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1.5 运动控制的发展

随着科技及计算机技术的发展,尤其是近年来网络的迅猛发展,为运动控制的高速发展提供了非常有利的条件。各设备制造商为了提高产品的竞争力和市场份额,越来越依赖于运动控制,由于运动控制在提高产品质量和生产效率方面有独特的优势,是其他控制手段很难达到的。随着智能制造及工业4.0的不断普及和推广,将给运动控制的发展带来巨大的机遇,未来的运动控制应该是与数字化及智能网络的完美融合。

对于运动控制的发展,不同的人有不同的看法和理解,本书主要从硬件、软件及控制功能方面来分析未来的发展趋势,这些仅代表作者的观点,供大家参考。

1.5.1 硬件及软件的发展

从硬件方面考虑,主要有以下三个特点:

1)模块化:运动控制器和PLC部分早已模块化,而变频器及伺服控制器,近些年也有模块化的趋势,尤其是中大型功率段。发展的趋势是控制单元与功率分开,控制单元为通用单元,而功率单元将根据不同的功率段来区分。I/O模块及编码器模块都是独立的通用模块,根据不同的需求来选用。模块化的使用为产品的制造和生产、应用选型、设备调试、更新换代、维护及服务带来很大的便利。

2)标准化:运动控制的标准化对产品使用厂商来说非常重要,尤其是硬件及网络接口的标准化,如果各产品提供商都按一定的标准制造电气产品,设备厂家在使用产品时就可以根据实际的需求来选择产品,既可以是同一厂商,也可以是不同厂商,由于是标准化产品,所以在某种程度上可以通用,为产品的调试和维护提供了方便。

3)网络化:网络化是运动控制发展的最基本条件之一,网络的高速发展将推动运动控制的发展,运动控制不但能够通过网络实现几十轴甚至几百个轴的几乎无偏差的同步,同时还能够将各轴的运行数据通过网络传递给上层网络及云端,人们可以通过各种App知道各类设备的运行数据,没有网络是无法想象的。

从软件方面考虑,主要有以下三个特点:

1)快、准:这是运动控制本身的特点,快速响应及精准控制是两个最基本的条件,尤其是对高速运行及多轴设备的控制更为重要。快是效率的象征,准是精度的体现,既是运动控制标志性的特点,也是智能制造及高端制造所需的。

2)实时性:是指令发出后在很短的时间里做出反应,这个时间越短越好,让实际值能够实时地无限接近设定的指令,于是才能保证系统对设备在运行过程中出现的转矩、速度或位置的变化做出快速响应。

3)自适应:系统能够根据负载的变化自动地做出反应,并且能够自动地调节各特征参数并很好地适应负载的变化,这一点非常重要。由于在运动过程中,负载总是在不断地变化,如负载的重量、加减速时间等,这就要求运动控制有自动适应负载变化的能力。

1.5.2 运动控制功能的发展

随着智能制造和数字化概念的引入,运动控制的功能将会发生很大的变化,除了传统的最基本功能外,应充分考虑用户的体验,这里的用户既包括专业运动控制工程师,也包括设备制造商和设备使用方最终用户的非专业人士,他们的需求和认可将会推动运动控制在控制功能方面的发展,主要表现在以下三个方面:

1)定制化:随着人们生活水平的不断提高,人们对产品的需求也在不断的变化,很难出现一种产品适合所有人,这就需要同一种设备根据用户差异化的需求生产出不同的产品。当把生产效率作为一个重要的指标衡量时,在生产不同产品时能够快速地切换,甚至只需要通过菜单的选择就能够实现。数字化与运动控制的结合能够很好地解决这一问题,西门子公司在这方面已经有了很多应用案例,如:酒瓶瓶身图案的丝网印刷,同一个设备通过菜单选择不同的瓶型,就可以方便、快捷地实现不同瓶型的丝网印刷。

2)多样化、软件化:由于科技和计算机的迅猛发展,出现了大量的算法软件,更多地借助于算法软件实现多样化的控制功能,根据物体运动轨迹的描述,算法软件会自动地计算出最佳的实际运动控制轨迹,完成复杂的运动曲线的计算。如果完全依赖人工计算画出这些运动曲线是很难想象的。近年,西门子公司推出数字化双胞胎项目,借助于MCD和TIA博途等软件进行虚拟仿真,在设备实际安装、调试之前就可以完全仿真真实设备的动作,从而大大缩短了产品的开发周期,提高了生产效率。

3)协调性、同步性:通常的运动控制都是多轴控制,一台设备会有几根轴到几十根轴,对于很复杂的设备,甚至会有上百根轴。它们的运动需要相互协调,有一定的同步性,有时是相互之间动作时序的要求,有时是速度或位置上的同步,有时要求转矩同步。随着高端制造的发展,高端产品的生产特别强调轴之间的协调性和同步性,这对产品的质量是至关重要的。 7rzaXNU9fXNxKMFwhpTLJ6q1UG05Tee4DbkO1qJTUiK87fE1Bnsp0oVLrBC48zNH

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