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QQ交談內(nèi)置多軸運(yùn)動(dòng)控制的博世力士樂(lè)伺服驅(qū)動(dòng)器及其應(yīng)用
最近更新時(shí)間：2013-10-31
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一 引言
當(dāng)今， 伴隨著微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的高速發(fā)展，越來(lái)越多的機(jī)械設(shè)計(jì)工程師放棄復(fù)雜的機(jī)械傳動(dòng)方式而改用伺服傳動(dòng)技術(shù)，將一個(gè)大動(dòng)力源分解成多個(gè)小動(dòng)力源，用電子凸輪代替機(jī)械凸輪，用電子齒輪代替機(jī)械齒輪，用連續(xù)軌跡控制代替曲軸曲柄機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)分布傳動(dòng)和無(wú)軸傳動(dòng)。從而克服了機(jī)械機(jī)構(gòu)固有的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、磨損、扭曲、缺乏柔性等明顯的缺點(diǎn)，使得機(jī)械設(shè)備結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)潔，操作更容易，使用更方便。 多軸運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)已經(jīng)成為現(xiàn)代機(jī)械設(shè)備的配置亮點(diǎn)和技術(shù)核心。
一般而言，按照用途和功能不同，伺服運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)分為三大類。
1、點(diǎn)到點(diǎn)定位控制系統(tǒng) 這種位置運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)只對(duì)起點(diǎn)和終點(diǎn)的位置精度有要求，而對(duì)運(yùn)動(dòng)軌跡無(wú)要求。這是一種zui簡(jiǎn)單運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，幾乎所有的伺服控制系統(tǒng)都具有這樣的功能。通常，要求運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)具有快速的定位速度，合適的加/減速度。在加速段，設(shè)置較大的加速度使系統(tǒng)快速地加速到定位速度；在減速段，采用 S 曲線減速方式，使系統(tǒng)具有較高的定位精度。近幾年來(lái)，許多廠商將點(diǎn)到點(diǎn)定位控制功能內(nèi)置到伺服控制器中，還有的廠商在伺服驅(qū)動(dòng)器中設(shè)置位置塊功能，將復(fù)雜的定位運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)化成單一的定位運(yùn)動(dòng)，從而使控制系統(tǒng)變得更加簡(jiǎn)單。
2、帶差補(bǔ)運(yùn)算的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng) 這種系統(tǒng)主要用于金屬切削機(jī)床，被稱為數(shù)控系統(tǒng)（CNC）。它至少有兩個(gè)伺服軸，伺服軸之間的運(yùn)動(dòng)嚴(yán)格按照預(yù)先規(guī)定好的軌跡通過(guò)差補(bǔ)運(yùn)算來(lái)完成，即所謂的兩（多）軸聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)。目前，國(guó)外少數(shù)幾家公司幾乎壟斷了（多于 5 軸）的數(shù)控系統(tǒng)，而在數(shù)控車床，數(shù)控銑床等低端數(shù)控系統(tǒng)方面，國(guó)內(nèi)外的眾多的數(shù)控系統(tǒng)廠商均有相應(yīng)的產(chǎn)品投放市場(chǎng)，市場(chǎng)處于非常激烈的競(jìng)爭(zhēng)狀態(tài)。
3、同步運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng) 包括位置同步和速度同步控制系統(tǒng)，其主要特點(diǎn)是具有電子齒輪和電子凸輪功能。近十年來(lái)，同步運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)得到了廣泛的應(yīng)用。在印刷包裝行業(yè)中，機(jī)組式凹版印刷機(jī)、機(jī)組式柔版印刷機(jī)、衛(wèi)星式柔版印刷機(jī)、瓦楞紙印刷開(kāi)槽機(jī)、間歇式標(biāo)簽印刷機(jī)、輪轉(zhuǎn)式報(bào)紙印刷機(jī)，飲料包裝機(jī)，熱收縮膜裹包機(jī)等使用了同步運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)；在冶金行業(yè)中，伺服冷軋管機(jī)，矯直機(jī)，金屬箔彩涂機(jī)也使用了同步運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)。同步運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)不僅具有速度同步功能，更重要的是具有位置同步功能，其電子齒輪比的設(shè)定范圍達(dá) 0-32766，為 0.00000%。
近年來(lái)，基于伺服控制系統(tǒng)應(yīng)用的成功經(jīng)驗(yàn)，越來(lái)越多的機(jī)械設(shè)計(jì)師在小型機(jī)械設(shè)備中使用同步運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)。這類伺服控制系統(tǒng)的特點(diǎn)是伺服軸少于 10個(gè)，開(kāi)關(guān)量/模擬量輸入輸出點(diǎn)數(shù)較少，而控制精度高，自動(dòng)化程度高，根據(jù)工藝要求可以方便地改變運(yùn)動(dòng)軌跡。例如，塑料軟管定長(zhǎng)橫斷機(jī)，大管徑塑料管牽引機(jī)，金屬箔處理機(jī)，數(shù)字印刷機(jī)，壓痕打孔模切機(jī)，燙金模切機(jī)，伺服組裝用壓力機(jī)等等。針對(duì)這類機(jī)械設(shè)備對(duì)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的需求，博世力士樂(lè)公司研發(fā)了基于驅(qū)動(dòng)器的多軸運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)。
二 基于伺服驅(qū)動(dòng)器的多軸運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)
1、基于博世力士樂(lè)伺服驅(qū)動(dòng)器的多軸運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的硬件配置
*個(gè)伺服軸（master）控制部分的硬件必須是帶一種現(xiàn)場(chǎng)總線（ProfiBus，DeviceNet，CanOpen，并行接口，模擬量接口）和 CCD 接口，軟件必須帶PLC 功能和滿足客戶功能要求的軟件包。第二個(gè)軸到第八個(gè)軸控制部分的硬件帶 S3 接口，軟件根據(jù)本軸功能要求選擇相應(yīng)的軟件包。*個(gè)伺服軸（master）與第二個(gè)軸至第八個(gè)軸的通信為 S3 總線方式，用 S3 電纜連接。人機(jī)界面通過(guò)以太網(wǎng)線與 CCD 口連接，輸入輸出模塊（I/O）通過(guò) S3 電纜與zui末一個(gè)驅(qū)動(dòng)器控制部分的 S3 口連接。這樣就構(gòu)成了完整的基于驅(qū)動(dòng)器的多軸運(yùn)動(dòng)邏輯控制系統(tǒng)。通?；诓┦懒κ繕?lè)伺服驅(qū)動(dòng)器的多軸運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)有兩種工作方式，一種是CCD 基本方式，另一種是 MLD-M 系統(tǒng)方式。
?。?）CCD 基本方式
在這種工作方式中，上位控制器是必須的。上位控制器與*個(gè)伺服驅(qū)動(dòng)器（master）之間的通信由現(xiàn)場(chǎng)總線（profibus）來(lái)實(shí)現(xiàn)，而帶 S3 接口的輸入輸出（I/O）擴(kuò)展模塊就不選用了。這種方式適用于輸入輸出點(diǎn)數(shù)比較多，邏輯控制數(shù)量較多的伺服運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)。此時(shí)，博世力士樂(lè)公司的 MLD-M 系統(tǒng)鑲嵌于客戶的系統(tǒng)中，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線（profibus）與客戶的上位機(jī)相連，構(gòu)成獨(dú)立的伺服運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)。
?。?）MLD-M 系統(tǒng)方式
在這種工作方式中，上位控制器是不需要的。為了擴(kuò)展輸入輸出的數(shù)量，選用帶 S3 接口的 I/O 擴(kuò)展模塊。這種方式適用于輸入輸出點(diǎn)數(shù)比較少的伺服運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)。此時(shí)，博世力士樂(lè)公司的 MLD-M 系統(tǒng)完成全部的邏輯及伺服運(yùn)動(dòng)控制功能。
2、基于博世力士樂(lè)伺服驅(qū)動(dòng)器的多軸運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的軟件功能
伺服驅(qū)動(dòng)器的多軸運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的調(diào)試軟件是 Indraworks，內(nèi)含人機(jī)界面組態(tài)軟件 Winstudio 和運(yùn)動(dòng)邏輯編程軟件 Indralogic 。通過(guò) OPC 方式將人機(jī)界面中的變量與運(yùn)動(dòng)邏輯控制程序中的變量關(guān)聯(lián)起來(lái)，實(shí)現(xiàn)相互傳遞數(shù)據(jù)的目的。調(diào)試軟件 Indraworks 為用戶提供了豐富的編程方法，編程語(yǔ)言符合 IEC61131-
3 標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定如結(jié)構(gòu)化文本（ST）、梯形圖（LD）、指令表（IL）、順序功能圖（CFC）和功能塊（FBD）等五種。用戶可自定義功能塊，將客戶*的有價(jià)值的控制理念直接集成到應(yīng)用程序中，以區(qū)別于競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手。帶優(yōu)先權(quán)的多任務(wù)控制系統(tǒng)（4 個(gè)任務(wù)），循環(huán)時(shí)間 1 毫秒。程序內(nèi)存 350KB，編程接口既可使用以太網(wǎng)口也可使用串行通信口（RS232）。具有斷點(diǎn)，單步，單循環(huán)，強(qiáng)制，監(jiān)測(cè)，觸發(fā)跟蹤，模擬，和再現(xiàn)修改等程序調(diào)試功能。不但為客戶提供了完整的 PLC open 功能，還提供了多個(gè)功能塊。
飛剪控制模塊（Flying shear ）
橫切刀控制模塊（Cross cutter）
帶圖標(biāo)功能的橫切刀控制模塊（Cross cut seal）
收放卷控制模塊（Winder）
張力控制模塊（Tension controller）
曲柄機(jī)構(gòu)控制模塊（Crank）
鐘形曲柄機(jī)構(gòu)控制模塊（Bell crank）
標(biāo)準(zhǔn)的套準(zhǔn)控制模塊（Register controller standard）
閉環(huán)套準(zhǔn)控制模塊（Closed loop register control）
的皮帶控制模塊（Smart belt）
伺服驅(qū)動(dòng)器帶有固化軟件包，包含通用基本功能，開(kāi)環(huán)基本功能，閉環(huán)基本功
能，伺服功能，主軸功能，還包含速度同步，相位同步，測(cè)量輪方式，動(dòng)態(tài)凸
輪開(kāi)關(guān)組，應(yīng)用于時(shí)間測(cè)量的探頭和應(yīng)用于同步功能的探頭。