極限競爭下的機(jī)器 ——快速響應(yīng)的運(yùn)動控制

文:/貝加萊工業(yè)自動化(中國)有限公司2025年第五期

摘要:機(jī)器的速度和精度,總是一對矛盾體,因此,為了解決這一矛盾就需要不斷地降低系統(tǒng)的采樣和控制周期的時間,此所謂“天下武功,唯快不破”。而伺服驅(qū)動系統(tǒng)的更快響應(yīng)速度,就能為更高精度的加工提供更強(qiáng)大的響應(yīng)能力。


過去的20年里,貝加萊所經(jīng)歷的客戶行業(yè),其機(jī)械速度都在不斷的提升,也陪伴著中國制造業(yè)的強(qiáng)勢崛起。表1中,顯示了作為參與者所見到的這種變化,雖然速度僅僅只是衡量機(jī)器性能的一個維度——但是,速度的提升會帶來眾多的控制難題需要解決。
對于高速機(jī)器而言,“失之毫厘差之千里”,在高速、高精度的制造業(yè)里,電氣傳動控制的水平?jīng)Q定了機(jī)器所能達(dá)到的水平。為此,貝加萊的運(yùn)動控制ACOPOS家族一直在這個過程中扮演著默默卻舉足輕重的角色。

1 50μS響應(yīng)能力
早在2014年,貝加萊推出的ACOPOS P3系列伺服驅(qū)動器,就以50μS的位置環(huán)響應(yīng)速度而在伺服驅(qū)動業(yè)界達(dá)到了一個新高度(圖1)。
機(jī)器的速度和精度,總是一對矛盾體,因此,為了解決這一矛盾就需要不斷地降低系統(tǒng)的采樣和控制周期的時間,此所謂“天下武功,唯快不破”。而伺服驅(qū)動系統(tǒng)的更快響應(yīng)速度,就能為更高精度的加工提供更強(qiáng)大的響應(yīng)能力。
貝加萊ACOPOS系列伺服驅(qū)動器內(nèi)置的SPT智能路徑技術(shù)(圖2),能夠?yàn)轵?qū)動系統(tǒng)提供本地的任務(wù)編排功能,運(yùn)行在驅(qū)動器內(nèi),確保了驅(qū)動器無需主站協(xié)調(diào)的高速響應(yīng)能力。
同時,SPT智能路徑也是可以被以拖拽的方式進(jìn)行編排的,這對于用戶而言,令到復(fù)雜的運(yùn)動控制也會變得更為簡單的實(shí)現(xiàn)。
2 ACOPOS系列的分布式智能架構(gòu)
與市場上很多采取集中式控制架構(gòu)的運(yùn)動控制系統(tǒng)不

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同,ACOPOS系列伺服驅(qū)動具有強(qiáng)大的本地智能功能。對于ACOPOS系列而言,像電子齒輪、電子凸輪(CAM)同步、運(yùn)動控制的PID、鼓序列發(fā)生器等功能,均可以在驅(qū)動器內(nèi)部編程并運(yùn)行;而非依賴于主站的協(xié)同,主站在這里更多的是執(zhí)行“整機(jī)任務(wù)編排”的職能,將作業(yè)參數(shù)下發(fā)給驅(qū)動系統(tǒng),并監(jiān)控運(yùn)行過程。
舉例:電子凸輪同步裁切
如圖3所示,很多廠商實(shí)現(xiàn)這個任務(wù),通常需要將速度同步的外接編碼器接入到PLC的I/O模塊中,被PLC的處理器掃描。而貝加萊的ACOPOS P3伺服驅(qū)動器則有可外接編碼器的預(yù)留口,這使得外接編碼器可以直接被接入到ACOPOS P3驅(qū)動器中,由驅(qū)動器直接對其進(jìn)行內(nèi)部的同步運(yùn)算。
這種架構(gòu)會帶來更快的響應(yīng)速度,因?yàn)樗÷粤松蟼髦髡具M(jìn)行協(xié)調(diào)所需的通信時間,包括外接編碼器、色標(biāo)傳感器(驅(qū)動器Trigger直接接入)。
這類應(yīng)用場景包括:
· 紙張印刷裁單張;
· 圓盤貼標(biāo)機(jī)瓶子的定位;
· 立式/水平包裝熱封動作;
· 切紙機(jī) ……
3 交叉通信帶來的同步性協(xié)作
交叉通信帶來的同步性協(xié)作在高速機(jī)電控制系統(tǒng)中,運(yùn)動控制的三環(huán)控制、通信循環(huán)、控制任務(wù)的循環(huán),要保持較為合理的匹配,才是最優(yōu)的系統(tǒng)。而ACOPOS伺服驅(qū)動系列所支持的POWERLINK則是一個采用廣播幀的網(wǎng)絡(luò),它意味著可以實(shí)現(xiàn)“交叉通信”,即在多達(dá)數(shù)十個乃至數(shù)以百計(jì)的軸要實(shí)現(xiàn)定位與同步控制。
這種同步能力的應(yīng)用場景包括:
· 在高端的凹版印刷機(jī)的電子軸同步領(lǐng)域;
· 流延膜雙向拉伸線;
· 碳纖維多軸向經(jīng)編機(jī)系統(tǒng);
· 鋰電池/電容器的濕法隔膜線;
· 高速卷繞頭 ……
交叉通信并不需要花費(fèi)時間將每個軸的信息發(fā)送至主站,而是通過廣播讓每個其他軸“聽到”,幀中包含了目標(biāo)地址。這種無需主站即可實(shí)現(xiàn)的同步控制功能,大幅提高了機(jī)器的響應(yīng)效率。

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而貝加萊ACOPOS驅(qū)動系統(tǒng),并非是一個簡單的伺服執(zhí)行機(jī)構(gòu),它的超高速閉環(huán)控制,以及分布式控制、集中管理的機(jī)器架構(gòu),讓機(jī)器在既能實(shí)現(xiàn)高性能的同時,又給了主站更為自由的空間,能夠設(shè)計(jì)更為智能的工藝任務(wù)、提高HMI交互的易用性,以及與其它單元的協(xié)作功能等等。



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