精度和成本效益的雙重重視

憑借其對精度和成本效益的雙重重視，電子運動控制已經(jīng)從一點點運動員轉變?yōu)楣I(yè)的主要力量。如今，它是機床，包裝和機器人技術的關鍵技術。它的倡導者說，明天它將在許多其他行業(yè)中同樣重要，特別是那些需要工廠車間速度和效率的行業(yè)。

為了了解在我們接近新世紀時電子運動控制可能取得的重大突破，Design News與幾家供應商和用戶進行了交流。您將在接下來的幾頁中閱讀他們的評估，以及一位行業(yè)領導者對未來運動控制系統(tǒng)的看法。

易用性已成為電子運動控制的一個決定性特征。加利爾運動控制公司的工程師希望在下個世紀繼續(xù)保持這種狀態(tài)，大部分技術的發(fā)展都發(fā)生在不太復雜的市場。“當我們開始推出插入PC的產(chǎn)品時，我們開始將普通電氣工程師視為客戶，物理學家視為客戶，技術人員視為客戶，”加利福尼亞州桑尼維爾公司總裁雅各布塔爾說。

在這個為期一周的課程中，我們將看到兩個低成本但功能豐富的電子設計自動化(EDA)程序：CircuitStudio和KiCad。

關于基于PC的運動控制器存在兩種不同的哲學。一種是依靠PC來執(zhí)行一部分處理。另一個 - Galil和競爭對手Delta Tau Data Systems(加利福尼亞州Northridge)首選的那個 - 是讓運動控制器變得如此智能，以至于它可以獨立運行。PC的鏈接用于通信，而不是處理。“我們之所以這樣做，是因為如果出現(xiàn)問題就更容易診斷，而不是因為它本身就更強大，”Tal說。

今天，Galil新推出的第三代控制器易于使用 - 性能和性能 - 高出一級。該產(chǎn)品系列包括三個設備，DMC-1000，DMC-1300和DMC-1500。每個功能都相同，但1000個插入PC，1300個目標是VME總線機器，1500個是獨立控制器。

雖然該公司可能在宣傳易用性，但這些第三代控制器并非懶散。所有產(chǎn)品均可控制一到八個軸，包括步進電機，伺服或液壓。32位微處理器和定制亞微米門陣列的速度是前代產(chǎn)品的四倍。編碼器反饋可高達8 MHz，采樣率可能低至125acec，RS232 / RS422通信達到38.4K波特。就DMC-1500而言，它的尺寸只有上一代DMC-700的一半，便宜40%。

運動模式包括通常的慢跑，線性和圓弧插補以及輪廓。它還包括電子傳動裝置 - 能夠在它們之間以可變比率合成最多八個軸的能力 - 和電子凸輪 - 最多七個軸與主軸的同步，以模擬機械凸輪的運動。

一家同意Galil運動控制愿景的公司是Glasstech(俄亥俄州佩里斯堡)。該公司的玻璃彎曲和回火系統(tǒng)在六大洲的50個國家運營，負責生產(chǎn)世界上所有汽車中使用的3毫米厚玻璃側壁的80%。四種不同的彎曲和/或退火機器中的每一種都依賴于兩個3軸Galil控制器。他們指揮伺服電機為玻璃進料輸送機提供動力，并運行控制柔性床的齒輪系，以塑造玻璃。

“我們真的不做任何復雜的動作，”Glasstech的高級控制工程師Dene Rinaldo說。“我們之所以選擇加利爾，是因為這些卡是可靠的，編程語言雖然復雜，但卻很容易使用。”

隨著他的產(chǎn)品遍布全球，Rinaldo需要能夠通過電話輕松排除故障。他發(fā)現(xiàn)大多數(shù)熟悉BASIC的工程師都能理解Galil的線性解釋語言?？梢酝ㄟ^電話遠程查看程序打印輸出，也可以通過Compuserve的電子郵件發(fā)送修改。他說：“花費3000美元在世界各地飛行，在計劃中進行一線改變并不是我們想花時間做的事情。”

“二十年前，當你運送一個系統(tǒng)時，你就派了一個工程師，”塔爾說。“現(xiàn)在，內置全面的診斷功能比任何其他功能更重要。”

可靠性對Glasstech也很重要，Rinaldo對Galil控制器的耐用性印象深刻。“我們的機器每周運行七天，在一個非常溫暖的環(huán)境中每天三班，”他說。“我們的客戶不需要星球大戰(zhàn);他們需要易于使用且運行多年的東西。”

編程技巧?你不再需要它們了

傳統(tǒng)上，安裝，編程和調試運動控制系統(tǒng)與工程一樣具有黑魔法。Berkeley Process Control的設計師表示，他們的新型MachineWorks(TM)機器控制器可以消除聚焦效應，大大加快運動控制系統(tǒng)的開發(fā)速度，同時提高可靠性。“這是機器控制實用性的突破，”產(chǎn)品開發(fā)經(jīng)理Steve Kraft解釋說，“不是原始性能，而是實用性。”

MachineWorks概念是基本的：通過預集成簡化。由于大多數(shù)機器開發(fā)涉及集成硬件和軟件，因此Kraft和Berkeley的工程師團隊設計MachineWorks，使用他們稱之為直接機器開發(fā)的東西來消除這些步驟。(TM值)

直接機器開發(fā)簡化了傳統(tǒng)的開發(fā)過程 - 插入卡，連接可能不兼容的組件，特別是編寫代碼行 - 通過為系統(tǒng)內置的機器控制提供組織結構。開發(fā)人員可以按照菜單提示從觸摸屏輸入完整的機器控制序列，無需任何常規(guī)編程。

開發(fā)過程涉及一系列屏幕提示和選擇。一個完整的機器數(shù)據(jù)庫Quickstart(TM)，用戶可以通過觸摸屏訪問伺服功能，軸，I / O命名，自動調整等。所有潛在的問題 - 黑魔法 - 軸設置，錯誤處理，預計會有診斷和硬件配置。

逐步過程將預先編寫的優(yōu)化代碼構建塊組合到完整的調試系統(tǒng)中。復雜的操作被分成任務，通過觸摸屏輸入，然后可以同時執(zhí)行以實現(xiàn)真正的多任務處理。

關鍵的好處是上市時間。“我們已經(jīng)完成了傳統(tǒng)上需要六周的工作，而在MachineWorks，我們已經(jīng)在兩到三天內完成了這些工作，”卡夫說。作為運動控制領域的Apple計算機，伯克利設計了所有組件，以便協(xié)同工作?？ǚ蛘f，它們是專門的機器控制組件，它們可以快速，輕松地集成。編程，工作的一部分，幾天和幾個月，可以減少到通過MachineWorks組裝優(yōu)化的，預編譯的指令。

MachineWorks的一個實例出現(xiàn)在Meadows Manufacturing(Sunnyvale，CA)。該公司的問題是：如何改造一臺具有兩年歷史的四軸產(chǎn)品插入機器，其停機時間最短，可靠性最大。工程師還希望將機器從半自動轉換為全自動操作。

Meadows的項目工程師Pedro de la Serna將該機器描述為XYZ工作臺，該工作臺可容納預先測量的液體產(chǎn)品部分。該工作臺將每個部分重新定位在插入致動器的前面，該插入致動器將該部分推入單獨的產(chǎn)品施加器中。

新的控制系統(tǒng)由Berkeley Integris組成，包括MachineWorks，多軸放大器，I / O系統(tǒng)，接口，電源和外殼。作為一個完全集成的解決方案，交鑰匙操作快速啟動并運行 - 大大提高了功能和可靠性。

編程中節(jié)省的時間最多。使用MachineWorks，插入機器的軟件在兩天內編寫和調試。“我們周一將產(chǎn)品送到了他們的工廠，并在周三離開了一臺功能齊全的機器 - 完全診斷，一切，”卡夫說。他完全放心地將系統(tǒng)交給了de la Serna，他是一名從未見過伯克利過程控制產(chǎn)品的機械工程師。

卡夫強調，他的公司的解決方案并不靈活。例如，使用Meadows，工程師使用MachineWorks的Extensions選項定義了兩個自定義序列。

進入新系統(tǒng)只有幾個月，De la Serna已經(jīng)計劃擴展機器的功能。卡夫并不感到驚訝。“我們不是專注于技術，性能和數(shù)字，而是專注于實用性，”他說。“如果你不能使用它，原始能力是什么并不重要。”

靈活性是驅動力

伊利諾伊州Wood Dale的Indramat副總裁斯科特·希巴德(Scott Hibbard)表示，要想了解運動控制的發(fā)展方向，只需要考慮辦公自動化市場的變化。從集中式大型機計算到小型計算機到分布式開放式系統(tǒng)PC的轉變預示著工業(yè)控制的發(fā)展。

如果你想衡量行業(yè)在這條道路上的進展，最好看的是機床市場。“在金屬切削行業(yè)，多軸加工中心正在取代專用傳輸線，”他解釋道。“但更大的靈活性并不意味著犧牲生產(chǎn)率或加工精度。”用Hibbard的話說，這些要求最苛刻的應用需求的技術解決方案將“滲透到其他行業(yè)”。

英特瑪最新推出的DKR數(shù)字交流伺服驅動器突出了即將推出的產(chǎn)品。微處理器技術使驅動器成為控制從小數(shù)到100馬力的電機的通用平臺。“一個驅動器，一個用于旋轉永磁體，旋轉感應，線性永磁體和線性感應電機的軟件包，”Hibbard說。它包括電子變速箱和凸輪功能，功能監(jiān)控以及實時機器或驅動器診斷，以簡化故障排除任務并延長機器的正常運行時間。

除了簡化系統(tǒng)設置，更智能的驅動器意味著控制器制造商更容易開發(fā)工作。如果不同的應用需要不同的電機，因此，不同的驅動平臺，現(xiàn)在為一個應用開發(fā)的軟件可立即供所有人使用。功能更多，而且可以更廣泛地使用。

DKR驅動器還包括光纖開放式SERCOS通信接口。SERCOS不僅降低了布線復雜性，而且是一種高速鏈路，可實現(xiàn)最低級別的分布式控制，從而改變運動控制行業(yè)。

Hibbard表示，大多數(shù)人認為分布式控制可以作為PLC或運動控制卡在一臺機器上運行一臺或多臺電機，而新型號是由SERCOS連接的智能驅動器，并與一個不那么緊湊的通信主控制器。“在逐個軸的基礎上執(zhí)行的任何控制功能都是驅動器本身的標記。”

Hibbard認為，不再需要控制位置環(huán)或在集中控制器上游進行快速偏移校正。因此，由于機器控制器的軸控制工作較少，它們成為PC等開放式架構的候選者。“我們正在消除CNC或PLC的特殊性，”他說。

由PC控制的分布式控制的轉變意味著更少依賴系統(tǒng)集成商進行機器編程。如果他們愿意，用戶將能夠購買軟件包并將他或她自己的控制系統(tǒng)組合在一起。

對于控制器制造商來說，這種轉變將使成功更難實現(xiàn)。然而，希巴德對未來持樂觀態(tài)度。“選擇一塊硬件比另一塊硬件總有優(yōu)勢，”他說。“只要你的公司是技術驅動的，你仍然可以保持在游戲的頂端。”

用戶：編寫自己的界面

如果運行新系統(tǒng)變得太復雜，那么運動控制硬件設計的進步所帶來的更高性能的優(yōu)勢就會喪失。這是來自GE Fanuc的通用運動控制產(chǎn)品經(jīng)理Cosmo Mirra的信息。他說，有機會實現(xiàn)高性能電子運動控制的“普及”，但僅限于那些不忘記用戶的人。

控制器制造商面臨的核心挑戰(zhàn)來自于當今可用的控制器主機--CNC，PLC和PC。運動控制的大型工業(yè)用戶，例如汽車工業(yè)，采用新的控制技術作為保持競爭力的要求。但是，與前幾代控件一起添加新系統(tǒng)會產(chǎn)生問題。“他們運行了許多不同的流程，他們希望在機器之間建立一個通用的操作員界面，以控制他們的培訓成本，”Mirra解釋道。

傳統(tǒng)上，控制器制造商采用了兩種操作員界面(OI)方法之一，GE Fanuc應用工程師Jeff Kao繼續(xù)說道：無論是行業(yè)標準外觀還是CNC命令，還是用戶設計自己屏幕的完全開放式方法。

對于像CNC起源的機床行業(yè)這樣的老客戶來說，標準接口通常就足夠了。像汽車這樣的大型行業(yè)通常擁有或者可以負擔構建定制界面所需的編程專業(yè)知識。但為了將電子運動控制擴展到新的領域，該公司認為需要采用不同的方法來建立OI。

作為最近推出的PowerMotion高精度分布式控制產(chǎn)品系列的一部分，GE Fanuc推出了C Executor，這是一種開發(fā)工具，可大大簡化定制OI的創(chuàng)建。

“我們使用Microsoft C在IBM PC上編譯程序，”Kao解釋道。“您可以加載程序，快速啟動并運行，然后自定義數(shù)據(jù)表示以滿足用戶的需求。”

例如，Kao說，機器人涂裝系統(tǒng)可以配置為轉到位置1,2或3，而不是操作員調??用CNC坐標代碼。

一位用戶已經(jīng)看到了從易于定制的界面中獲得的好處。安大略省博爾頓赫斯基注塑系統(tǒng)機器人部門產(chǎn)品經(jīng)理詹姆斯羅德里格斯表示，帶有C-Executor的PowerMotion可能是贏得新客戶的關鍵。

赫斯基開發(fā)了一種三軸龍門機器人，用于物料搬運，為其成型設備提供服務。它需要一個教學掛件，使用戶能夠操作系統(tǒng)，但回避客戶不知道的非直觀語言。

“我們需要專門針對注塑成型的應用軟件才能正確推廣產(chǎn)品，”Rodrigues解釋道。在GE Fanuc應用工程師的協(xié)助下，C Executor允許Husky開發(fā)一個包含行業(yè)術語的菜單驅動前端。“我們認為人們會喜歡它，因為它們可以與之相關并快速學習。”他繼續(xù)說道，“如果我們不得不使用現(xiàn)成的軟件，客戶可能會在其他地方購物。”

正如Mirra總結的那樣：“通過C-Executor，我們將高性能運動系統(tǒng)與復雜多軸CNC的后代結合在一起，并使用易于使用的軟件工具。”這就是你如何使運動控制流行。