)了一種三軸龍門機(jī)器人，用于物料搬運(yùn)，為其成型設(shè)備提供服務(wù)。它需要一個(gè)教學(xué)掛件，使用戶能夠操作系統(tǒng)，但回避客戶不知道的非直觀語(yǔ)言。

“我們需要專門針對(duì)注塑成型的應(yīng)用軟件才能正確推廣產(chǎn)品，”Rodrigues解釋道。在GE Fanuc應(yīng)用工程師的協(xié)助下，C Executor允許Husky開發(fā)一個(gè)包含行業(yè)術(shù)語(yǔ)的菜單驅(qū)動(dòng)前端。“我們認(rèn)為人們會(huì)喜歡它，因?yàn)樗鼈兛梢耘c之相關(guān)并快速學(xué)習(xí)。”他繼續(xù)說道，“如果我們不得不使用現(xiàn)成的軟件，客戶可能會(huì)在其他地方購(gòu)物。”

正如Mirra總結(jié)的那樣：“通過C-Executor，我們將高性能運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)與復(fù)雜多軸CNC的后代結(jié)合在一起，并使用易于使用的軟件工具。”這就是你如何使運(yùn)動(dòng)控制流行。