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2.3 运动控制的功能实现

运动控制的解决方案及实现途径有两大类:一种是驱动器本身集成了运动控制功能,驱动器既是驱动器又是运动控制器,比较适合于轴比较少的系统;另一种是运动控制功能的算法及控制完全由控制器来协调完成,控制器可以是通用PLC、运动控制PLC、专用运动控制器及集成运动控制软件的工控机等。

2.3.1 驱动器集成运动控制功能

随着科技的发展,CPU的处理速度越来越快,又由于驱动器的模块化设计理论,现在越来越多的驱动器厂家已将控制部分和功率单元分开,并且还集成了运动控制功能。一个控制单元(CU)可以控制多个功率单元,即一个控制单元(CU)可以控制多根轴,如西门子公司的SINAMICS S120伺服驱动器,1个CU最多可以控制6根伺服轴或矢量轴,而且可以实现轴之间的同步等较为复杂的运动控制功能,如图2-5所示。

图2-5 驱动系统

由于多个驱动器的信息都在一个CU里,如:电流、转矩、速度、位置以及各轴的控制信号和运动状态等,即在同一个CU里,可以快速地读写和处理与之相连接的各个轴的数据,于是大大简化了通过控制器完成轴与轴之间的数据交互,从而缩短了轴与轴之间、轴与外接信号之间的数据交互时间。对于数量较少轴之间的运动控制系统,尤其是对不超过3根轴的系统,既方便又非常实用。

由于这种应用具有快速、简便的特点,可以大胆地预测,在不久的将来会有越来越多的驱动器生产厂家将会考虑一个CU的多轴控制,并集成部分运动控制功能,这种运动控制功能很有针对性而且是开放的,有经验的应用工程师可以自行扩展和开发。于是可以缓解控制器因轴多而运行速度缓慢的压力,让控制器更多地承担一些协调、通信及边沿计算等与数字化相关的控制。

2.3.2 控制系统实现运动控制功能

通过控制器实现运动控制功能,要求每根轴和控制器之间通过高速网络进行数据交互,并且需要有等时同步功能,如图2-6所示。

由于所有驱动器的相关数据都在同一个控制器中,所以完成任意轴与轴之间的数据交互和运动控制关系比较容易,尤其对于轴比较多的运动控制系统。同时,由于所有轴都需要在同一时间段与控制器进行数据交换,而且数据传递的速度非常快且有等时要求,通常为1~4ms,有时甚至小于1ms,这就给控制器的性能带来很大的挑战。随着控制轴数的增加或等时同步时间的需求越来越小,控制器的性能必须大幅度提高,才能更好地向高端运动控制方向发展。

图2-6 通过控制器实现运动控制功能

随着科技的发展和智能化的需求,控制器处理数据的能力和速度将越来越快,同时控制的轴数也在不断增加,用控制器实现运动控制功能将成为发展的主流。 VNGPzZQipMYJQyPNvruY1Qj2nbeuhQDdFpFA9GiCMO/pIrwKiKxPCbcQZ6YFrHxa

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