伺服電機(jī)控制系統(tǒng)在工業(yè)4.0發(fā)揮重要作用|PLC面臨淘汰
智能伺服電機(jī)控制驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在優(yōu)化機(jī)器配置和性能方面以及幫助實(shí)現(xiàn)工業(yè)4.0發(fā)揮著重要作用。由于制造成本上漲帶來的壓力，機(jī)器制造商們更愿意應(yīng)用工業(yè)4.0，使用更先進(jìn)的機(jī)器，從而減少人員開支、縮短開發(fā)時(shí)間。
工業(yè)4.0 相關(guān)的關(guān)鍵字是連接性，即在生產(chǎn)過程中所有參與者之間的連接。即使是還沒有應(yīng)用工業(yè)4.0的工廠也是如此。
連接性很重要的一點(diǎn)是，組件或系統(tǒng)至少要能與工業(yè)4.0的要求相兼容，當(dāng)然使用新的組件很容易實(shí)現(xiàn)，但是將所有現(xiàn)有的伺服電機(jī)控制系統(tǒng)都進(jìn)行替換并保證兼容性并不現(xiàn)實(shí)。因此各種設(shè)備的開發(fā)必須要能夠提供與工業(yè)4.0 系統(tǒng)的基本連接，而不會(huì)影響自動(dòng)化邏輯。連接性另一個(gè)重要的特點(diǎn)是可以與內(nèi)部和外部網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接和通訊，在整個(gè)伺服控制系統(tǒng)中，要能夠快捷和準(zhǔn)確地為運(yùn)行決策制定提供必要信息，因此對(duì)于關(guān)鍵數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性和數(shù)據(jù)總量的要求會(huì)越來越大。
基于這種需求，電機(jī)驅(qū)動(dòng)器及減速機(jī)傳動(dòng)部分的發(fā)展使制造商可以通過內(nèi)置的技術(shù)來配置各種功能，這些技術(shù)減小甚至完全消除了對(duì)于外部PLC 的需求，這是對(duì)上一代只能提供有限功能的傳動(dòng)所進(jìn)行的改變。
一、提供高效的控制手段
現(xiàn)代的伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)已經(jīng)足夠的智能化來實(shí)現(xiàn)位置位移和速度控制。實(shí)現(xiàn)這些功能就像用手機(jī)查看電子郵件一樣簡(jiǎn)單，并且可以越過PLC直接與整個(gè)控制系統(tǒng)和生產(chǎn)信息系統(tǒng)相連。工業(yè)4.0 帶來的另一個(gè)期望是，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)可以獲取機(jī)器功能和性能方面的數(shù)據(jù)，并向外界呈現(xiàn)這些數(shù)據(jù)。
例如在一個(gè)檢票進(jìn)出口閘機(jī)中，電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)可以直接將閘機(jī)的速度、位置、是否有異常等信息傳輸給檢票系統(tǒng)，還可以將有人試圖闖關(guān)等信息直接傳遞給警報(bào)系統(tǒng)等。
MOTEC出品可直接與檢票系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互的閘機(jī)驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品
先進(jìn)的伺服電機(jī)控制驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)制造商可以通過內(nèi)置的技術(shù)來配置各種功能，這些技術(shù)消除了對(duì)于外部可編程邏輯控制器（PLC）的需求。例如，目前最新的伺服驅(qū)動(dòng)器包括國際電工技術(shù)委員會(huì)（IEC）61131-3 可編程控制器操作系統(tǒng)。
伺服驅(qū)動(dòng)器直接與信息系統(tǒng)相連，也增加了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)響應(yīng)能力，中間不需要PLC在控制指令和狀態(tài)反饋之間進(jìn)行橋接，這也是工業(yè)4.0 的一個(gè)主要方面。去掉了PLC直接進(jìn)入到驅(qū)動(dòng)器，可以消除時(shí)間間隔，而且優(yōu)化了周期時(shí)間和產(chǎn)品的一致性。
現(xiàn)在驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)內(nèi)有了各種先進(jìn)的工具可供使用，目的是使沒有經(jīng)驗(yàn)的機(jī)器制造商編程人員可以訪問和使用這些功能，因此選擇正確的工具是很重要的。建議使用經(jīng)過試驗(yàn)和測(cè)試過的PLC功能塊，它們可以用在IEC 61131-3 標(biāo)準(zhǔn)下的PLC，甚至可以與梯形邏輯編程合并起來。
例如某駕駛模擬系統(tǒng)，應(yīng)用了MOTEC集成PLC的伺服驅(qū)動(dòng)，模擬軟件可直接通過總線與驅(qū)動(dòng)通信，相較于傳統(tǒng)的PLC，實(shí)時(shí)性更佳，控制也更穩(wěn)定，而且節(jié)省了成本（圖1）。并且使用梯形圖編程，使習(xí)慣于使用傳統(tǒng)PLC的工程師更容易上手（圖2）。
圖1
圖2
人機(jī)界面HMI是工業(yè)4.0的另一個(gè)關(guān)鍵組件。過去，在操作員和機(jī)器之間創(chuàng)建接口需要中央PLC和總線系統(tǒng)的介入?？偩€系統(tǒng)用于將機(jī)器關(guān)鍵的設(shè)定信息和變量發(fā)送到驅(qū)動(dòng)上去，并且將診斷信息和機(jī)器狀態(tài)信息重新導(dǎo)入到PLC中，然后顯示到HMI上。
雖然現(xiàn)代的總線系統(tǒng)也可以完成這個(gè)功能，不過它需要大量的編程工作，并且當(dāng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中包含所有所需信息時(shí)，它可能是不必要的。為解決這個(gè)問題， 許多驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)都包含創(chuàng)建HMI所需的所有工具。某些情況下，可能都不需要中央PLC，集成控制功能的驅(qū)動(dòng)器就可以直接進(jìn)行本地化的信息讀取。因?yàn)轵?qū)動(dòng)可以使用全范圍的輸入和輸出，以往它們一般會(huì)連接到PLC上，通過集成的總線工具和類似于MODBUS協(xié)議等通信標(biāo)準(zhǔn)。
必須控制的關(guān)鍵因素是設(shè)置和調(diào)試機(jī)器所需的時(shí)間。?智能驅(qū)動(dòng)器現(xiàn)在提供了許多工具，可以通過優(yōu)化軸運(yùn)動(dòng)和過程同步來減少啟動(dòng)時(shí)間。
這些快速啟動(dòng)工具的設(shè)計(jì)讓傳動(dòng)在機(jī)器調(diào)試的前期，甚至在機(jī)器控制軟件還沒有安裝到系統(tǒng)中的時(shí)候就可以動(dòng)起來。這樣只使用基本的IT 工具（如移動(dòng)電話或平板電腦）就可以快速簡(jiǎn)單地測(cè)試機(jī)器的機(jī)械性能。
智能的伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)可以參與主動(dòng)維護(hù)策略，因?yàn)樗鼈冊(cè)诠┴洉r(shí)可以與一套完整的、可以進(jìn)行關(guān)鍵預(yù)測(cè)性維護(hù)功能的關(guān)鍵工具整合在一起，將額外的編程工作量降到最低。
這個(gè)軟件可以實(shí)時(shí)持續(xù)地監(jiān)控機(jī)器性能狀態(tài)以及工藝狀況，包括通過分析溫度變化進(jìn)行的波形分析，以及檢查是否有反沖、摩擦增加或者過載等。如果出現(xiàn)故障情況，會(huì)生成一個(gè)代碼并發(fā)送到HMI上。如果發(fā)現(xiàn)關(guān)鍵問題需要機(jī)器停止運(yùn)行的，則可以在伺服驅(qū)動(dòng)器內(nèi)做出決定， 從而最大限度地降低生產(chǎn)損失和機(jī)器損壞的風(fēng)險(xiǎn)。
隨著人力成本、原材料價(jià)格上漲的因素，加之工業(yè)4.0對(duì)于設(shè)備的高效性、系統(tǒng)的柔性、可連接性等的要求，設(shè)備制造商需要使用越來越多的高性能、多種PLC來進(jìn)行設(shè)備的開發(fā)和制造，這不可避免地造成了設(shè)備成本的增加。而內(nèi)置控制系統(tǒng)的傳動(dòng)產(chǎn)品的出現(xiàn)，將會(huì)大大降低傳統(tǒng)制造商對(duì)于控制器的需求，同時(shí)減小編程的工作量。
工業(yè)4.0為智能傳動(dòng)提供了增強(qiáng)的處理能力以及改進(jìn)的功能性，這為制造企業(yè)優(yōu)化編程、生產(chǎn)以及維護(hù)帶來了更多機(jī)會(huì)。在許多情況下對(duì)PLC需求都降低了甚至不再需要了，因此可以在更短的時(shí)間內(nèi)創(chuàng)建更先進(jìn)的機(jī)器。
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