對運(yùn)動(dòng)控制而言，應(yīng)用程序給數(shù)字總線帶來了可靠性

旋轉(zhuǎn)頭切割機(jī)將對鋼管和鋼筋儲備切割成薄片，廣泛地使用數(shù)字運(yùn)動(dòng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行診斷。

作者:
Dan Hebert - PE高級技術(shù)編輯
挑戰(zhàn):
在自動(dòng)化技術(shù)成熟之前，我們對標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、預(yù)測性能和假設(shè)的成本開支進(jìn)行了討論。在發(fā)展階段，設(shè)備制造商、機(jī)器人制造商和系統(tǒng)集成商通常不會正眼相對供應(yīng)商，主要因?yàn)楣?yīng)商正在招攬幾乎無真實(shí)世界應(yīng)用實(shí)例的利益來支持其主張
解決方案:
如果任何自動(dòng)化組件沒有像運(yùn)動(dòng)控制器一樣需要具有廣泛布線的需要。從中央控制器到運(yùn)動(dòng)控制器的離散信號可以包括啟動(dòng)、停止、復(fù)位、表引用指針和其他信號。典型的模擬輸出典型上包括了是速度設(shè)置點(diǎn)和模擬類型。
"常規(guī)標(biāo)準(zhǔn)允許客戶對每個(gè)任務(wù)選擇最佳機(jī)動(dòng)控制器，隨著數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)的分布式控制發(fā)展，驅(qū)動(dòng)器不僅需要交換相關(guān)控制數(shù)據(jù)，而且需要傳輸狀態(tài)信息和設(shè)置參數(shù)。只需改變配置，客戶就可以改變連接到控制器的電機(jī)類型，例如從感應(yīng)到永磁伺服電機(jī)。"
在自動(dòng)化技術(shù)成熟之前，我們對標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、預(yù)測性能和假設(shè)的成本開支進(jìn)行了討論。在發(fā)展階段，設(shè)備制造商、機(jī)器人制造商和系統(tǒng)集成商通常不會正眼相對供應(yīng)商，主要因?yàn)楣?yīng)商正在招攬幾乎無真實(shí)世界應(yīng)用實(shí)例的利益來支持其主張。
這描述了2007年數(shù)字運(yùn)動(dòng)總線的情況，當(dāng)時(shí)相對而言幾乎很少有運(yùn)動(dòng)總線的應(yīng)用存在。兩年之后，情況發(fā)生了巨大的變化。盡管在行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)方面還有混淆，但關(guān)于利益和成本的爭論已經(jīng)基于應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)而具體化。
這種情況造成了設(shè)備制造商、系統(tǒng)集成商和供應(yīng)商間的一致意見。如今與硬電線連接方式相比，大多數(shù)人都認(rèn)為數(shù)字總線能節(jié)省資金和提高性能。還有一個(gè)普遍一致的共識，即盡管數(shù)字總線實(shí)現(xiàn)起來不會像早先的一些先驅(qū)技術(shù)那樣困難，但這些利益也不會輕易到來。
經(jīng)歷 AutomationXchange
在過去兩年的每年5月，來自領(lǐng)先設(shè)備制造商的機(jī)械自動(dòng)化專業(yè)團(tuán)隊(duì)為了一系列戰(zhàn)略，已經(jīng)與領(lǐng)先方案供應(yīng)商面對面約見，一對一會議旨在向OEMâ提出最迫切的需要。欲了解更多關(guān)于邀請信息的事件，請?jiān)L問AutomationXchange.com，或聯(lián)系項(xiàng)目負(fù)責(zé)人Andy Wuebben。
連線無處不在
如果任何自動(dòng)化組件沒有像運(yùn)動(dòng)控制器一樣具有廣泛布線的需要。從中央控制器到運(yùn)動(dòng)控制器的離散信號可以包括啟動(dòng)、停止、復(fù)位、表引用指針和其他信號。典型的模擬輸出包括了速度設(shè)置點(diǎn)和模擬類型。
從運(yùn)動(dòng)控制器到中央控制器，離散信號可以包括總警報(bào)、警報(bào)代碼、執(zhí)行和位置完成。典型的模擬輸入包括了實(shí)際速度、扭轉(zhuǎn)力和其他基于信息的值。
“與硬電線連接方式相比，數(shù)字總線節(jié)省了資金和提高了性能?！?br />20根電線和電纜可以運(yùn)行在中央控制器和運(yùn)動(dòng)控制器間。將電線數(shù)與單個(gè)機(jī)器或機(jī)器人或手持材料系統(tǒng)中運(yùn)動(dòng)控制器的個(gè)數(shù)相乘，電線需求迅速，令人望而生畏。
進(jìn)入數(shù)字運(yùn)動(dòng)總線時(shí)代后，一根電纜就可以取代大量硬電線——這對簡化系統(tǒng)來說是個(gè)很好的功能，但幾乎對具有許多運(yùn)動(dòng)控制器的大型和復(fù)雜機(jī)器是必需的。
連線消失
“在更大型的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中，設(shè)備間的數(shù)字總線是進(jìn)行通信的一種最佳方式，硬電線將會導(dǎo)致不必要的復(fù)雜性或與靈活性相比，其需要更多的I/O端口，”位于阿拉巴馬州伯，明翰 先進(jìn)機(jī)械自動(dòng)化公司電氣工程師Jason Woyak說，“基于數(shù)字總線傳輸?shù)氖銛?shù)據(jù)量優(yōu)于硬電線。
先進(jìn)機(jī)械自動(dòng)化公司制造了大量各類機(jī)器，包括印刷機(jī)、送料機(jī)和堆垛機(jī)。它還建立了定制機(jī)器，范圍從臺面鋸床機(jī)器或滅火器灌裝站到貨車車軸粘合機(jī)。
某個(gè)供應(yīng)商關(guān)于布線開支的意見與Woyak觀點(diǎn)一致，還引用了其他原因走向數(shù)字世界。“在有連接設(shè)備的系統(tǒng)中，多點(diǎn)數(shù)字 接口如以太網(wǎng)，比點(diǎn)對點(diǎn)布線方案具有更低的生產(chǎn)成本，” Delta 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)公司 (www.deltamotion.com)的市場部經(jīng)理Bill Savela說，“數(shù)字網(wǎng)絡(luò)需要的連接更少，具有更好的可靠性。因?yàn)槊總€(gè)電氣接觸點(diǎn)都可能是一個(gè)潛在的故障點(diǎn)。當(dāng)硬件問題確實(shí)發(fā)生時(shí)，相比與那些使用點(diǎn)對 點(diǎn)或模擬連接的系統(tǒng)，基于網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)更易于調(diào)試和修復(fù)?！?br />運(yùn)動(dòng)網(wǎng)絡(luò)所解決的維護(hù)問題對設(shè)備制造商特別重要。位于北卡羅來納州，格林斯博羅的系統(tǒng)集成商，集成運(yùn)動(dòng)公司  的工程部副總裁Jim Mullins指出，“走向數(shù)字化導(dǎo)致布線的減少，產(chǎn)生更高的MTBF(平均故障間隔)，因而有更少的故障點(diǎn)”。
集成運(yùn)動(dòng)公司設(shè)計(jì)的眾多系統(tǒng)使用B&R工業(yè)自動(dòng)化公司的組件。毫不奇怪的是，當(dāng)數(shù)字總線帶來利潤的時(shí)候，集成商 和供應(yīng)商都站在同一戰(zhàn)線上?！坝脭?shù)字總線取代機(jī)器控制器、運(yùn)動(dòng)控制器和驅(qū)動(dòng)器中的硬電線控制電路將大大減少布線，排除潛在的錯(cuò)誤故障點(diǎn)和增加抗噪聲性 能?！?B&R公司 自動(dòng)化技術(shù)部負(fù)責(zé)人Robert Muehlfellner說。
特征比比皆是
當(dāng)硬電線系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，尋找問題的根源可能是一個(gè)真正的挑戰(zhàn)。對于許多廠商來說，走向數(shù)字化的主要優(yōu)勢是具有更好的診 斷?！半S著我們數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，在操作臺上的診斷變得很顯著?！?位于俄亥俄州，梭倫的Bardons & Oliver公司 工程部副經(jīng)理Rick Moscarino宣稱。
Bardons & Oliver公司制造數(shù)控車床和旋轉(zhuǎn)頭切割機(jī)（如圖1），也是機(jī)器人集成商。Moscarino說：“應(yīng)用程序狀態(tài)，包括發(fā)送機(jī)負(fù)載、速度和警告消息都在 很容易地被操作人員掌握，調(diào)試更加直觀，為終端用戶和OEM廠商節(jié)省了時(shí)間和資金。最重要的是，該診斷信息能被集成到控制系統(tǒng)中?！?br />設(shè)置可能是消耗時(shí)間的，Moscarino解釋說：“但是我們技術(shù)員都經(jīng)過培訓(xùn)，由于他們具有一定的經(jīng)驗(yàn)，這已經(jīng)成為了次要問題，在場地發(fā)生故障的情況下，重新啟動(dòng)已經(jīng)相當(dāng)簡單，我們通?？梢酝ㄟ^電話來支持終端用戶。”
 EtherCat技術(shù)集團(tuán) PE,PMP,北美代表Joey Stubbs對數(shù)字運(yùn)動(dòng)控制網(wǎng)絡(luò)的其他診斷優(yōu)勢給出詳述?！半S著數(shù)字接口的發(fā)展，控制系統(tǒng)可以定期監(jiān)視每個(gè)內(nèi)部寄存器，以顯示溫度、電流、故障代碼、總線 電壓、編碼器故障和電線中斷，”Stubbs說，“可以檢查如制造商、固件修訂號和序列號等信息，以確保交換組件與合適的替代品交換?！?br />另一個(gè)供應(yīng)商認(rèn)為： “隨著數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，驅(qū)動(dòng)配置和維護(hù)可以通過主要控制器直接管理，”Rockwell自動(dòng)化公司Logix運(yùn)動(dòng)市場部經(jīng)理Robert Hirschinger說：“這有助于支持目錄數(shù)字配置和減輕驅(qū)動(dòng)固件更新。在控制器級上可以得到大量的驅(qū)動(dòng)診斷和狀態(tài)信息。具有大型網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)的OEMs 廠商從單個(gè)連接點(diǎn)易于監(jiān)視、維護(hù)和配置這些信息。
現(xiàn)代高性能的數(shù)字網(wǎng)絡(luò)通過板卡傳遞功能。Yaskawa 美國電子運(yùn)動(dòng)應(yīng)用工程部高級經(jīng)理Bill Faber說，“在應(yīng)用中，運(yùn)動(dòng)總線使控制類型更加靈活，如伺服放大器中關(guān)閉所有循環(huán)的能力，包括計(jì)算、扭轉(zhuǎn)、速度和位置。一個(gè)OEM廠商現(xiàn)在可以使用機(jī) 器控制器提供軌跡，具有較高的性能。因?yàn)楫?dāng)今的伺服放大器提供極高的帶寬，還有先進(jìn)算法，如自動(dòng)振動(dòng)抑制和自適應(yīng)調(diào)整。”
分布式控制
對于許多廠商來說，數(shù)字總線優(yōu)于硬電線的最大優(yōu)點(diǎn)是它使分布式控制成為可能。分布式控制系統(tǒng)可以使用運(yùn)動(dòng)控制器來執(zhí)行許 多局部控制功能，還有機(jī)動(dòng)車速度的閉環(huán)控制。用許多運(yùn)動(dòng)控制器提供的數(shù)字和模擬I/O實(shí)現(xiàn)功能。這些先進(jìn)控制器不僅有I/O，它們還包括局部實(shí)時(shí)控制的編 程功能。
在主要控制器、運(yùn)動(dòng)控制器、其他類型遠(yuǎn)程控制器和遠(yuǎn)程I/O間使用高度數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接是可能的。分布式控制的強(qiáng)大形式使硬布線降低到最低限度。
盡管用硬電線，而不是用數(shù)字網(wǎng)絡(luò)來實(shí)現(xiàn)分布式控制也是可能的，但實(shí)際上，這沒有任何意義。分布式網(wǎng)絡(luò)需要在控制器和I/O間不斷地與大量數(shù)據(jù)通信。通過數(shù)字運(yùn)動(dòng)總線很容易實(shí)現(xiàn)，但用硬電線實(shí)現(xiàn)是很困難的。
位于馬薩諸塞州，富蘭克林的Speedline科技公司 ，負(fù)責(zé)制造印刷電路板組裝的自動(dòng)化處理機(jī)器，包括焊膏打印機(jī)、材料飲水機(jī)、微波爐和清潔機(jī)。
其模具打印機(jī)和飲水機(jī)通過CANopen總線協(xié)議實(shí)現(xiàn)分布式控制。每個(gè)機(jī)器至少有15個(gè)運(yùn)動(dòng)軸和50個(gè)I/O口。I/O 口主要是數(shù)字化的，與幾個(gè)模擬點(diǎn)混合。一臺電腦提供監(jiān)督控制，在每個(gè)軸上有一個(gè)智能運(yùn)動(dòng)控制器。約15個(gè)左右CANopen使能運(yùn)動(dòng)控制器處理局部運(yùn)動(dòng)控 制和I/O接口。如果需要，向運(yùn)動(dòng)控制器提供額外的CANopen總線I/O模塊。
“智能控制器允許我們以局部程度對實(shí)時(shí)集中任務(wù)進(jìn)行控制，以減輕主機(jī)電腦上的負(fù)擔(dān)?！盨peedline公司主電氣工程師John Klauser解釋說。
數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)的分布式控制通常需要對來自不同廠商的運(yùn)動(dòng)控制器進(jìn)行混合和匹配，以最大限度地提高性能。美國國家儀器 DAQ/視覺/運(yùn)動(dòng)產(chǎn)品部經(jīng)理Christian Fritz指出：“常規(guī)標(biāo)準(zhǔn)允許客戶對每個(gè)任務(wù)選擇最佳機(jī)動(dòng)控制器，隨著數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)的分布式控制發(fā)展，驅(qū)動(dòng)器不僅需要交換相關(guān)控制數(shù)據(jù)，而且需要傳輸狀態(tài) 信息和設(shè)置參數(shù)。只需改變配置，客戶就可以改變連接到控制器的電機(jī)類型，例如從感應(yīng)到永磁伺服電機(jī)?！?br />數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)的分布式控制可以對許多運(yùn)動(dòng)部件的機(jī)器提供特殊優(yōu)勢，如機(jī)器人。在這些情況下，數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)致的布線降低意味著設(shè)計(jì)師只需要運(yùn)行單排線，而不是大量硬電線。
ABB機(jī)器人公司制造焊接和其他機(jī)器人，其中許多機(jī)器人使用數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)分布式控制（如圖2）。 ABB機(jī)器人公司 產(chǎn)品部經(jīng)理Per Carlsson指出：“隨著數(shù)字通信的發(fā)展，我們可以將驅(qū)動(dòng)組件分布在遠(yuǎn)離主控制器的位置，如在機(jī)器人內(nèi)部或機(jī)器人手臂上?！?br />好東西來之不易
當(dāng)涉及到原始速度時(shí)，沒有什么能與硬電線相比，因此從硬電線到數(shù)字的改變需要特別注意速度要求。位于俄亥俄州，梅森的 Intelligrated公司控制和軟件開發(fā)部經(jīng)理Jeffrey Hanna說： “我們的主要挑戰(zhàn)是設(shè)計(jì)總線以保持其在所要求的更新速率上?！?br />集成供應(yīng)商提供倉儲、分配、郵政、包裹和生產(chǎn)環(huán)境的材料處理解決方案。它生產(chǎn)傳輸、定寸、堆積和排序的機(jī)械設(shè)備。其系統(tǒng)通常涵蓋非常大的地區(qū)，使數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)尤其具有挑戰(zhàn)性。
公司的運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)使用至少80個(gè)伺服電機(jī)和變頻驅(qū)動(dòng)器，所有這些設(shè)備都通過Profibus總線連接?！氨M管我們的要求不 包含多軸協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)，但他們需要非常嚴(yán)格的速度控制，我們經(jīng)常需要多個(gè)網(wǎng)絡(luò)來實(shí)現(xiàn)，”Hanna繼續(xù)說，“根據(jù)需求，我們設(shè)計(jì)具有1毫秒，2毫秒或5毫秒更 新速率的網(wǎng)絡(luò)。Profibus-DP有固定的信息格式，基于網(wǎng)絡(luò)速度、節(jié)點(diǎn)數(shù)量和數(shù)據(jù)容量的更新速率是可預(yù)測的和確定性的。我們以1.5到12Mbps 速度運(yùn)行網(wǎng)絡(luò)。電纜長度可能與銅材料有關(guān)，因此從控制器到網(wǎng)絡(luò)的第一個(gè)節(jié)點(diǎn)，我們使用光纖以滿足速度要求。”

為了減少抖動(dòng)，分布式設(shè)備有自己的高速率系統(tǒng)時(shí)鐘，其與控制時(shí)鐘同步。Evans繼續(xù)說：“當(dāng)設(shè)置輸入時(shí)，分布式設(shè)備捕 獲時(shí)間戳。然后該設(shè)備在同步數(shù)字現(xiàn)場總線上發(fā)送該時(shí)間戳，控制器推算事件發(fā)生時(shí)的時(shí)間位置。這使得抖動(dòng)達(dá)到少于1毫米的精度。這也允許控制器推算出事件發(fā) 生時(shí)多軸所在的位置，不只是一個(gè)軸?！?/p>

果只有一個(gè)數(shù)字網(wǎng)絡(luò)并且如果所有控制組件與該網(wǎng)絡(luò)連接，那么集成將變得很容易，但是情況并非如此?！耙?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)可以改變，所以設(shè)備互操作性通常是一個(gè)與運(yùn)動(dòng)總線相關(guān)的問題，”   Kollmorgen 產(chǎn)品生產(chǎn)線經(jīng)理Josh Jensen 指出，“不同的網(wǎng)絡(luò)具有不同程度的功能驗(yàn)證和設(shè)備互操作性測試。這可能會導(dǎo)致延遲并產(chǎn)生費(fèi)用，但假設(shè)堅(jiān)持相同的規(guī)格選擇兩個(gè)設(shè)備時(shí)，區(qū)別可能并不明顯?！?為了解決該問題，Jensen說Kollmorgen公司保持SynqNet互操作實(shí)驗(yàn)室，繼續(xù)對所有設(shè)備的組合進(jìn)行測試。
數(shù)字化可以做到這一切嗎？
從理論上來說，一個(gè)具有良好設(shè)計(jì)的數(shù)字網(wǎng)絡(luò)不需要任何輔助硬電線，但實(shí)際上情況并非總是如此?！按蠖鄶?shù)驅(qū)動(dòng)器讓使能輸入端采用硬電線，因此即使總線通信中斷，驅(qū)動(dòng)器可能被關(guān)閉?！毕冗M(jìn)機(jī)械自動(dòng)化公司的WoyaK指出。
盡管實(shí)現(xiàn)獨(dú)立的數(shù)字安全總線是可能的，但在所有應(yīng)用中，這并沒有任何意義?！氨M管許多廠商提供了安全數(shù)字總線，一些用戶 還是喜歡硬電線安全電路，因?yàn)椴恍枰幊?，或許還因?yàn)檩^低的硬件成本，”集成運(yùn)動(dòng)公司的Mullins指出，“使用安全數(shù)字總線的優(yōu)點(diǎn)對大系統(tǒng)來說是很顯 著的，安全運(yùn)動(dòng)功能在系統(tǒng)中由應(yīng)用程序來滿足?！?br />添加安全功能到運(yùn)動(dòng)總線通常是成本和性能的問題，而不是技術(shù)可行性問題。CAN 自動(dòng)化公司管理部負(fù)責(zé)人Holger Zeltwanger說：“在CANopen和許多其他運(yùn)動(dòng)總線上，如果有足夠的帶寬，您可以將安全相關(guān)信息與非安全相關(guān)信息混合。借助于兩個(gè)網(wǎng)段，某些 系統(tǒng)設(shè)計(jì)師可能更傾向于獨(dú)立的安全和非安全消息，其通過網(wǎng)關(guān)或路由器互連接?！?br />隨著數(shù)字化運(yùn)動(dòng)控制網(wǎng)絡(luò)變得越來越普及，他們最終將納入整個(gè)控制系統(tǒng)中，廢除幾乎所有硬電線。B&R公司的 Muehlfellner預(yù)言：“驅(qū)動(dòng)器中的集成安全功能將刪除對硬電線驅(qū)動(dòng)使能信號的需要。這些驅(qū)動(dòng)器也將提供額外的安全功能，如安全停滯——是電機(jī)能 在動(dòng)力下保持的一種狀態(tài)，而機(jī)器是電子停止、安全停止、安全速度和更多的停止?fàn)顟B(tài)。典型的驅(qū)動(dòng)器I/O和限位開關(guān)，還有主編碼器，和家里一樣，也將被遠(yuǎn)程 聯(lián)網(wǎng)?！?br />為了說得更直觀點(diǎn)，使用大家都明白的比喻，我們借用了設(shè)備制造商的一句話?！鞍踩δ艿耐耆W(wǎng)絡(luò)控制正在逐漸出現(xiàn)，” Speedline's Klauser相信，“如果自動(dòng)汽車可以通過網(wǎng)絡(luò)駕馭和剎車，安全性可以通過類似方法在機(jī)器上實(shí)現(xiàn)?！?br />位于蘇塞克斯，威斯康星州的Quad Graphics 是一家商業(yè)印刷機(jī)公司。該公司的圖形再制造和技術(shù)（GR/T）部門所提供自動(dòng)化和其他技術(shù)，領(lǐng)先于現(xiàn)有的印刷技術(shù)和定制膠印印刷機(jī)。無論是其印刷部門還是 精整部門，Quad公司已對現(xiàn)有的18多個(gè)印刷機(jī)進(jìn)行了重新制造，還有配套設(shè)備。
對于運(yùn)動(dòng)控制，GR/T部門廣泛使用數(shù)字總線通信。GR/T部門的項(xiàng)目技術(shù)支持員Dave Leitinger 說：“我們的舊印刷機(jī)使用基于繼電器和硬電線連接的模擬控制平臺，處理器和通信速度緩慢，且不是實(shí)時(shí)性的。速度、模塊化和傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量是當(dāng)今市場的關(guān)鍵因 素。隨著Profibus 和 Profinet的發(fā)展，我們已經(jīng)能夠?qū)⑾冗M(jìn)的數(shù)字技術(shù)帶到再制造印刷行業(yè)。這使得我們能夠廢除舊線軸和慢速的HMIs，將IT世界帶到工廠車間?，F(xiàn)在我 們有能力模塊化輔助印刷設(shè)備， 并把具有開關(guān)翻轉(zhuǎn)功能的設(shè)備帶到生產(chǎn)線上?！?br />Leitinger 說，數(shù)字總線已經(jīng)為具有更多的帶寬、更高的可擴(kuò)展性、TCP/IP互聯(lián)網(wǎng)兼容性、安全集成和實(shí)時(shí)確定性的系統(tǒng)控制，打開了通信體系架構(gòu)。
目前的一個(gè)項(xiàng)目是對現(xiàn)有的印刷機(jī)重新制造，分為兩個(gè)獨(dú)立的印刷生產(chǎn)線，每個(gè)生產(chǎn)線能夠獨(dú)立在線完成生產(chǎn)?！拔覀儽仨毷褂?一個(gè)翻轉(zhuǎn)開關(guān)來關(guān)閉兩個(gè)生產(chǎn)線中的其中一個(gè)，將兩個(gè)印刷生產(chǎn)線變?yōu)閱蝹€(gè)生產(chǎn)線，” Leitinger指出，“這需要100多個(gè)Profibus總線，14個(gè)Profinet點(diǎn)，90個(gè)運(yùn)動(dòng)控制軸和28個(gè)HMIs?！彼羞@些組件同時(shí)必 須提供安全性集成和實(shí)時(shí)響應(yīng)。
Leitinger說：“通過高速數(shù)字網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)該控制系統(tǒng)，降低了安裝和硬件成本，Profinet能以250微秒的周 期實(shí)時(shí)性地滿足高速率要求，幾乎沒有延遲變化。除了新組件以外，新型控制系統(tǒng)需要更少的控制柜地面空間和開放拓?fù)湓O(shè)施?，F(xiàn)在我們有了遠(yuǎn)程訪問診斷工具，還 有生產(chǎn)所需要的數(shù)據(jù)捕獲?！?br />新型控制系統(tǒng)廢除了硬電線的安全控制?，F(xiàn)在安全站、警衛(wèi)和機(jī)動(dòng)控制對西門子Simatic故障安全PLCs和具有安全扭轉(zhuǎn)切斷功能的Simatic驅(qū)動(dòng)器是有線冗余和局部性的。
“Pofisafe的Profinet使我們在現(xiàn)場總線上批準(zhǔn)安全信號，同時(shí)遵守所有安全性協(xié)議和標(biāo)準(zhǔn)，” Leitinger總結(jié)說，“這給予我們在現(xiàn)場總線上批準(zhǔn)安全相關(guān)信息的優(yōu)勢，同時(shí)節(jié)省了額外和昂貴的布線費(fèi)用?！?br />如何測量吞吐量
在運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中，從硬電線到數(shù)字網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)換的一個(gè)主要挑戰(zhàn)是能夠保持足夠的速度。原始規(guī)格只講述了故事的一部分?jǐn)?shù)字網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)組織 ODVA 公司的執(zhí)行董事Katherine Voss說：“網(wǎng)絡(luò)性能對分布式運(yùn)動(dòng)控制網(wǎng)絡(luò)的成功實(shí)現(xiàn)至關(guān)重要。然而，人們經(jīng)常錯(cuò)誤使用線速作為性能的主要指標(biāo)，而實(shí)際上對有效網(wǎng)絡(luò)，比原始數(shù)據(jù)速度有一個(gè)因素更加重要。
ODVA公司認(rèn)為總的系統(tǒng)帶寬和總的協(xié)議效用至少與比特率同樣重要，據(jù)說吞吐量是帶寬最有效的措施，其也是衡量網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)整體性能的最佳方式。對吞吐量合理有效的定義指基于邏輯決策，從一個(gè)事件變化的檢測（輸入）到驅(qū)動(dòng)（輸出）的時(shí)間。
因此，ODVA說，吞吐量是幾個(gè)因素的結(jié)合，包括了協(xié)議效率（總數(shù)據(jù)包大小的數(shù)據(jù)比率），網(wǎng)絡(luò)模型（信息流動(dòng)模式/數(shù)字和消息頻率），波特率（基于電線的原始比特速度）和節(jié)點(diǎn)處理時(shí)間。
Voss說：“對于分布式控制架構(gòu)，分布式運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)是最嚴(yán)格的實(shí)例之一，通常需要大量的配置、局部化情報(bào)和復(fù)雜的算法以達(dá)到預(yù)期的機(jī)器性能?！?br />某些網(wǎng)絡(luò)如以太網(wǎng)/IP，其支持如I/O消息服務(wù)以配置軸和文件傳輸協(xié)議，與控制協(xié)議使用相同的電線。單點(diǎn)連接和內(nèi)置消息優(yōu)先權(quán)允許這種架構(gòu)提供給機(jī)械設(shè)計(jì)師分布系統(tǒng)，易于維護(hù)。
Voss說：“控制網(wǎng)絡(luò)的最大挑戰(zhàn)是添加或刪除工作單元以作功能變化，當(dāng)工作單元的組合改變時(shí)，某些網(wǎng)絡(luò)需要大量的編程 修改或信息重新布局。數(shù)據(jù)流可以改變，引起中斷錯(cuò)誤和破壞網(wǎng)絡(luò)效率。然而，面向?qū)ο竽Ｐ秃瓦壿嬏幚?，如以太網(wǎng)/IP使用的通用工業(yè)協(xié)議（CIP）允許工作 單元的添加或刪除，不需要其他網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的重新配置或通信路徑?！?br />作者信息:
Dan Hebert
PE高級技術(shù)編輯
提出最迫切的需要。欲了解更多關(guān)于邀請信息的事件，請?jiān)L問AutomationXchange.com，或聯(lián)系項(xiàng)目負(fù)責(zé)人Andy Wuebben。
連線無處不在
如果任何自動(dòng)化組件沒有像運(yùn)動(dòng)控制器一樣具有廣泛布線的需要。從中央控制器到運(yùn)動(dòng)控制器的離散信號可以包括啟動(dòng)、停止、復(fù)位、表引用指針和其他信號。典型的模擬輸出包括了速度設(shè)置點(diǎn)和模擬類型。
從運(yùn)動(dòng)控制器到中央控制器，離散信號可以包括總警報(bào)、警報(bào)代碼、執(zhí)行和位置完成。典型的模擬輸入包括了實(shí)際速度、扭轉(zhuǎn)力和其他基于信息的值。
“與硬電線連接方式相比，數(shù)字總線節(jié)省了資金和提高了性能?！?br />20根電線和電纜可以運(yùn)行在中央控制器和運(yùn)動(dòng)控制器間。將電線數(shù)與單個(gè)機(jī)器或機(jī)器人或手持材料系統(tǒng)中運(yùn)動(dòng)控制器的個(gè)數(shù)相乘，電線需求迅速，令人望而生畏。
進(jìn)入數(shù)字運(yùn)動(dòng)總線時(shí)代后，一根電纜就可以取代大量硬電線——這對簡化系統(tǒng)來說是個(gè)很好的功能，但幾乎對具有許多運(yùn)動(dòng)控制器的大型和復(fù)雜機(jī)器是必需的。
連線消失
“在更大型的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中，設(shè)備間的數(shù)字總線是進(jìn)行通信的一種最佳方式，硬電線將會導(dǎo)致不必要的復(fù)雜性或與靈活性相比，其需要更多的I/O端口，”位于阿拉巴馬州伯，明翰 先進(jìn)機(jī)械自動(dòng)化公司電氣工程師Jason Woyak說，“基于數(shù)字總線傳輸?shù)氖銛?shù)據(jù)量優(yōu)于硬電線。
先進(jìn)機(jī)械自動(dòng)化公司制造了大量各類機(jī)器，包括印刷機(jī)、送料機(jī)和堆垛機(jī)。它還建立了定制機(jī)器，范圍從臺面鋸床機(jī)器或滅火器灌裝站到貨車車軸粘合機(jī)。
某個(gè)供應(yīng)商關(guān)于布線開支的意見與Woyak觀點(diǎn)一致，還引用了其他原因走向數(shù)字世界?！霸谟羞B接設(shè)備的系統(tǒng)中，多點(diǎn)數(shù)字 接口如以太網(wǎng)，比點(diǎn)對點(diǎn)布線方案具有更低的生產(chǎn)成本，” Delta 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)公司 (www.deltamotion.com)的市場部經(jīng)理Bill Savela說，“數(shù)字網(wǎng)絡(luò)需要的連接更少，具有更好的可靠性。因?yàn)槊總€(gè)電氣接觸點(diǎn)都可能是一個(gè)潛在的故障點(diǎn)。當(dāng)硬件問題確實(shí)發(fā)生時(shí)，相比與那些使用點(diǎn)對 點(diǎn)或模擬連接的系統(tǒng)，基于網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)更易于調(diào)試和修復(fù)?！?br />運(yùn)動(dòng)網(wǎng)絡(luò)所解決的維護(hù)問題對設(shè)備制造商特別重要。位于北卡羅來納州，格林斯博羅的系統(tǒng)集成商，集成運(yùn)動(dòng)公司  的工程部副總裁Jim Mullins指出，“走向數(shù)字化導(dǎo)致布線的減少，產(chǎn)生更高的MTBF(平均故障間隔)，因而有更少的故障點(diǎn)”。
集成運(yùn)動(dòng)公司設(shè)計(jì)的眾多系統(tǒng)使用B&R工業(yè)自動(dòng)化公司的組件。毫不奇怪的是，當(dāng)數(shù)字總線帶來利潤的時(shí)候，集成商 和供應(yīng)商都站在同一戰(zhàn)線上?！坝脭?shù)字總線取代機(jī)器控制器、運(yùn)動(dòng)控制器和驅(qū)動(dòng)器中的硬電線控制電路將大大減少布線，排除潛在的錯(cuò)誤故障點(diǎn)和增加抗噪聲性 能?！?B&R公司 自動(dòng)化技術(shù)部負(fù)責(zé)人Robert Muehlfellner說。
特征比比皆是
當(dāng)硬電線系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，尋找問題的根源可能是一個(gè)真正的挑戰(zhàn)。對于許多廠商來說，走向數(shù)字化的主要優(yōu)勢是具有更好的診 斷?！半S著我們數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，在操作臺上的診斷變得很顯著?！?位于俄亥俄州，梭倫的Bardons & Oliver公司 工程部副經(jīng)理Rick Moscarino宣稱。
Bardons & Oliver公司制造數(shù)控車床和旋轉(zhuǎn)頭切割機(jī)（如圖1），也是機(jī)器人集成商。Moscarino說：“應(yīng)用程序狀態(tài)，包括發(fā)送機(jī)負(fù)載、速度和警告消息都在 很容易地被操作人員掌握，調(diào)試更加直觀，為終端用戶和OEM廠商節(jié)省了時(shí)間和資金。最重要的是，該診斷信息能被集成到控制系統(tǒng)中?！?br />設(shè)置可能是消耗時(shí)間的，Moscarino解釋說：“但是我們技術(shù)員都經(jīng)過培訓(xùn)，由于他們具有一定的經(jīng)驗(yàn)，這已經(jīng)成為了次要問題，在場地發(fā)生故障的情況下，重新啟動(dòng)已經(jīng)相當(dāng)簡單，我們通?？梢酝ㄟ^電話來支持終端用戶。”
 EtherCat技術(shù)集團(tuán) PE,PMP,北美代表Joey Stubbs對數(shù)字運(yùn)動(dòng)控制網(wǎng)絡(luò)的其他診斷優(yōu)勢給出詳述?！半S著數(shù)字接口的發(fā)展，控制系統(tǒng)可以定期監(jiān)視每個(gè)內(nèi)部寄存器，以顯示溫度、電流、故障代碼、總線 電壓、編碼器故障和電線中斷，”Stubbs說，“可以檢查如制造商、固件修訂號和序列號等信息，以確保交換組件與合適的替代品交換?！?br />另一個(gè)供應(yīng)商認(rèn)為： “隨著數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，驅(qū)動(dòng)配置和維護(hù)可以通過主要控制器直接管理，”Rockwell自動(dòng)化公司Logix運(yùn)動(dòng)市場部經(jīng)理Robert Hirschinger說：“這有助于支持目錄數(shù)字配置和減輕驅(qū)動(dòng)固件更新。在控制器級上可以得到大量的驅(qū)動(dòng)診斷和狀態(tài)信息。具有大型網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)的OEMs 廠商從單個(gè)連接點(diǎn)易于監(jiān)視、維護(hù)和配置這些信息。
現(xiàn)代高性能的數(shù)字網(wǎng)絡(luò)通過板卡傳遞功能。Yaskawa 美國電子運(yùn)動(dòng)應(yīng)用工程部高級經(jīng)理Bill Faber說，“在應(yīng)用中，運(yùn)動(dòng)總線使控制類型更加靈活，如伺服放大器中關(guān)閉所有循環(huán)的能力，包括計(jì)算、扭轉(zhuǎn)、速度和位置。一個(gè)OEM廠商現(xiàn)在可以使用機(jī) 器控制器提供軌跡，具有較高的性能。因?yàn)楫?dāng)今的伺服放大器提供極高的帶寬，還有先進(jìn)算法，如自動(dòng)振動(dòng)抑制和自適應(yīng)調(diào)整。”
分布式控制
對于許多廠商來說，數(shù)字總線優(yōu)于硬電線的最大優(yōu)點(diǎn)是它使分布式控制成為可能。分布式控制系統(tǒng)可以使用運(yùn)動(dòng)控制器來執(zhí)行許 多局部控制功能，還有機(jī)動(dòng)車速度的閉環(huán)控制。用許多運(yùn)動(dòng)控制器提供的數(shù)字和模擬I/O實(shí)現(xiàn)功能。這些先進(jìn)控制器不僅有I/O，它們還包括局部實(shí)時(shí)控制的編 程功能。
在主要控制器、運(yùn)動(dòng)控制器、其他類型遠(yuǎn)程控制器和遠(yuǎn)程I/O間使用高度數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接是可能的。分布式控制的強(qiáng)大形式使硬布線降低到最低限度。
盡管用硬電線，而不是用數(shù)字網(wǎng)絡(luò)來實(shí)現(xiàn)分布式控制也是可能的，但實(shí)際上，這沒有任何意義。分布式網(wǎng)絡(luò)需要在控制器和I/O間不斷地與大量數(shù)據(jù)通信。通過數(shù)字運(yùn)動(dòng)總線很容易實(shí)現(xiàn)，但用硬電線實(shí)現(xiàn)是很困難的。
位于馬薩諸塞州，富蘭克林的Speedline科技公司 ，負(fù)責(zé)制造印刷電路板組裝的自動(dòng)化處理機(jī)器，包括焊膏打印機(jī)、材料飲水機(jī)、微波爐和清潔機(jī)。
其模具打印機(jī)和飲水機(jī)通過CANopen總線協(xié)議實(shí)現(xiàn)分布式控制。每個(gè)機(jī)器至少有15個(gè)運(yùn)動(dòng)軸和50個(gè)I/O口。I/O 口主要是數(shù)字化的，與幾個(gè)模擬點(diǎn)混合。一臺電腦提供監(jiān)督控制，在每個(gè)軸上有一個(gè)智能運(yùn)動(dòng)控制器。約15個(gè)左右CANopen使能運(yùn)動(dòng)控制器處理局部運(yùn)動(dòng)控 制和I/O接口。如果需要，向運(yùn)動(dòng)控制器提供額外的CANopen總線I/O模塊。
“智能控制器允許我們以局部程度對實(shí)時(shí)集中任務(wù)進(jìn)行控制，以減輕主機(jī)電腦上的負(fù)擔(dān)。”Speedline公司主電氣工程師John Klauser解釋說。
數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)的分布式控制通常需要對來自不同廠商的運(yùn)動(dòng)控制器進(jìn)行混合和匹配，以最大限度地提高性能。美國國家儀器 DAQ/視覺/運(yùn)動(dòng)產(chǎn)品部經(jīng)理Christian Fritz指出：“常規(guī)標(biāo)準(zhǔn)允許客戶對每個(gè)任務(wù)選擇最佳機(jī)動(dòng)控制器，隨著數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)的分布式控制發(fā)展，驅(qū)動(dòng)器不僅需要交換相關(guān)控制數(shù)據(jù)，而且需要傳輸狀態(tài) 信息和設(shè)置參數(shù)。只需改變配置，客戶就可以改變連接到控制器的電機(jī)類型，例如從感應(yīng)到永磁伺服電機(jī)?！?br />數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)的分布式控制可以對許多運(yùn)動(dòng)部件的機(jī)器提供特殊優(yōu)勢，如機(jī)器人。在這些情況下，數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)致的布線降低意味著設(shè)計(jì)師只需要運(yùn)行單排線，而不是大量硬電線。
ABB機(jī)器人公司制造焊接和其他機(jī)器人，其中許多機(jī)器人使用數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)分布式控制（如圖2）。 ABB機(jī)器人公司 產(chǎn)品部經(jīng)理Per Carlsson指出：“隨著數(shù)字通信的發(fā)展，我們可以將驅(qū)動(dòng)組件分布在遠(yuǎn)離主控制器的位置，如在機(jī)器人內(nèi)部或機(jī)器人手臂上?！?br />好東西來之不易
當(dāng)涉及到原始速度時(shí)，沒有什么能與硬電線相比，因此從硬電線到數(shù)字的改變需要特別注意速度要求。位于俄亥俄州，梅森的 Intelligrated公司控制和軟件開發(fā)部經(jīng)理Jeffrey Hanna說： “我們的主要挑戰(zhàn)是設(shè)計(jì)總線以保持其在所要求的更新速率上?！?br />集成供應(yīng)商提供倉儲、分配、郵政、包裹和生產(chǎn)環(huán)境的材料處理解決方案。它生產(chǎn)傳輸、定寸、堆積和排序的機(jī)械設(shè)備。其系統(tǒng)通常涵蓋非常大的地區(qū)，使數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)尤其具有挑戰(zhàn)性。
公司的運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)使用至少80個(gè)伺服電機(jī)和變頻驅(qū)動(dòng)器，所有這些設(shè)備都通過Profibus總線連接。“盡管我們的要求不 包含多軸協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)，但他們需要非常嚴(yán)格的速度控制，我們經(jīng)常需要多個(gè)網(wǎng)絡(luò)來實(shí)現(xiàn)，”Hanna繼續(xù)說，“根據(jù)需求，我們設(shè)計(jì)具有1毫秒，2毫秒或5毫秒更 新速率的網(wǎng)絡(luò)。Profibus-DP有固定的信息格式，基于網(wǎng)絡(luò)速度、節(jié)點(diǎn)數(shù)量和數(shù)據(jù)容量的更新速率是可預(yù)測的和確定性的。我們以1.5到12Mbps 速度運(yùn)行網(wǎng)絡(luò)。電纜長度可能與銅材料有關(guān)，因此從控制器到網(wǎng)絡(luò)的第一個(gè)節(jié)點(diǎn)，我們使用光纖以滿足速度要求?！?br />數(shù)字運(yùn)動(dòng)總線優(yōu)于硬電線的優(yōu)勢
1. 更少的布線
2. 增加的帶寬
3. 更適合于分布式控制
4. 所需維修更少
5. 更好的抗噪聲
6. 更好的診斷
7. 更易化的軟件/固件運(yùn)動(dòng)控制器更新
8. 更精確的同步
9. 增加/減少控制器更靈活
10. 降低設(shè)置時(shí)間 盡管Hanna描述的配置沒有同步要求，其他運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)也是如此?！皩?shù)字運(yùn)動(dòng)總線的時(shí)鐘周期同步可以采用一種或兩種方式實(shí)現(xiàn)”， Siemens公司運(yùn)動(dòng)控制器產(chǎn)品部經(jīng)理Zuri Evans解釋說，“第一種方式是發(fā)送一個(gè)中斷事件給控制器讀取輸入或設(shè)置輸出。該方法的缺點(diǎn)是系統(tǒng)不允許高優(yōu)先權(quán)任務(wù)的中斷，如運(yùn)動(dòng)控制，因此中斷必須等到直到高優(yōu)先權(quán)任務(wù)完成，其將產(chǎn)生抖動(dòng)。”
 
為了減少抖動(dòng)，分布式設(shè)備有自己的高速率系統(tǒng)時(shí)鐘，其與控制時(shí)鐘同步。Evans繼續(xù)說：“當(dāng)設(shè)置輸入時(shí)，分布式設(shè)備捕 獲時(shí)間戳。然后該設(shè)備在同步數(shù)字現(xiàn)場總線上發(fā)送該時(shí)間戳，控制器推算事件發(fā)生時(shí)的時(shí)間位置。這使得抖動(dòng)達(dá)到少于1毫米的精度。這也允許控制器推算出事件發(fā) 生時(shí)多軸所在的位置，不只是一個(gè)軸。”
實(shí)現(xiàn)數(shù)字總線的挑戰(zhàn)
1. 滿足速度要求
2. 選擇合理的總線
3. 尋找兼容組件
4. 培訓(xùn)人員
5.克服惰性 另外一個(gè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)涉及到合理的電纜屏蔽。集成運(yùn)動(dòng)公司的Mullins指出：“我們必須
使用正確的電纜和布線方法，以確保數(shù)字總線不被電氣噪聲妥協(xié)，我們應(yīng)該緊密關(guān)注制造商推薦的屏蔽措施?！?br />Mullins說，另一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)是需要對不支持通用數(shù)字總線協(xié)議的不同運(yùn)動(dòng)控制器進(jìn)行集成。他補(bǔ)充說：“在這種情況下，數(shù)字總線轉(zhuǎn)換器模塊可以被使用，但其提高了成本和復(fù)雜性。”
 
如果只有一個(gè)數(shù)字網(wǎng)絡(luò)并且如果所有控制組件與該網(wǎng)絡(luò)連接，那么集成將變得很容易，但是情況并非如此?！耙?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)可以改變，所以設(shè)備互操作性通常是一個(gè)與運(yùn)動(dòng)總線相關(guān)的問題，”   Kollmorgen 產(chǎn)品生產(chǎn)線經(jīng)理Josh Jensen 指出，“不同的網(wǎng)絡(luò)具有不同程度的功能驗(yàn)證和設(shè)備互操作性測試。這可能會導(dǎo)致延遲并產(chǎn)生費(fèi)用，但假設(shè)堅(jiān)持相同的規(guī)格選擇兩個(gè)設(shè)備時(shí)，區(qū)別可能并不明顯。” 為了解決該問題，Jensen說Kollmorgen公司保持SynqNet互操作實(shí)驗(yàn)室，繼續(xù)對所有設(shè)備的組合進(jìn)行測試。
數(shù)字化可以做到這一切嗎？
從理論上來說，一個(gè)具有良好設(shè)計(jì)的數(shù)字網(wǎng)絡(luò)不需要任何輔助硬電線，但實(shí)際上情況并非總是如此。“大多數(shù)驅(qū)動(dòng)器讓使能輸入端采用硬電線，因此即使總線通信中斷，驅(qū)動(dòng)器可能被關(guān)閉?！毕冗M(jìn)機(jī)械自動(dòng)化公司的WoyaK指出。
盡管實(shí)現(xiàn)獨(dú)立的數(shù)字安全總線是可能的，但在所有應(yīng)用中，這并沒有任何意義?！氨M管許多廠商提供了安全數(shù)字總線，一些用戶 還是喜歡硬電線安全電路，因?yàn)椴恍枰幊?，或許還因?yàn)檩^低的硬件成本，”集成運(yùn)動(dòng)公司的Mullins指出，“使用安全數(shù)字總線的優(yōu)點(diǎn)對大系統(tǒng)來說是很顯 著的，安全運(yùn)動(dòng)功能在系統(tǒng)中由應(yīng)用程序來滿足。”
添加安全功能到運(yùn)動(dòng)總線通常是成本和性能的問題，而不是技術(shù)可行性問題。CAN 自動(dòng)化公司管理部負(fù)責(zé)人Holger Zeltwanger說：“在CANopen和許多其他運(yùn)動(dòng)總線上，如果有足夠的帶寬，您可以將安全相關(guān)信息與非安全相關(guān)信息混合。借助于兩個(gè)網(wǎng)段，某些 系統(tǒng)設(shè)計(jì)師可能更傾向于獨(dú)立的安全和非安全消息，其通過網(wǎng)關(guān)或路由器互連接?！?br />隨著數(shù)字化運(yùn)動(dòng)控制網(wǎng)絡(luò)變得越來越普及，他們最終將納入整個(gè)控制系統(tǒng)中，廢除幾乎所有硬電線。B&R公司的 Muehlfellner預(yù)言：“驅(qū)動(dòng)器中的集成安全功能將刪除對硬電線驅(qū)動(dòng)使能信號的需要。這些驅(qū)動(dòng)器也將提供額外的安全功能，如安全停滯——是電機(jī)能 在動(dòng)力下保持的一種狀態(tài)，而機(jī)器是電子停止、安全停止、安全速度和更多的停止?fàn)顟B(tài)。典型的驅(qū)動(dòng)器I/O和限位開關(guān)，還有主編碼器，和家里一樣，也將被遠(yuǎn)程 聯(lián)網(wǎng)。”
為了說得更直觀點(diǎn)，使用大家都明白的比喻，我們借用了設(shè)備制造商的一句話?！鞍踩δ艿耐耆W(wǎng)絡(luò)控制正在逐漸出現(xiàn)，” Speedline's Klauser相信，“如果自動(dòng)汽車可以通過網(wǎng)絡(luò)駕馭和剎車，安全性可以通過類似方法在機(jī)器上實(shí)現(xiàn)?！?br />位于蘇塞克斯，威斯康星州的Quad Graphics 是一家商業(yè)印刷機(jī)公司。該公司的圖形再制造和技術(shù)（GR/T）部門所提供自動(dòng)化和其他技術(shù)，領(lǐng)先于現(xiàn)有的印刷技術(shù)和定制膠印印刷機(jī)。無論是其印刷部門還是 精整部門，Quad公司已對現(xiàn)有的18多個(gè)印刷機(jī)進(jìn)行了重新制造，還有配套設(shè)備。
對于運(yùn)動(dòng)控制，GR/T部門廣泛使用數(shù)字總線通信。GR/T部門的項(xiàng)目技術(shù)支持員Dave Leitinger 說：“我們的舊印刷機(jī)使用基于繼電器和硬電線連接的模擬控制平臺，處理器和通信速度緩慢，且不是實(shí)時(shí)性的。速度、模塊化和傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量是當(dāng)今市場的關(guān)鍵因 素。隨著Profibus 和 Profinet的發(fā)展，我們已經(jīng)能夠?qū)⑾冗M(jìn)的數(shù)字技術(shù)帶到再制造印刷行業(yè)。這使得我們能夠廢除舊線軸和慢速的HMIs，將IT世界帶到工廠車間?，F(xiàn)在我 們有能力模塊化輔助印刷設(shè)備， 并把具有開關(guān)翻轉(zhuǎn)功能的設(shè)備帶到生產(chǎn)線上?！?br />Leitinger 說，數(shù)字總線已經(jīng)為具有更多的帶寬、更高的可擴(kuò)展性、TCP/IP互聯(lián)網(wǎng)兼容性、安全集成和實(shí)時(shí)確定性的系統(tǒng)控制，打開了通信體系架構(gòu)。
目前的一個(gè)項(xiàng)目是對現(xiàn)有的印刷機(jī)重新制造，分為兩個(gè)獨(dú)立的印刷生產(chǎn)線，每個(gè)生產(chǎn)線能夠獨(dú)立在線完成生產(chǎn)?！拔覀儽仨毷褂?一個(gè)翻轉(zhuǎn)開關(guān)來關(guān)閉兩個(gè)生產(chǎn)線中的其中一個(gè)，將兩個(gè)印刷生產(chǎn)線變?yōu)閱蝹€(gè)生產(chǎn)線，” Leitinger指出，“這需要100多個(gè)Profibus總線，14個(gè)Profinet點(diǎn)，90個(gè)運(yùn)動(dòng)控制軸和28個(gè)HMIs?！彼羞@些組件同時(shí)必 須提供安全性集成和實(shí)時(shí)響應(yīng)。
Leitinger說：“通過高速數(shù)字網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)該控制系統(tǒng)，降低了安裝和硬件成本，Profinet能以250微秒的周 期實(shí)時(shí)性地滿足高速率要求，幾乎沒有延遲變化。除了新組件以外，新型控制系統(tǒng)需要更少的控制柜地面空間和開放拓?fù)湓O(shè)施?，F(xiàn)在我們有了遠(yuǎn)程訪問診斷工具，還 有生產(chǎn)所需要的數(shù)據(jù)捕獲?！?br />新型控制系統(tǒng)廢除了硬電線的安全控制?，F(xiàn)在安全站、警衛(wèi)和機(jī)動(dòng)控制對西門子Simatic故障安全PLCs和具有安全扭轉(zhuǎn)切斷功能的Simatic驅(qū)動(dòng)器是有線冗余和局部性的。
“Pofisafe的Profinet使我們在現(xiàn)場總線上批準(zhǔn)安全信號，同時(shí)遵守所有安全性協(xié)議和標(biāo)準(zhǔn)，” Leitinger總結(jié)說，“這給予我們在現(xiàn)場總線上批準(zhǔn)安全相關(guān)信息的優(yōu)勢，同時(shí)節(jié)省了額外和昂貴的布線費(fèi)用。”
如何測量吞吐量
在運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中，從硬電線到數(shù)字網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)換的一個(gè)主要挑戰(zhàn)是能夠保持足夠的速度。原始規(guī)格只講述了故事的一部分
數(shù)字網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)組織 ODVA 公司的執(zhí)行董事Katherine Voss說：“網(wǎng)絡(luò)性能對分布式運(yùn)動(dòng)控制網(wǎng)絡(luò)的成功實(shí)現(xiàn)至關(guān)重要。然而，人們經(jīng)常錯(cuò)誤使用線速作為性能的主要指標(biāo)，而實(shí)際上對有效網(wǎng)絡(luò)，比原始數(shù)據(jù)速度有一個(gè)因素更加重要。
ODVA公司認(rèn)為總的系統(tǒng)帶寬和總的協(xié)議效用至少與比特率同樣重要，據(jù)說吞吐量是帶寬最有效的措施，其也是衡量網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)整體性能的最佳方式。對吞吐量合理有效的定義指基于邏輯決策，從一個(gè)事件變化的檢測（輸入）到驅(qū)動(dòng)（輸出）的時(shí)間。
因此，ODVA說，吞吐量是幾個(gè)因素的結(jié)合，包括了協(xié)議效率（總數(shù)據(jù)包大小的數(shù)據(jù)比率），網(wǎng)絡(luò)模型（信息流動(dòng)模式/數(shù)字和消息頻率），波特率（基于電線的原始比特速度）和節(jié)點(diǎn)處理時(shí)間。
Voss說：“對于分布式控制架構(gòu)，分布式運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)是最嚴(yán)格的實(shí)例之一，通常需要大量的配置、局部化情報(bào)和復(fù)雜的算法以達(dá)到預(yù)期的機(jī)器性能。”
某些網(wǎng)絡(luò)如以太網(wǎng)/IP，其支持如I/O消息服務(wù)以配置軸和文件傳輸協(xié)議，與控制協(xié)議使用相同的電線。單點(diǎn)連接和內(nèi)置消息優(yōu)先權(quán)允許這種架構(gòu)提供給機(jī)械設(shè)計(jì)師分布系統(tǒng)，易于維護(hù)。
Voss說：“控制網(wǎng)絡(luò)的最大挑戰(zhàn)是添加或刪除工作單元以作功能變化，當(dāng)工作單元的組合改變時(shí)，某些網(wǎng)絡(luò)需要大量的編程 修改或信息重新布局。數(shù)據(jù)流可以改變，引起中斷錯(cuò)誤和破壞網(wǎng)絡(luò)效率。然而，面向?qū)ο竽Ｐ秃瓦壿嬏幚?，如以太網(wǎng)/IP使用的通用工業(yè)協(xié)議（CIP）允許工作 單元的添加或刪除，不需要其他網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的重新配置或通信路徑?！?br />作者信息:
Dan Hebert
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