近幾年,國內的工業自動化領域呈現出飛速發展的態勢,國外的先進技術迅速得到引入和普及化地推廣,其中作為驅動方面的重要代表產品的伺服己被廣大用戶所接受,在機器革新中起到了至關重要的作用。精準的驅動效果和智能化的運動控制通過伺服產品可以完美的實現機器的離效自動化,這兩方面也成為伺服發展的重要指標。
新一代精準伺服產品
所謂精準,是指通過伺服驅動后所達到執行效果和目標設定的一致程度高,控制精密性好。要達成這樣的結果需要在執行裝E (電機)和驅動裝I (驅動器)上做到針對性地設計和制造。日本橫河公司的DDM產品是具有這樣特性的非常典型的產品。
●間隙誤差被消除
普通的傳動機構由于有減速機、聯軸器、齒輪、皮帶或絲杠等中間環節,間隙誤差是肯定無法避免的,尤其是對于長時間運轉所造成的機械磨損更是無法補償。DD馬達恰恰能很好的解決以上的問題,由于DD直接驅動的安裝方式(圖1),誤差被減為最少;而且它的伺服特性也可以隨時修正誤差,達到最理想的控制精度。
●高解析度和高定位精度
DYNASERV DD馬達選配的編碼器分辨率很高,DM1B-045的解析度為655.360PPR DM-A系列達到4096000PPR) ,電器控制精度高,已經超過普通伺服的控制精度1個數量級。由于制作相當精密,最終的精度控制一般可以達到2s以內。
●高剛性,結構緊湊,使用效率高
DD馬達的剛性很強,與負載結合后特性很硬,對于其驅動器要求更高。最新型的DYNASERV驅動器可以提供在線增益調試和共振濾波。馬達中空獨特設計不但減輕,了自身慣量,也給客戶提供了更多的安裝形式。組合后的機械結構會更加緊湊,使用效率比較其他方式最高。DD馬達的相對轉速比較低,額定轉速基本在60~240r/min之間,但是這里的轉速是最終在轉臺上的轉速,相對比普通伺服+減速機的構架,在最終轉速上也是非常有優勢。在保持轉速的同時DO馬達保持了高的輸出扭矩,由于采用永磁定子,因此在額定轉速內橫河DD馬達的扭矩輸出曲線能夠保持平滑線性特性(圖2)。
所示橫河的GIII驅動器采用了I-PD控制方式,同樣帶寬的電流環,采用I-PD控制的GIII驅動器達到10Hz帶寬的位置環,與傳統的PID控制方式相比,減小了2.5倍的速度帶寬。這個特點決定了馬達的高剛性(位置帶寬)。
在應用上,橫河DOM產品也是處于最先進地位,涉及領域有不干膠印刷機行業、LCD 生產線、DVD/CVD生產設備、IC檢測設備、半導體制造設備、電子制造設備等產業機械的多個領域。
不干膠商標印刷機采用平壓式結構設計,主要完成工藝:送紙,印刷(二次套印),壓凸,燙金,裁切或收卷,計數。印刷速度60-180次I分鐘。- -次印刷測定值<0.03,二次套印測定<0.035 (統計值)。DD馬達主要用于驅動輥的拖動,由控制原理圖4所示,1次印刷時單軸控制器。
SPC007控制DO馬達的行走長度和速度,印版上下印色:二次套印時,色標傳感器掃描Mark點,通知SPC007以追Mark模式控制DO運動,印版上下套色。行走距離和速度的設定可由上位指撥開關或人機界面來完成。比較舊型機種,節省了人力,尤其針對套色問題,完全是由控制器來完成。避免了機械誤差所造成經常作機械調整的工作,大大提高了工作效率。并且維護簡單,設備安全性好。橫河D馬達最大的行業應用是LCD、半導體關產業,圖5是在劃片機的應用,圖6是在IC分揀機的應用,同樣也用到了DD馬達的高精度,高剛性以及直接連接結構簡單,精度壽命長便于維護等特點,目前在國內有比較大的市場。
新一代智能伺服產品
智能化是指伺服產品可以做智能地驅動和控制。驅動器的驅動能力、控制效果、編程再開發性以及和上位控制系統信息通訊開放程度是衡量該驅動產品智能化的基本指標。從模擬式的可控硅驅動電路搭接的簡易模塊到現在全數字式的交流驅動器,短短十幾年的時間驅動器的革新從未停下腳步。下面通過對以色列E 1mo驅動器的介紹讓國內更多人熟悉世界上最先進的發展方向。E1mo的驅動器在設計上強調“主動”的觀念,采用自主開發的芯片電路,使整個處理過程始終保持在平穩的過渡中。對比傳統的RC“被動”的轉換方式,啟動和關斷時電流沖擊和損失將大大降低,可以實現非常低的EMI。E1mo所生產的各種驅動器(用MOSFET還是IGBT的驅動器),均可實現快速有效的功率轉換,能耗損失不超過3%。在能量消耗方面E1mo公司提出了熱能管理的觀念,強調能耗低損失的同時,熱能也可以得到有效的釋放.其獨有的陶瓷貼裝的散熱技術,可保證100%的熱導出。
為了快速,強有力的融合馬達和驅動器,E1mo公司推出了S1mp1IQ技術(圖7),具有多種反饋選擇編程能力,和標準的信號監測技術,優良的運動控制技術,簡化了控制過程,使機器在理想狀態下工作。E 1mo驅動器擁有獨特的高級位控制功能包括點到點運動、PT(位重時間表)、 PVT (位f速度時間)、ECAM(電子凸輪)、位跟隨脈沖輸入、雙回路、快速事件捕捉、快速輸出比較L0C」、事件捕捉式中斷、事件觸發式編程等。同時在在高級濾波和增益預定模式下E1mo驅動器也是獨特設計,包括非工作狀態下的速度和電流增益設定、速度位置的PIP控制、自動整流調制、自動電機相位排序等。通訊方式支持RS-232、CANopen DS -301 ,DS-402。
E1mo的控制器Maestro是一款基于網絡的多軸運動控制器和監控器,通過它配合E Imo自己的智能型驅動器使用,可以完成許多復雜的多軸運動控制。用Masetro和S im1eI0驅動器所構建的運動控制網絡是基于分布式運動控制網絡構架。同時支持同步運動控制、順序運動控制、多軸運動記錄和分析工具、多軸應用開發系統。通過直接訪問以太網完成各軸的調整、監控和通常的分析。在航天、醫療、包裝等產業機械, E1mo驅動器由于其自身特點,也得到了廣泛的應用。圖8中兩個E 1mo驅動器輔助反饋相連結,從軸跟隨主軸,完成ECAM功能,不需要控制器,就可以完成需要的運動控制。圖9為繞線機的應用,其中一臺跟隨編碼器,完成ECAM功能,另兩臺驅動器有-臺作為主,另一臺作為從,完成ECAM功能,因此在不需要控制器的情況下就可以完成繞線機的運動控制。
結語
精準的定位和智能控制今后還會向深入的方向發展,機電- -體化的結構革命和驅動與控制的相互滲透在今后的幾年中將成為主導市場的新的趨勢。天津羅升企業有限公司也一直在致力于此發展方向,推進國內工業運動控制先進先進產品引入與推廣,逐漸國內也將會有部分產品(電機驅動方面)接近國際的先進水平,在世界領域占有一-席之地。