正在蔚然兴起的机械设计革命
我们可以从很多行业来关注运动控制技术的应用,例如:在印刷机械里B&R为客户开发了基于自动套色技术的无轴传动凹版印刷机,为粗纱机提供了“四电机传动粗纱机”技术,为注塑机行业提供了“全电动住宿机”的应用,而在包装行业,热膜包装采用了多个伺服轴的应用,其它的众多的行业里,我们正在发现伺服驱动技术正在更为广泛的应用,浆纱机的“七单元传动”、婴儿止尿裤生产线的无轴传动技术、报纸印刷、瓦楞纸开槽印刷、全伺服的包装机、化纤纺丝线。
这一普遍通用的技术被命名为很多种,有的叫作“无轴”,有的叫“电子轴”,有的叫作“全伺服”、也有的叫“数控”,其实,严格意义来说,这些都可以统称为“独立驱动技术”-采用独立的驱动单元进行传动,取代传统的机械齿轮箱、涡轮蜗杆机构、凸轮盘应用。
什么是好处?
1.更灵活的生产-其实,在采用独立驱动之前的机器,为了换单付出的工作量是很惊人的-例如:经编机若采用电子横移ELS系统,它的链块调整将被取消,而无需复杂的机械链块的耗费时间的调整,而胶装系统呢?在采用了伺服系统的调整后,很多原来依赖于人工的调整(耗费时间,并且依赖于经验)将被降低,这样即提升了效率,而且能够提高质量,“按需生产”得以真正实现,很多事实证明,独立驱动最大的意义就在于更为灵活的生产能力,能够满足快速的换单需要。
2.维护成本节省
传统的机械组件容易磨损、这会影响生产,经常的维护,这无法保证质量的稳定与可靠,而采用独立驱动技术的机器,可以考虑伺服为刚性的连接,因为电子系统具有自动补偿能力,可以消除机械间隙造成的质量偏差。
3.效率提升
采用伺服系统的机器设计显然都是高于原有机械系统的,这是因为伺服具有更好的升降速能力,高动态响应能力来满足在高速时的稳定可靠运行。
独立驱动技术技术基础
运动控制理念-数学模型关系的建立,运动控制在这里被理解为一种运动关系,依赖于某个虚拟的主轴(这个虚拟的轴可以是一个实际存在的轴,或者是一个编码器,也可以是一个模型),所有的机械系统的运动关系是关联的(当然在一些应用里是运动关系是顺序逻辑的,或者独立离散存在的-但是这种情况较为简单,并不说明),而运动控制在B&R被理解为这种关系的模型建立,轴和轴之间的速度和位置实际上是可以建立一个相互的关系的,这个关系一旦建立,那么系统将通过轴与轴之间的数据交换来实现其同步关系,这种同步可以是电子齿轮形式的1:1:1或1:0.92903(任意值可以被设定-取代传统的机械齿轮关系)或者是电子凸轮CAM的关系,我们都知道,所有的控制问题可以被归结为数学问题,即理解为可建模的数学关系,因此,两个轴之间的速度比关系就是一个数学问题,曲线关系也是数学问题,那么当这个模型被建立后,就可以稳定的通过通信来维持这个关系,这里,实时的通信技术至关重要,Ethernet POWERLINK技术保证了这一点。
实时通信技术-速度并不重要,确定性更重要,在运动控制里对于通信的要求是极为苛刻的,这也是为什么实时通信总线会被开发的原因,因为,轴和轴之间的关系绑定后,需要通过通信交换数据以确保两者之间是依然维持这个关系的,Ethernet POWERLINK通过可以实现直接交叉通信来确保任意两个轴之间可以直接的通信来维持相互之间的关系。
化繁为简的实现
其实,听上去很复杂,数学模型和速度位置绑定关系-但是,其实实现起来并不复杂
所有的运动控制关系被分解,或者整个机器的运动关系被分解的话,最终会被分解为直线和曲线问题,这使得运动控制变得简单,在B&R的运动控制设计里,所有的机器的传动过程被理解为状态State的切换,从直线的电子齿轮比关系到一个曲线关系,再从一个曲线到另一个曲线,或者到另一个直线关系,这就变得简单了,只有两种不同的状态,每个状态设定好曲线的关键描述点,ACOPOS驱动器会自动计算,如何使得状态的切换最为平滑,降低机械冲击?如何为这些过渡进行补偿?都被驱动器自行的进行了优化,给出两个点,之间的曲线怎样才能光滑?这就是ACOPOS的魅力。
这种状态的切换也很灵活,可以是外部触发逻辑的或者是内部的软逻辑,或者时间触发,或者伺服的角度触发均可以轻松实现,那么,这样的话想要描述一个复杂的变化曲线在这里就变得易于实现了,与传统的脉冲或模拟量方式的运动控制而言,这种控制理念提供了更大的可能性和灵活性设计,非常的自由,无论多么复杂的运动在这里都可以轻松的实现。
智能在这里得到了体现-你无需知道它是如何去实现这个补偿和切换的,而你只要关心你的机器想干什么?你希望满足的工艺过程是怎样的?如何能够设计更好的过程提升产品的加工质量和效率,如何设计工艺来节省材料,这些机器更为价值的设计留给了工程师,而至于内部如何实现,那是驱动器的事情。
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