在即將于11月7-11日開幕的第19屆工博會(huì)上，眾多自動(dòng)化領(lǐng)域領(lǐng)先企業(yè)將集中展示智能制造的核心技術(shù)和前端產(chǎn)品，紛紛現(xiàn)場(chǎng)演繹“智能制造”“智慧工廠”的實(shí)際應(yīng)用。與此同時(shí)，埃莫運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)（上海）有限公司（以下簡(jiǎn)稱：埃莫）著力打造自動(dòng)化領(lǐng)域內(nèi)的細(xì)分市場(chǎng)，重點(diǎn)推出運(yùn)動(dòng)控制相關(guān)解決方案，為廣大參展企業(yè)與專業(yè)觀眾提供更高效的參與體驗(yàn)。

讓智能機(jī)器更智能

　　感知、識(shí)別、交互、共享，這些手段雖然在科技圈里有一小波人玩得很轉(zhuǎn)，但放到具體的生產(chǎn)過程中仍是高高在上、遙不可及。如何讓它們最具性價(jià)比？埃莫一直鼎力推進(jìn)讓智能機(jī)器更加智能、更具性價(jià)比，共直流母線方案是一個(gè)例子，經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的高性能步進(jìn)電機(jī)直驅(qū)方案是另一個(gè)例子。

共直流母線方案

　　伺服應(yīng)用功率消耗的本質(zhì)就是無數(shù)次加減速過程中需要消耗瞬時(shí)的峰值功率，而平均功率消耗則非常低。在“共交流母線”應(yīng)用中，每一個(gè)伺服驅(qū)動(dòng)器的電源部分被設(shè)計(jì)成必須能滿足峰值功率的需求。相反地，采用“共直流母線”，平均功耗與總的瞬時(shí)功耗比則低得多。

　　“共直流母線”一個(gè)非常大的優(yōu)點(diǎn)就是可以共享制動(dòng)電路。伺服操作的特點(diǎn)就是短時(shí)而劇烈的剎車或換向。由于驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)生的再生能量同時(shí)反饋給直流母線的情況很少，一個(gè)“共享的”制動(dòng)電阻就可以同時(shí)滿足多個(gè)伺服驅(qū)動(dòng)器的制動(dòng)需求。而在“共交流母線”的情況下，每一個(gè)驅(qū)動(dòng)器的制動(dòng)電阻必須夠大才能吸收電機(jī)產(chǎn)生的再生能量，而且無法得到周圍其他驅(qū)動(dòng)器制動(dòng)電路的支持。因此，就造成了制動(dòng)電路能力的浪費(fèi)。

　　在很多伺服應(yīng)用上，當(dāng)一個(gè)伺服驅(qū)動(dòng)器剎車時(shí)，其他的則處于“電機(jī)驅(qū)動(dòng)”狀態(tài)（耗電）。采用共直流母線甚至不需要開啟制動(dòng)電路，能量就可以從剎車電機(jī)流向驅(qū)動(dòng)電機(jī)，因此減少了再生過程中可觀的熱損耗。在“收卷-放卷”應(yīng)用中，甚至可以減少超過80%的熱損耗。

除此之外，共直流母線還可以節(jié)省元器件如整流電路、壓敏電路、浪涌抑制電路、EMI電路、制動(dòng)電阻、電容等重復(fù)搭配。

高性能步進(jìn)電機(jī)直驅(qū)方案

　　大多數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)伺服電機(jī)設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速是從1500RPM到3000 RPM。在很多情況下，最大的應(yīng)用速度是較低的。要“調(diào)整”應(yīng)用速度有兩個(gè)主要方式：1、機(jī)械減速機(jī)構(gòu)（齒輪）；2、直接驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī) 。

　　第一種“調(diào)整”方式添加了一級(jí)機(jī)械傳動(dòng)，這會(huì)減少電機(jī)和齒輪單元的壽命，降低精度（背隙）、增加成本，并降低效率。一個(gè)一級(jí)減速機(jī)（減速比達(dá)10:1）只有 ≈80%的效率（優(yōu)質(zhì)的減速機(jī)可達(dá)將近90%）；第二種“調(diào)整”方式是一個(gè)高性能的解決方案，但成本很高，在很多情況下是難以負(fù)擔(dān)的。

　　為解決以上問題，埃莫推出了經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的高性能直驅(qū)解決方案。埃莫的方案由以下部分組成：1、標(biāo)準(zhǔn)步進(jìn)電機(jī)；2、高分辨率的編碼器；3、高性能的步進(jìn)伺服驅(qū)動(dòng)器。

　　相較于一般意義上的直驅(qū)方案(DDR)，步進(jìn)電機(jī)直驅(qū)(DDR)方案的成本低了50% -60%，這可以鼓勵(lì)大家從減速機(jī)方案轉(zhuǎn)向直驅(qū)方案，消除機(jī)械減速機(jī)所帶來的能源浪費(fèi)。據(jù)悉，埃莫的步進(jìn)電機(jī)直驅(qū)(DDR)方案扭矩最高可達(dá)20 NM。

助力“中國制造2025”

　　埃莫是行業(yè)內(nèi)處于領(lǐng)先地位的供應(yīng)商，主要研發(fā)和制造具有高級(jí)運(yùn)動(dòng)控制功能的緊湊型高功率密度伺服放大器和數(shù)字伺服驅(qū)動(dòng)器。深化與制造業(yè)、能源、航空、創(chuàng)新、中小企業(yè)等合作，目前已初見成效。

　　在“中國制造2025”的大背景下，埃莫致力于用看似 “裝備”較少的機(jī)器來完成以往“重型”機(jī)器所負(fù)擔(dān)的任務(wù)。例如，對(duì)比分析以下兩種貼片 (SMT) 抓取放置機(jī)器的案例：兩種機(jī)型的生產(chǎn)任務(wù)要求都很高，要求高產(chǎn)能及高質(zhì)量，都采用雙龍門結(jié)構(gòu)，Z軸組件部分控制元器件上下位移及旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，工藝對(duì)象是相同尺寸的 PCB，在里面放置相似的高密度小型零部件。然而，它們的設(shè)計(jì)、運(yùn)動(dòng)方式和每小時(shí)產(chǎn)能 (cph) 卻有顯著差異。機(jī)器A的重量為 2000kg，體積為 5.2m3，而機(jī)器B的重量?jī)H為 1200kg，體積為 3.9m3（少 33％），并且產(chǎn)能更高。更小、更輕、看似 “裝備”較少的機(jī)器怎么可能勝過“重型”機(jī)器？  

獨(dú)特的龍門控制

傳統(tǒng)的龍門控制算法都是采用復(fù)雜的集中式控制架構(gòu)，這種架構(gòu)需要一個(gè)主控制器處理龍門算法，每個(gè)軸配置一個(gè)驅(qū)動(dòng)器。除了物理復(fù)雜性之外，這種架構(gòu)往往會(huì)加重通訊總線負(fù)載。

采用了精益控制概念來設(shè)計(jì)的機(jī)器可僅由兩個(gè)伺服驅(qū)動(dòng)器來實(shí)現(xiàn)分布式龍門控制。主控制器不需要參與龍門控制算法，伺服驅(qū)動(dòng)器安裝在負(fù)載側(cè)，這種方式可顯著降低開銷。減少或消除了消耗過多功率的電纜、連接器、散熱器和電纜導(dǎo)軌。這就實(shí)現(xiàn)了真正的“純功率”操作。  

圖1 ：龍門操作只需2個(gè)伺服驅(qū)動(dòng)器

抓取與放置均在頭部實(shí)現(xiàn)

更輕的機(jī)器也是通過設(shè)計(jì)最小化的貼裝頭來實(shí)現(xiàn)。將超小、輕便且功能強(qiáng)大的伺服驅(qū)動(dòng)器直接安裝在 XY 軸上。 由于顯著減少了柔性電纜、電纜支架和連接器所需的寄生功率，因此可降低貼裝頭消耗的功率。這樣就能夠讓驅(qū)動(dòng)器更加靈敏，并適應(yīng)自身負(fù)載。

??圖2：16個(gè)超級(jí)緊湊的大功率伺服驅(qū)動(dòng)器??

智能運(yùn)動(dòng)與伺服控制

抓取放置型機(jī)器必須具有高動(dòng)態(tài)響應(yīng)性，使其能夠兼顧高產(chǎn)能和高性能。具有高分辨率和高靈敏度的智能型伺服驅(qū)動(dòng)器安裝在機(jī)器深處可進(jìn)行高精度監(jiān)測(cè)和分析，并且響應(yīng)迅速。請(qǐng)參考下圖所示機(jī)器B的運(yùn)動(dòng)效果，當(dāng)系統(tǒng)沿 XY 平面進(jìn)行高速插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)時(shí)，Z軸產(chǎn)生的寄生振蕩會(huì)被準(zhǔn)確測(cè)量出來并顯示在圖表里。可以看出寄生機(jī)械振蕩和系統(tǒng)非線性在高速XY運(yùn)動(dòng)時(shí)表現(xiàn)的很明顯。

圖3：寄生行為的高級(jí)檢測(cè)?？赏ㄟ^智能控制來克服

機(jī)械制造商經(jīng)常采取傳統(tǒng)的方法來克服這種“不良”的行為。通常會(huì)設(shè)計(jì)沉重而龐大的機(jī)構(gòu)，最終會(huì)采用更大的電機(jī)、齒輪和更高功率的驅(qū)動(dòng)器。這使得機(jī)器更笨重，如機(jī)器A，更難以達(dá)到高動(dòng)態(tài)性和高產(chǎn)能。更好的處理方法是設(shè)計(jì)輕靈的機(jī)構(gòu)，監(jiān)測(cè)機(jī)器運(yùn)行狀態(tài)，使用智能的運(yùn)動(dòng)控制算法和伺服驅(qū)動(dòng)器功能來處理不可避免的寄生諧振，例如多維系統(tǒng)識(shí)別，位置環(huán)增益表、高階濾波器、振蕩預(yù)測(cè)信號(hào)調(diào)理等。這種方法不僅比機(jī)械處理方法的性價(jià)比高，而且更有助于彰顯“純功率”系統(tǒng)的概念，因?yàn)樵邶嫶蟮臋C(jī)械系統(tǒng)里浪費(fèi)的功率很少。

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圖4 ：超小型高功率伺服驅(qū)動(dòng)器：80A，80V

高精度（無傳感器）作用力控制

　　基于“純功率”，便可及時(shí)而準(zhǔn)確地監(jiān)測(cè)放置過程的貼裝作用力，這樣就能夠檢測(cè)由于機(jī)械磨損、機(jī)械部件故障或不良批次元件的不準(zhǔn)確性而可能導(dǎo)致的貼裝力短期及長(zhǎng)期偏差。

可以通過兩種方式來處理作用力給定和響應(yīng)：

·實(shí)時(shí)：在驅(qū)動(dòng)器層對(duì)監(jiān)控結(jié)果立即響應(yīng)。驅(qū)動(dòng)器可以收集、分析并響應(yīng)大量數(shù)據(jù)。

·長(zhǎng)期：將數(shù)據(jù)傳輸給更高級(jí)控制器、運(yùn)動(dòng)控制器或上位主機(jī)，在控制器層利用算法對(duì)“大數(shù)據(jù)”進(jìn)行分析，以鑒別任何偏差或異常。

預(yù)測(cè)性能與操作

　　智能型伺服驅(qū)動(dòng)器還可以監(jiān)控XY平臺(tái)的短期和長(zhǎng)期的負(fù)載穩(wěn)定性、重復(fù)性和控制性能。可以監(jiān)視并記錄扭矩 - 速度關(guān)系的“即時(shí)”變化、負(fù)載、響應(yīng)或出現(xiàn)的“新”振蕩?？梢詫?shí)時(shí)分析累積的數(shù)據(jù)，以檢測(cè)未來的故障、機(jī)械磨損和其他機(jī)械問題等風(fēng)險(xiǎn)。因此，驅(qū)動(dòng)器可以在過程或組件損壞之前，或在機(jī)器停機(jī)之前校正和/或避免故障。

　　“純功率”是智能運(yùn)動(dòng)和伺服控制附帶的“獎(jiǎng)勵(lì)”，旨在通過控制而不是（昂貴的）機(jī)械設(shè)計(jì)來實(shí)現(xiàn)機(jī)械性能優(yōu)化。由于 80-90％ 的功率消耗是“純功率”，因此可以實(shí)現(xiàn)高靈敏度、高分辨率的監(jiān)控。

　　深刻影響世界，體現(xiàn)埃莫智慧

　　埃莫沒有對(duì)運(yùn)動(dòng)控制生產(chǎn)線進(jìn)行單體優(yōu)化、而是從自動(dòng)化、信息化等維度全面介入，打造出真正的智能工廠。在“中國制造2025”的戰(zhàn)略部署下，新一輪科技升級(jí)與產(chǎn)業(yè)變革發(fā)生了日新月異的變化，埃莫將鼎力支持以信息技術(shù)與制造業(yè)加速融合為主要特征的智能制造，為全球制造業(yè)的發(fā)展推波助瀾！盛會(huì)將啟，請(qǐng)關(guān)注微信公眾號(hào)二維碼，了解埃莫相關(guān)信息?。ㄎ?gkyb）

Industrial Automation Shanghai 2017

讓智能機(jī)器更智能

助力中國制造2025

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