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伺服与运动控制 |
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绕开运动控制的误区 |
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作者：丹纳赫传动 Chris Radley |
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打造一个成功的运动控制项目最紧要的是深入理解你的具体应用中的机器需求和技术规定。工程师们很常见的错误就是一下子钻入工程组态细节里，研究准确的运动轨迹或者转矩要求。但是忽视了很多迫在眉睫的其他因素，影响了有效的工程组态。例如解决系统集成问题、项目管理以及决策技巧等等。为避免运动控制中的失误，需要将工程和管理方面很多技巧带到应用中来。
没有完全理解机器需求，未作出周密的运动控制方案
这种基本错误源于对具体用途的机器未作深入详细了解。不知道机器的运动形式，也不了解转矩和通信的要求，这样选择的硬件和软件都不会适合需要。没有实施计划匆忙上马，安装调试等步骤只会延误时间，增加成本。等到工程师发现装上了滚珠丝杠，但需要直线电机来满足速度需求的时候，那就麻烦了——需要大动干戈，重新设计。这就应了那句老话：“没有时间把它做对，咋有时间把它做好”。
忽视最佳性能的集成要求
在这方面，很多工程师认为实现系统集成太麻烦，不如选些好的部件装上完事。选择好的执行器作为硬件是不错，但在高速运转时发现电机好用而执行器运作不正常怎么办？要根据机器需求认真审查各个部件，确保他们组合以后能够发挥机器规定的性能，而且整机好用。一般来说，如果工程师们采用单一厂家的产品，而且与厂家配合紧密，整机应该没有问题。如果有多个供应商，工程师的任务就繁重了。他们应该保证整机在具体使用中发挥效益。
选择方案之前忽略了系统各种可能选项
这是指忽略了各种可能选项而直接选定一种方案，会造成不顾需要买入过于好的设备，例如可用普通感应电机／驱动系统的地方而购买了伺服电机；也可能是买入达不到设备要求的产品，如买了步进电机而实际需要伺服系统。还有的时候，工程师选择的方案限制了机器能力，原因是他们选择的厂家不能提供全面的解决方案。
举个例子来说，在应该配用高效直接驱动解决方案的场合，选择了常规电机带动机械执行器。因此，应该审视一下机器上的每根轴，问问自己那根轴的需求是什么，如何满足它达到最佳性能而又不超限。询价阶段可找多个厂家听听他们的不同观点，每根轴都要多做分析，避免片面听信一家的方案或者产品。
不知道何时选择最优产品和单一供应商的全系统
在只有基本性能需求，又缺乏工程资源来集成解决方案的情况下，挑选最优产品的做法很可能会造成潜在的兼容性问题。这种选择最优产品的方法往往是从某家买了最好的电机，又从其他厂家分别买了最好的放大器、最好的控制器以及最好的机械部件等等。如果你自己准确知道所要达到的性能要求，并准备提供相应的资源来选择和集成这些部件，这也可能是一个成功的解决方案。
如果只考虑应用的性能而不管成本，你是可以这样做的。但是在另一方面，如果你期望的是一个基本的解决方案，那么你也可以求助于一家单一的供应商，因为你能够确认其部件能够匹配良好。总之，最终取决于你期望达到什么目的和结果。
只看价格不顾性能
关键是要遵循工程组态过程规律。应该先把系统的规格要求弄清楚，选择最佳部件后，再同厂家进行艰苦的价格商议。不要先定下价格框框，依次选择部件。一旦用后一种方法，是非常冒险的，如果系统不能按要求运转，最后还要花费许多的时间和金钱进行修理。事实上，有生意做的时候，供应商通常会尽量配合协助顾客，当然，当你先选了最低价位产品后，又对厂家说“达不到我所需要的性能”时，厂家可能会说“你选的产品不对，我能帮你解决问题，但是价格就没办法谈了”。
选择性能高于应用需要的产品
前面叙述了只看价格的错误，还有只买最新科技产品的观点。30年来舆论一直说要淘汰直流驱动，可是，实际上直流调速电机还有用武之地。随着时间推移具体应用可能会摒弃某些技术，采用不同的技术，但是，实际上，除非最新技术确实能为设备制造和/或顾客带来真正的效益，否则没有人会采用这些先进技术。
误解机械动力学对运用控制部件的作用
选用最佳运动控制部件并不能确保成功。各种机器连接了运动控制部件以后改变了动力特性（摩擦、惯量、柔性、电气噪声等），反过来影响且表现为运动控制系统问题。不了解这些，会使整个系统越来越贵，越来越糟，直至失灵。
其中一个重要因素就是柔性问题。我们多次经历这样的事例：人们设计好机器，选了昂贵的部件，又买了强劲快准的伺服系统。用柔性联轴节连接电机，早把传动设计准则扔到九霄云外去了。最后用户生气地喊道：“我们怎么调试这台机器也不干活”。
我们找来了有关的工程师检查发现有些事情不对。电机能力高于设计要求，应该没有问题。再来检查电机和负载之间的联轴节。重新调节系统柔性后系统速度又上不来。这些教训迫使我们反思：“自己真正了解这台机器码？各个部件如何集成的呢？”。
低估电缆的重要性
一些工程师认为电缆不算控制系统的重要部分，顶多就是连接元件的几根电线。有时工程师努力了解机器，选配控制器、驱动单元和执行器，却忘记了电缆。其实电缆也是运动控制方案的组成部分，不符合相关标准（NEC，U，CE）也不行。电缆弯曲超过材料或设计要求，材质不当、屏蔽绝缘不好，都会给系统带来隐患。
很多运动控制系统的电缆属于用户自己选配（屏蔽和绝缘特性）安装的。如果移动电缆带有一定轴向或者扭曲负荷，那么电缆就很重要了。屏蔽处理不当可能带来电气噪声。系统无法启动可能存在电器噪声问题。系统表现异常，出现很多怪事，最后只好求助维修服务了。
高质量电缆不一定很昂贵，但在小电机体系里有时电缆会比电机贵。有人会感到很奇怪，但实际经常是这样。如果仔细审视具体的使用场合，不难找出降低电缆成本的途径。很多用户都是等到最后才开始选择订货电缆，忘记了电缆也是整个机器设计中的组成部分。
Chris Radley, 丹纳赫传动（Danaher Motion）高级产品经理
数字运动控制网络之市场选择
作为全球领先的运动控制产品制造商，丹纳赫传动（Danaher Motion）始终以帮助客户更快地制造出更好的机器为己任，通过不断地技术传新，提高复杂制造作业的效率及生产率。以下，就目前运动控制网络的市场动态进行分析，并对Sercos和SynqNet做一对比，供广大厂商参考。
Sercos
Sercos (Serial Real-time Communications System的缩写)，是一个以光纤为传输介质、16Mbps速率的网络通讯协议，主要针对自动化系统中的多轴运动控制系统而设计，自1989年向国际标准组织（IEC）提出申请以来，已发展到了SERCOS第三代（Sercos III）。
目前，来自行业分析师的信息表示，罗克威尔自动化（Rockwell Automation）公司的新产品开发正在脱离SERCOS，转为青睐于Ethernet IP作为未来应用开发的核心协议，与此同时，该公司所采取的公共策略也证明了这一变化。
Rockwell定义了Ethernet IP工业协议，而且是Ethernet IP控制器、I/O 产品、人机界面产品和驱动器的主要生产商。Ethernet IP是一个性能较低的通讯协议，其循环通讯时间为10-100ms， 同步时间大约为10μs 。Rockwell 公司将不太可能开发基于SERCOS III的产品与服务， 但会继续支持基于其专有SERCOS II的平台。这样，Bosch Rexroth 公司就成为支持SERCOS III 协议的最后几个大厂商之一。
最近Nyquist 公司被Bosch Rexroth 公司并购这一事实，让人不得不相信SERCOS III将成为Nyquist 公司未来1394 "FireWire"实施的重点举措。目前，Bosch Rexroth已拥有两种SERCOS III 试验产品和一个SERCOS II 移植接口以及来自Automata 的一个开发控制器。迄今尚未进行现场安装。
SynqNet
与此同时，SynqNet自从在Semicon West 2001 半导体设备与材料展会上首次发布以来，已有超过142,000 个轴进行了现场安装。可以说，这是在运动控制领域内被用户采用率增长最快的数字协议。
SynqNet 基于IEEE 802.3 标准，且采用行业标准部件，是专为满足高性能运动、驱动以及I/O 集成等众多应用的需要而设计的。其结构允许进行灵活设计，并可以提供各种定制选项。目前，在全球范围内向大中型OEM 供货的丹纳赫传动（Danaher Motion）、Yaskawa Electric以及其他七个驱动器和I/O 产品供应商，都为SynqNet 解决方案提供支持。
SynqNet 的未来基于向标准千兆(500Mbit/s x 500 Mbit/s) 以太网物理层的集成， 以便增大带宽，同时保持向后的兼容性。丹纳赫传动（Danaher Motion）仍将致力于同新的和现有SynqNet 供应商合作，提供完整的运动控制解决方案。SynqNet 是完整的运动控制解决方案中的一项关键革新技术，它将继续向各种垂直市场和应用领域渗透。
综上所述，革新的编程与调节软件、全球服务支持、使用简便、性能高超、全面定制、且架构灵活，所有这些都使SynqNet与基于Ethernet 的其他协议不同。不仅如此，SynqNet已经完成的安装数量也证明了SynqNet 的成功及未来的发展潜力。运动控制网络比较表
 原载《DESIGN NEWS China》(end)
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| 文章内容仅供参考
(投稿)
(7/8/2006) |
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