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机械设备中的网络控制技术

机械设备中的网络控制技术 2011： 大家在市场上纷纷讨论机械控制网络解决方案，但是，很多公司仍然徘徊于是否使用这些方法。那么，向你的竞争对手学习吧，看看四家机械制造生产商怎样使用最新的运动总线技术促进新型机械设备的设计，控制它们的运动、逻辑运算、人机接口（HMI）以及工厂间的通信。以太网将修边机引向前沿早期的现场总线网络的解决方案有时无法提供复杂的、精密的机床所需的加工量。因此，当IMA（>

在控制系统架构中提供整合的EtherCAT、Profibus和CANopen通讯协议

Novimat Concept是一个单面，自动的修边系统。当材料通过该机床时，机床对其进行单板整边，修边和饰面。他预见了在机床上完全实现EtherCAT技术后的潜力，这样就能够利用最新、最强大的工业计算机技术。目前大型的生产线需要两台电脑：一台用于用户接口；另一台用于实时控制。Redeker补充道：“希望将来在这些系统中能够只用一台电脑。同时，如果能够只使用一种现场总线，那么工程上和维修上也将简单很多。”集于一体的建模、仿真和控制柱面坐标测量机床中，将轴承环与旋转的主轴定心自动化，就是检测并执行动作。但是当目标精度是1—2微米，给定不同尺寸、重量的轴承，并且零件上可能还有油，同时适应系统的摩擦，这样的机床是很出众的。统一的解决方案 克莱蒙森大学（Clemson University）的国际汽车研究中心（International Center for Automotive Research）总监Thomas Kurfess博士说：“尽管这是一个简单的系统，但在这例应用中你还有很多不知道的地方。用PID控制器使控制精度达到1微米是很困难的，原因多是有摩擦的存在。但是现在，可以使用标准运动控制平台来做到。”

Novimat Concept 是一个单侧的，自动直线封边系统，专为接缝、封边和边沿的精加工使用

Timken 公司 (>

高质量的自动直线封边机实现运动网络化控制

需要效率设计一个有效的控制系统将人工对中的过程自动化，目的是减少定心所用的周期时间。与手工操作相比，自动化系统只需要人工测量时间的15%。这个自动控制系统由一个线性滑块和一个带有空气轴承的精密转轴组成，空气轴承的作用是提高运动精度以及使运动平滑。一个LVDT位移传感器作为测量装置安装在线性滑块上，与一个固定推杆触点一起驱动轴承环。 一个有效的控制系统使轴承定心的过程自动化,显著的减少了定心所用的时间。应用：在柱面坐标测量机床中，使给旋转主轴上的轴承环定心的过程自动化。工程挑战：减少准备时间；保证在高度动态机床系统中，给轴承环定心的重复误差为1½到2微米。控制方法：使用LabView控制设计和仿真软件，硬件包括PXI/Compact PCI卡和用于运动控制的Soft Motion驱动。系统概述：● LabView Control Design Toolkit，实时和仿真模块● Soft Motion驱动● 测量装置选用LVDT位移传感器● 卡尔曼滤波器处理原始数据设计上的挑战设计者使用NI公司的 Labview 控制设计工具箱设计并分析系统中的高阶回路环，并可以通过编程给噪声测量装置的输出使用一个定制的卡尔曼滤波器。Kurfess说：“Labview的伟大之处在于它的信号处理和采样，并不是它的控制功能。”但是，现在的Labview针对基于DSP和FPGA的实时对象，可以使你重新考虑你的控制方法。时间分段功能和软件的优先级可设置扩大了我们的使用范围。十年前，我们选用一个样本并对它进行加工，之后在控制方面，我们做了一些工作研究它的模拟输出。以前软件运行速度取决于计算机，并且你没有很多的性能保证。在新的实时控制目标下，就可以实现对运转性能的保证，并且你可以设置软件的优先级。

系统在由于轴承大小、重量和润滑等因素影响而形成的不同摩擦力下，成功实现重复性精度1.5-2微米

Kurfess补充道，在这个应用中使用Soft Motion，使系统的硬件完全透明、无缝并且易于编程。他说：“实时控制器在软件中运行，你需要做的就是转换Soft Motion，以改变对象。你可以改变使其直接在DSP上运行程序，而不用必须在计算机上运行。”

控制系统使用了NI的软件运动控制技术

电子动力轴驱动的印后加工设备在下一代的Pacesetter上使用集中控制、面向对象的软件、数字联网和紧密耦合、复合坐标伺服控制是Goss International成功的秘诀？这就是1100印刷滚压机的解决方法。新型机床的设计抛弃了传统机床的动力轴方法，取而代之的是使用尖端的联网控制，这种控制能够保证在网络中任何地方的伺服机构与高速I/O口之间紧密的同步。

控制系统自动使轴承环定心，节约了原来定心的次数

工程上的挑战 根据Goss的高级工程师，Atef T. Massoud博士的说法，他认为实现集中控制，并且用单一的位置基准协调系统中大量的轴是工程上面临的最主要的挑战。在Pacesetter之后呢？1100是一台基于模块化的机床，它的装配方式是可以根据需要而改变，以适应大批量生产任务的要求。它可以使用六个到四十个进料口，额定速率达到2000件每小时，最多能够有45根轴。然而，用同样的运动控制方法，选用Goss的另一种印后加工设备可以有94根轴。在这个应用中，Goss选用MEI/Danaher Motion (>

新的印后加工设备中，虚拟分拣取代了传统的机械式分拣，并且在系统的伺服电机和高速I/O 接口间形成高度同步

以太网通信 这个应用中面临的另一个挑战是怎样将各个轴的状态与上层控制器或PLC之间进行通信。在生产线上，当传动轴系变成伺服控制之后，Pacesetter上仍然保留了原来的某些零部件？1100从以前的设计中保留下来的零部件之一是PLC，用于控制机床的逻辑性能。通过在PLC和eXMP控制器之间采用以太网进行通信，使用这种方法后，当通信的频带宽度和传输速度增加时可以减轻PLC的通信计算强度。另外，完整的诊断信息可以通过通信，并用进料口处的带触摸屏的HMI显示。

Pacesetter 1100 模块化的设计能接受来自任何地方的6－40个分线站，以满足生产需求。

原载《DESIGN NEWS China》(end)

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