高效、灵活的运动控制

访欧姆龙(中国)有限公司技术支持工程师徐昊先生、SEW电子产品与技术中心产品技术主任张晓冰先生

点击数:532 发布时间:2010-07-13


图1 欧姆龙(中国)有限公司技术支持工程师徐昊先生

AI:在自动化程度越来越高的今天,运动控制受到更多的关注,伺服电机、变频器和传感器等重要部件的升级换代也是越来越快,请您介绍贵公司用于运动控制的产品?

徐昊先生:欧姆龙十分注重在驱动类产品的开发和创新,现在欧姆龙的驱动类控制器产品包括运动控制器:FQM1、MCH71和MC421/221等;位置控制器:NC、NCF71、CJ1M-CPU2和CP1H/L等。

驱动器产品主推产品有:通用控制型G伺服、简单位置控制型SS2伺服、高功能变频器3G3RX、多功能带标准矢量控制型面向一般用途的3G3MX变频器和简易型3G3JX变频器。

OMRON的伺服驱动产品在汽车行业大量应用,四大工艺的输送系统,零部件喷涂、注塑系统均使用,例如北京现代的仪表盘和保险杠的制造等。

张晓冰先生:SEW用于运动控制的产品主要有Movidrive B系列。作为国际专业驱动元件供应商,SEW公司的驱动控制系统遵循公司模块组合设计体系,结合多年现场经验、设计并生产从各种减速箱产品、异步伺服电机、同步伺服电机到多个型号的伺服控制器产品。


图2 SEW电子产品与技术中心产品技术主任张晓冰先生

SEW公司Movidrive B系列驱动控制器应用先进的电流矢量控制理论,充分考虑现场应用环境采用宽电压带(345~550VAC)设计。具有超宽的调速范围和优秀的低频特性,全系列伺服控制器变频器内置制动单元,11kW以内内置输入滤波器,支持包括Profibus在内的多种工业总线、高速实时以太网;内置多轴精确位置同步控制、多轴电子凸轮、定位控制和逻辑控制等功能。通过CFC或Servo矢量控制方式,可以实现更高要求的驱动控制。例如,需要考虑控制质量和动态特性,或需进行直接转矩控制,需要伺服精确定位。该模式可以实现非常宽的调速范围及优异的静态和动态控制特性。

SEW-Movidrive全系列伺服控制器都可进行内部IPOS编程,可以通过C语言或汇编语言进行编译和调试。通过IPOS程序,可以实现对电机运行进行精确定位;通过SBUS最多64台变频器连网通讯,并实时后台传递系统间的重要信息。IPOS编程是个开放式的平台,它以其灵活的控制方式、快捷实时性更强的内部处理和上位 PLC共同构成一个控制系统,并且分担了PLC的很多程序处理,实时、高效地完成了对于轨道定向系统的控制。

AI:惯量和转矩的大小、灵敏响应及精确控制程度、可靠性等是衡量运动控制系统的几个重要指标,请您介绍贵公司相关运动控制系统在上述方面的特点体现?

徐昊先生:欧姆龙新推出的G/SS2系列伺服驱动器有低惯量、中惯量和高惯量三种类型,对应的瞬时最大扭矩输出可以达到的300%额定扭矩输出,在同行业内是比较好的水平。最高可以达到1 000Hz的响应频率,比之以前的伺服驱动器的响应频率提高了2.5倍。最高17位编码器精度能够实现很高精度的定位控制。

张晓冰先生:转动惯量对于伺服系统设计是非常重要的一个因素。SEW建议对于普通齿隙的减速机,外部转动惯量和电机转动惯量比值应该小于10。只有这样,作为内部速度环才能保证其速度闭环稳定性。而速度环作为位置环的内环,其稳定性对定位精度影响是不言而喻的。


图3 SEW伺服驱动控制产品

转矩大小对于系统的动态响应有着很大的制约作用。SEW的同步伺服系统通过伺服驱动器可以提供4~4.5倍的M0转矩,这对于一些需快速响应、精确定位的系统是非常重要的。正是由于伺服系统的高过载能力,给运动控制的系统灵敏响应及精确控制程度提供了坚实的保证。而对于CFC/Servo控制方式,可以在2ms时间内控制电机输出150%Mn。

关于可靠性,SEW运动控制产品广泛应用在国内外汽车厂(如BMW、Benz、Audi、Volkswagen、Porche和GM等)的四大工艺车间。很多系列产品更是为汽车厂而设计的,汽车工业自动化程度很高,对设备的可靠性与其他工业相比,更是提出了更高的要求。而SEW在全球最知名汽车厂商中的应用,足以说明了其产品的可靠性。

AI:以您的经验,对于运动控制产品的选型您有哪些建议给客户?您觉得运动控制相关产品的发展趋势是怎样的?

徐昊先生:在进行伺服选型时首先要考虑要实现的功能有哪些,是进行简单的定位控制还是要实现插补运行等要求,然后依据所要使用的控制方式(比如是使用位置控制、速度控制或是其他的方式)来选择使用哪类伺服驱动器。另外,一定要考虑好机械负载在运行时的变化情况,以及要达到的控制精度。在使用时对伺服参数的调节也是很重要的一个方面,根据所驱动负载的不同,运行速度和运行曲线的不同,一个调试较好的伺服参数能够大大提高设备在运行时的可靠性和效率。

现在的设备大多数在朝着高速、高精度和复杂化的方向发展。所以要求伺服驱动器的响应频率,定位精度和控制效果达到更高的要求。同时,上述情况对控制器设备提出了更高的要求,复杂的运动轨迹和高速的运行系统要求控制器能够快速执行程序,以及对于外部信号的快速响应。

现在,网络化控制也是发展的一个趋势,当前的控制系统也广泛用于将驱动器联入到现场总线中进行多轴联动,因此,对于控制器和驱动器的网络化需要也是一个必然的发展方向。

张晓冰先生:根据工艺要求,建议客户选择高精度的CFC/Servo控制方式,这样可达到理想的控制性能。而这必然是基于速度闭环的前提。对于编码器反馈,建议客户选择Sin/Cos高精度正余弦编码器,或Hiperface高性能接口编码器。通过SEW开放的IPOS程序控制平台,实现高精度的运动控制。

我觉得产品发展将会越来越趋向于功能强大、简单易用。目前,SEW已根据客户的通用性要求,开发了很多标准的运动控制模块,这对于客户来说,使用非常简单,只需设定相关工艺下载,程序自动生产。外部中央PLC控制尤为简单,因为IPOS运动控制程序分担了PLC的很多工作,只需按照模块的接口进行管理即可。

当然,对于专家级的客户,SEW提供足够开放的平台,适用于专用系统的开发。另一个发展方向,我想对于公司产品,其多轴的系统联动,包括电子凸轮、内部同步等将进一步完善提高,更适用于多轴系统的运动控制。从2008年,SEW开始进入多轴插补的机器人运动控制领域,这也是一个发展前景非常好的领域。SEW拥有技术实力强大的研发中心,今后必将在这一新的领域取得更大的突破。