账号:
密码:
CTIMES / 文章 /   
产线自动化趋势升温 整合伺服系统优势明显
运动控制关键核心

【作者: 王岫晨】2020年02月24日 星期一

浏览人次:【1411】
  

整合式伺服系统,是由一条电源线提供连结并驱动所有伺服马达。这种系统可省去大量配对於未来工业4.0的工业产线自动化,这将会是一个重要趋势。


伺服驱动器与马达整合成伺服驱动模组元件是趋势。目前整合式的伺服系统,已将伺服驱动器与伺服马达整合为一。


运动控制是近年来自动化产业的重点发展技术之一,这种控制技术是以软体平台的CPU核心来进行指定功能,只要以软体的方式,透过单一网路线如EtherCAT即控制各种马达、机器,如此可以节省电缆、AD/DA转换电路等成本,并降低空间占用与噪音量。


基本上,运动控制是透过软体以函式库与高阶语法,来进行运动控制的开发,这种架构适合用在规划大型系统的应用环境。在大型系统应用上,软体运动控制可进行较为复杂的动作规划,这种作法通常在传统以PLC为主的架构上不易做到。


而运动控制除了弹性之外,另外一个发展重点在於智慧制造的最终目标,使用者可以任意调整产线的产能与制程项目,让运动控制依需求进行调整。不过工业通讯标准仍处百家争呜的情况,要透过系统来达成即时性控制需求的设定会有一定困难,这也是现在软体运动控制在技术发展上,必须克服的挑战。


运动控制系统的元件

在一个运动控制系统中,通常都会包含许多不同层面的元件。这包括以下元件:


●应用软体:应用软体可设定目标位置与运动控制轨迹(Profile)。


●运动控制器:运动控制器如同系统的大脑,可管理目标位置与运动轨迹、建立马达所应行进的轨道、针对伺服马达输出+/-10V的讯号,或针对步进马达输出步进与方向脉波。


●放大器或驱动:放大器(亦称为驱动)可接收控制器的指令,并产生所需的电流以转动马达。


●马达:马达将电能转换为机械能,产生足够力矩将马达推送至所需的位置。


●机器要素:马达可为某些机器提供力矩。其中包含滚珠滑组(Linear slide)、机器手臂,与特殊致动器。


●反??装置或位置感测器:位置反??(Feedback)装置并非所有运动控制应用所必须(如控制步进马达),却为伺服马达所必要。反??装置一般为相位差编码器(Quadrature encoder),可感测马达位置并将结果回报予控制器,以关闭运动控制器的??路。


步进马达与伺服马达

在运动控制的关键元件中,马达是用於将电能转换为机械能,并产生足够力矩以推送至所需的位置。马达种类繁多,形状和尺寸各有不同。大多数用於运动控制的马达,都属於步进马达与伺服马达。



图一 : 伺服马达具有控制??路可以检查马达当下的状态,因此比步进马达更为稳定。
图一 : 伺服马达具有控制??路可以检查马达当下的状态,因此比步进马达更为稳定。

步进马达是一种常见的马达种类。相较於尺寸相近的伺服马达,步进马达较便宜,而且更容易使用。步进马达由於依照离散的节距转动,因此称为步进马达,设计上通常需要一个步进驱动器和控制器才能控制步进马达。透过为驱动器提供步进和方向讯号,再由驱动器解读 这些讯号并驱动,即可控制步进马达。步进马达可以采用开放??路配置运作,因此适用於低成本的应用。


通常随着步进马达低速运转时会产生高扭矩,至於高速运转时扭矩则为低。除非驱动器具有微步进(micro-stepping)功能,否则低速运转时,步进马达容易有断电情况。高速运转时,步进马达扭矩较高,因此较为稳定。至於空转时,由於电流在步进马达绕组中连续流动,使得步进马达比尺寸相近的伺服马达具有更高的转矩。


伺服马达

伺服马达是对用於使用伺服机构的电动机总称。所谓伺服系统,就是依照指示命令动作所构成的控制装置,应用於电机的伺服控制,将感测器装在电机与控制对象机器上,侦测结果会返回伺服放大器与指令值做比较。由此可知,因为伺服电机是以回??讯号控制,与藉由输入脉冲讯号控制的步进电机有所区别。



图二 : 伺服马达系统对於工业4.0的产线自动化,将是一个重要趋势。
图二 : 伺服马达系统对於工业4.0的产线自动化,将是一个重要趋势。

伺服马达不同於步进马达,主要的差异是伺服马达会按照定义来使用控制??路运行,并且需要某种反??。控制??路则利用来自马达的反??,藉以帮助马达来实现所需的位置与速度等不同状态。伺服马达的控制??路有很多种类,常见的控制回路是PID控制??路。


使用PID控制??路时,就需要调谐伺服马达,其用意在於使马达以理想的方式运作。虽然马达调谐是非常困难且繁琐的过程,但却可以让使用者更容易控制马达的行为。由於伺服马达具有控制??路可以检查马达当下的状态,因此伺服马达通常比步进马达更为稳定。伺服马达的控制??路会不断检查马达是否在正确的路径上,如果不是,将会进行必要的调整。相较之下,步进马达如果因为任何原因导致失常时,将没有控制??路来进行补偿。


一般而言,除非步进马达使用了微控制,否则伺服达比起步进马达将更能够顺畅运作。此外,随着速度的增加,伺服马达的扭矩保持不变,因此在高速运作下(通常高於1000RPM)能够比步进马达更为顺畅。


伺服系统

伺服驱动器与马达整合成伺服驱动模组元件是趋势。一般伺服系统与整合伺服系统并不相同,一般伺服系统通常是一个伺服马达搭配一台伺服驱动器。而整合式的伺服系统,已将伺服驱动器与伺服马达整合为一。如此一来,控制箱配线将省下七成,对於未来工业4.0的产线自动化可提供更简便配线的解决方案。


整合式伺服系统的连结,是藉由一条电源线提供环路上所有伺服马达整合驱动器的系统,同时也透过一条控制通讯线连结。这种系统可省去大量的配线与电控箱的装置,可以节省许多线材与电控箱费用,更可以延伸应用。对於未来工业4.0的工业产线自动化,这将会是一个重要趋势。另外,由於整合伺服系统是将驱动器与马达整合在一个元件,驱动器的发热也将成为一个重要议题。此时可选用低损耗的功率元件,例如有日本公司已开始采用新一代的GaN元件推出低功耗新产品。


结语


图三 : 运动控制除了弹性之外,另外一个发展重点在於智慧制造的最终目标。
图三 : 运动控制除了弹性之外,另外一个发展重点在於智慧制造的最终目标。

伺服马达的动作特性是进行位置定位控制和动作速度控制,其主要特点是转速可以精确控制、速度控制范围广,除了可以稳定等速运转之外,还可以根据需求随时变更速度,即使在极低速度也可以稳定转动,不只能迅速做出正转与逆转,也能迅速加减速。在由静态改为动态运作,或由动态改为静态运作所需费时极短,而且即便有外力附加於上仍可以保持位置。并在额定容量范围内瞬间产生大转矩,输出功率大且效率也高。


伺服马达对於产线工业自动化格外重要,特别是藉由整合式的伺服系统连结,透过一条电源线提供线路上所有伺服马达整合驱动器的系统,同时也透过一条控制通讯线来进行连结,这将是未来工业4.0的一个重要趋势。


相关文章
烘得你衣
音缘线
多功能平面清洗机构
卓越的编码器技术满足不妥协工业环境应用之要求
传动系统朝向AI自我预先维护机制技术发展
comments powered by Disqus
相关讨论
  相关新闻
» 2020年迎接企业危机亦转机 可??借道5G专网转型成长
» 响应台商回流政策 工业自动控制大厂营运总部动土
» 物联网资安联合检测中心成立 引领台湾物联网装置接轨国际
» 东元跨足电动车动力系统 自主产制车用马达和驱动器
» 面临新型肺炎挑战 考验制造业数位化能力
  相关产品
» Fluke首款可携式囗袋热像仪上市
» Fluke首款工业声学成像仪ii900上市
» Fluke四款640 x 480解析度热像仪齐登场
» 明纬扩充EPP-500系列
» KNX用於现代建筑 可降低事後维护与火灾风险

AD


刊登廣告 新聞信箱 读者信箱 著作權聲明 隱私權聲明 本站介紹

Copyright ©1999-2020 远播信息股份有限公司版权所有 Powered by O3
地址:台北市中山北路三段29号11楼 / 电话 (02)2585-5526 / E-Mail: webmaster@ctimes.com.tw