高速以太网支持驱动控制自动化

      当一家机床生产厂忙于一套新型驱动技术解决方案时,都无法避免以太网的问题。对于企业中负责任的职工来讲,还有另一个问题也无法回避:分散式配置与集中式配置两者该作何选择。几乎每个控制系统和调节系统都有以太网接口,这样一来,拥有一套符合生产规范,采用性能强大的可编程序控制器(SPS)的驱动系统,就能够满足企业对当今大功率自动化系统要求。
      若机床和设备的制造者在选择总线系统时没有从发展的角度去选择驱动方案,而采用了集中式控制驱动系统,这将无法集成伺服驱动放大运动的监控,因为上层控制系统承担着过程控制和监控的任务。
      精简功能,节约费用
      从经济和技术角度来看,两个要素对系统选择起决定性作用:首先,通过合弃驱动系统中的运动监控功能可以节约系统费用,这在降低成本越来越困难的情况下有着一定的可行性。另一个要素就是用更加快速的总线系统(实时以太网)结合性能强大的可编程序控制系统构成集中式运动控制,不丢失功率强大和模块化的特色。在这一应用领域中,Panasonic公司为用户提供一整套自动化技术产品,其中包括驱动系统的启动装置、常规的机床运动控制以及与控制计算机进行可视化与通信的(SPS)控制系统;基于以太网的实时总线解决方案和灵活的模块化组成方式满足了不同需要的伺服驱动系统。
      运动监控方案决定案的成功
      SPS FP∑是决定驱动技术解决方案成功与否的基础。它的主要任务是通过集成接口与机床外部建立通信联系,对机床整个运行过程进行控制。在这一工作任务中,启动伺服放大器有着多种多样的方法可供选择。例如可以将运行顺序数据存储到伺服放大器(Panasonic伺服启动,MinasA4P系列)中,由上层SPS利用数字式输入输出端口进行启动、停止以及管理。
      第二种运动控制是例如使用所谓的脉冲电机或步进电机控制技术。在这一控制方案中,伺服放大器(Panasonic伺服驱动器MinasA4系列)与伺服电机类似由方向信号和脉冲输入信号进行控制。利用这一电子控制技术可以将步进电机简单启动的特性与伺服电动机的优点结合在一起(图1)。
      第三种方法是将伺服放大器连接到总线系统中,由运动监控系统直接控制。所有定位控制皆由SPS可编程序控制系统实现,伺服放大器(Panasonic伺服驱动MinasA4N系列)的数据由FP∑—RTEX运动监控模块进行管理。Panasonic以太网的总线系统采用的是环形结构,总线长度可达200m,对16个轴进行控制。总线系统连接采用的是市场上常见的、符合Kategorie 5技术规范要求的LAN电缆。与使用专用电缆相比,明显降低了以太网布线的成本。控制系统与伺服驱动机构直接通信速度可达100MB/s。
      程序员将已编好的SPS功能程序块保存到随机提供的数据库中,用户能够方便地制定运动监控应用程序。同时,程序数据库还提供了大量的标准功能,例如点动工作方式,绝对运动、相对运动、循环定位及大量的参考点等;还有大量的程序块,例如像直线插补的协调运动、直至三轴和驱动单元的循环插补等。在对RTEX组件进行参数赋值时,自动化软件Configurator PM通过实用的设置和调试功能可节约宝贵的测试时间和最终验收时间。RTEX定位组件在刷新8轴的驱动数据时所需时间仅为lms。可实现快速的伺服系统启动与停止,进而提高系统的动态性能。
      Panasonic公司利用MinasA4N系列伺服驱动系统使驱动方案更加完美,、由于采用了FP∑—RTEX模块的实时以太网具有速度快、数据处理时间短的特点,因此其可完成多轴复杂运动控制。所有重要数据绝不拖延,例如报警信息与驱动数据传送给SPS系统,由它来进行处理,必要时也可传送可视化数据。另外,系统还减少了机械设备改造所需的时间;机床的运动控制程序和生产加工程序都可以灵活地读入和存储。MinasA4N系列比前辈的体积减小了30%,不仅是其配用的电动机,与之配套的伺服驱动放大器的体积也减小了30%。伺服放大器与伺服电动机的启动功率范围为50W~5kW,优化后的外部布线技术也提供了良好的自动化调整性能,能够使生产过程中生成的参数得到进一步优化。另外,在伺服转换器作用下及在不利工作状况时,软件系统还能识别出机床系统中电动机会产生共振的部件,并通过相应的过滤器对其过滤,抑制共振。
      利用集成式控制系统工作的贴标机
      在机床和设备制造领域中,我们能够举出基于以太网总线系统的实时总线解决方案的实例,例如贴标机(图2),贴标机原先是由分开的逻辑控制系统和运动监控系统组成的。如今,由于人们采用了功能更强大的集成式控制系统,从而使得机床设备的制造者能够生产出体积更紧凑的贴标机。因此,也进一步降低了贴标机的生产成本。
      在此类贴标机的研发设计中,优先考虑的是产品操作简单与整个使用过程的无故障运行。贴标机构的高速定位是其中的关键。自粘胶标签的运动速度可按被贴标产品的输送速度成比例调节。只有反应速度足够快的控制系统,才能对输送系统的速度变化做出及时反应,保障标签粘贴位置的准确性。自粘胶标签带的展开输送和回收饶卷机构一般都是由其他无磨损的伺服驱动系统驱动,由SPS可编程序控制器系统提供工作理论参数的。
      实现外部登录控制
      为了尽可能缩短机床调整的时间,令长时间机床停产情况不出现,所有生产加工时所需的工作参数都由机床控制器传输给SPS可编程序控制器系统。从而可以快速地调用和修改所有的生产数据。在使用了实时以太网之后,系统可以利用工具软件对机床的各个部件检测,例如在不增加额外工作量的情况下对机床设备的驱动系统进行故障诊断和程序调试。
      在机床和设备制造业中,高性能的机床设备具有良好前景,其应具有更高的动态性能、更快的生产节拍和更高的工作可靠性。因此,本文介绍的运动监控系统有着非常广泛的应用,例如在包装设备、拉丝机、贴标机、自动上料机、输送装置、自动焊接设备直至电缆生产设备和机床的交叉工作台。通过在伺服驱动技术中引入实时以太网结合SPS可编程序控制技术,大大提高了机床设备的使用灵活性。
     
      来源:《现代制造》