对运动控制而言，应用程序给数字总线带来了可靠性

2010年04月15日13:06:05 本网站我要评论(2)字号：T | T | T

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旋转头切割机将对钢管和钢筋储备切割成薄片，广泛地使用数字运动网络进行诊断。

作者:Dan Hebert - PE高级技术编辑

挑战:
在自动化技术成熟之前，我们对标准规范、预测性能和假设的成本开支进行了讨论。在发展阶段，设备制造商、机器人制造商和系统集成商通常不会正眼相对供应商，主要因为供应商正在招揽几乎无真实世界应用实例的利益来支持其主张

解决方案:
如果任何自动化组件没有像运动控制器一样需要具有广泛布线的需要。从中央控制器到运动控制器的离散信号可以包括启动、停止、复位、表引用指针和其他信号。典型的模拟输出典型上包括了是速度设置点和模拟类型。

"常规标准允许客户对每个任务选择较佳机动控制器，随着数字化网络的分布式控制发展，驱动器不仅需要交换相关控制数据，而且需要传输状态信息和设置参数。只需改变配置，客户就可以改变连接到控制器的电机类型，例如从感应到永磁伺服电机。"

在自动化技术成熟之前，我们对标准规范、预测性能和假设的成本开支进行了讨论。在发展阶段，设备制造商、机器人制造商和系统集成商通常不会正眼相对供应商，主要因为供应商正在招揽几乎无真实世界应用实例的利益来支持其主张。

这描述了2007年数字运动总线的情况，当时相对而言几乎很少有运动总线的应用存在。两年之后，情况发生了巨大的变化。尽管在行业标准方面还有混淆，但关于利益和成本的争论已经基于应用经验而具体化。

这种情况造成了设备制造商、系统集成商和供应商间的一致意见。如今与硬电线连接方式相比，大多数人都认为数字总线能节省资金和提高性能。还有一个普遍一致的共识，即尽管数字总线实现起来不会像早先的一些先驱技术那样困难，但这些利益也不会轻易到来。

经历 AutomationXchange

在过去两年的每年5月，来自领先设备制造商的机械自动化专业团队为了一系列战略，已经与领先方案供应商面对面约见，一对一会议旨在向OEMâ€™提出较迫切的需要。欲了解更多关于邀请信息的事件，请访问AutomationXchange.com，或联系项目负责人Andy Wuebben。

连线无处不在

如果任何自动化组件没有像运动控制器一样具有广泛布线的需要。从中央控制器到运动控制器的离散信号可以包括启动、停止、复位、表引用指针和其他信号。典型的模拟输出包括了速度设置点和模拟类型。

从运动控制器到中央控制器，离散信号可以包括总警报、警报代码、执行和位置完成。典型的模拟输入包括了实际速度、扭转力和其他基于信息的值。

“与硬电线连接方式相比，数字总线节省了资金和提高了性能。”

20根电线和电缆可以运行在中央控制器和运动控制器间。将电线数与单个机器或机器人或手持材料系统中运动控制器的个数相乘，电线需求迅速，令人望而生畏。

进入数字运动总线时代后，一根电缆就可以取代大量硬电线——这对简化系统来说是个很好的功能，但几乎对具有许多运动控制器的大型和复杂机器是必需的。

连线消失

“在更大型的运动控制系统中，设备间的数字总线是进行通信的一种较佳方式，硬电线将会导致不必要的复杂性或与灵活性相比，其需要更多的I/O端口，”位于阿拉巴马州伯，明翰先进机械自动化公司电气工程师Jason Woyak说，“基于数字总线传输的十足数据量优于硬电线。

先进机械自动化公司制造了大量各类机器，包括印刷机、送料机和堆垛机。它还建立了定制机器，范围从台面锯床机器或灭火器灌装站到货车车轴粘合机。

某个供应商关于布线开支的意见与Woyak观点一致，还引用了其他原因走向数字世界。“在有连接设备的系统中，多点数字接口如以太网，比点对点布线方案具有更低的生产成本，” Delta 计算机系统公司 (www.deltamotion.com)的市场部经理Bill Savela说，“数字网络需要的连接更少，具有更好的可靠性。因为每个电气接触点都可能是一个潜在的故障点。当硬件问题确实发生时，相比与那些使用点对点或模拟连接的系统，基于网络的系统更易于调试和修复。”

运动网络所解决的维护问题对设备制造商特别重要。位于北卡罗来纳州，格林斯博罗的系统集成商，集成运动公司的工程部副总裁Jim Mullins指出，“走向数字化导致布线的减少，产生更高的MTBF(平均故障间隔)，因而有更少的故障点”。

集成运动公司设计的众多系统使用B&R工业自动化公司的组件。毫不奇怪的是，当数字总线带来利润的时候，集成商和供应商都站在同一战线上。“用数字总线取代机器控制器、运动控制器和驱动器中的硬电线控制电路将大大减少布线，排除潜在的错误故障点和增加抗噪声性能。” B&R公司自动化技术部负责人Robert Muehlfellner说。

特征比比皆是

当硬电线系统发生故障时，寻找问题的根源可能是一个真正的挑战。对于许多厂商来说，走向数字化的主要优势是具有更好的诊断。“随着我们数字化网络的发展，在操作台上的诊断变得很显著。” 位于俄亥俄州，梭伦的Bardons & Oliver公司工程部副经理Rick Moscarino宣称。

Bardons & Oliver公司制造数控车床和旋转头切割机（如图1），也是机器人集成商。Moscarino说：“应用程序状态，包括发送机负载、速度和警告消息都在很容易地被操作人员掌握，调试更加直观，为终端用户和OEM厂商节省了时间和资金。较重要的是，该诊断信息能被集成到控制系统中。”

设置可能是消耗时间的，Moscarino解释说：“但是我们技术员都经过培训，由于他们具有一定的经验，这已经成为了次要问题，在场地发生故障的情况下，重新启动已经相当简单，我们通常可以通过电话来支持终端用户。”

EtherCat技术集团 PE,PMP,北美代表Joey Stubbs对数字运动控制网络的其他诊断优势给出详述。“随着数字接口的发展，控制系统可以定期监视每个内部寄存器，以显示温度、电流、故障代码、总线电压、编码器故障和电线中断，”Stubbs说，“可以检查如制造商、固件修订号和序列号等信息，以确保交换组件与合适的替代品交换。”

另一个供应商认为： “随着数字化网络的发展，驱动配置和维护可以通过主要控制器直接管理，”Rockwell自动化公司Logix运动市场部经理Robert Hirschinger说：“这有助于支持目录数字配置和减轻驱动固件更新。在控制器级上可以得到大量的驱动诊断和状态信息。具有大型网络驱动的OEMs 厂商从单个连接点易于监视、维护和配置这些信息。

现代高性能的数字网络通过板卡传递功能。Yaskawa 美国电子运动应用工程部高级经理Bill Faber说，“在应用中，运动总线使控制类型更加灵活，如伺服放大器中关闭所有循环的能力，包括计算、扭转、速度和位置。一个OEM厂商现在可以使用机器控制器提供轨迹，具有较高的性能。因为当今的伺服放大器提供极高的带宽，还有先进算法，如自动振动抑制和自适应调整。”

分布式控制

对于许多厂商来说，数字总线优于硬电线的较大优点是它使分布式控制成为可能。分布式控制系统可以使用运动控制器来执行许多局部控制功能，还有机动车速度的闭环控制。用许多运动控制器提供的数字和模拟I/O实现功能。这些先进控制器不仅有I/O，它们还包括局部实时控制的编程功能。

在主要控制器、运动控制器、其他类型远程控制器和远程I/O间使用高度数字化网络进行连接是可能的。分布式控制的强大形式使硬布线降低到较低限度。

尽管用硬电线，而不是用数字网络来实现分布式控制也是可能的，但实际上，这没有任何意义。分布式网络需要在控制器和I/O间不断地与大量数据通信。通过数字运动总线很容易实现，但用硬电线实现是很困难的。

位于马萨诸塞州，富兰克林的Speedline科技公司，负责制造印刷电路板组装的自动化处理机器，包括焊膏打印机、材料饮水机、微波炉和清洁机。

其模具打印机和饮水机通过CANopen总线协议实现分布式控制。每个机器至少有15个运动轴和50个I/O口。I/O 口主要是数字化的，与几个模拟点混合。一台电脑提供监督控制，在每个轴上有一个智能运动控制器。约15个左右CANopen使能运动控制器处理局部运动控制和I/O接口。如果需要，向运动控制器提供额外的CANopen总线I/O模块。

“智能控制器允许我们以局部程度对实时集中任务进行控制，以减轻主机电脑上的负担。”Speedline公司主电气工程师John Klauser解释说。

数字化网络的分布式控制通常需要对来自不同厂商的运动控制器进行混合和匹配，以较大限度地提高性能。美国国家仪器 DAQ/视觉/运动产品部经理Christian Fritz指出：“常规标准允许客户对每个任务选择较佳机动控制器，随着数字化网络的分布式控制发展

对运动控制而言，应用程序给数字总线带来了可靠性

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