http://www.kinleybaker.com

  • 當前位置:首頁 > 視界 > 技術資料 > 核心零部件 > 運動控制 >
  • 運動控制系統的兩種結構:集中式和分布式

     

    導語:運動控制是控制電機的一門技術科學,它可以影響運動的軌跡。了解運動控制架構,可以在決策的過程中,幫助確定是否需要或者什么時候需要使用運動控制網絡。

     

     

             無論是移動試管,還是切割金屬,運動控制器負責規劃運動軌跡,驅動和監視馬達,定期將狀態更新提交給更高一級的控制器。在運動控制系統的設計中,主要使用了兩種控制結構:集中式和分布式。
     

             高速、低成本的數字控制網絡的引入,為建造分布式控制系統提供了新的選擇。隨著具有更高功率、更緊湊的開關放大器的出現,集中化設計使得在同一塊印刷電路板上可以布置的控制器數量正在逐步增加。
     
             了解這些技術發展趨勢,有助于解釋如何以及在什么時候,應用這兩種不同的控制結構。
     

             運動控制應用的類型

     

             集中式還是分布式,哪種控制方式更合適:應用控制問題的特性對其具有決定性的影響。
     

             在平面運動控制應用領域,馬達的控制或多或少的由集中式PC或控制器完成;也有一些分層應用領域,運動軸被分成2、3組或者更多的功能軸;也有一些單機應用的場合,機床控制器的運行在很大程度上沒有與網絡連接,不依賴網絡的監視。
     

             平面運動控制的例子:具有多個轉軸的印刷機,它的轉軸受伺服控制器的控制。在這里,時間是關鍵因素。主控制器,通常是PC或者是PLC,必須同步驅動所有的軸。典型的指令為:“移動軸#1到位置X,移動軸#2到位置Y”等等。
     

             分級運動控制應用的例子:半導體晶圓處理系統,該系統具有一個主機器人(4軸)、晶圓定位器(3軸)和一個閥門控制器(1或2軸)。在這種結構下,網絡一般將就地機器人或者閥門控制器連接至中心網絡,但是實際的運動控制由就地機器人、晶圓定位器或者閥門完成。總的機器控制器不會發出類似“將機器軸#2移動到位置12345”的指令,而是給出諸如“伸展機械臂”的指令,該指令由就地機器人控制器來解釋和執行。
     

             單機應用的例子:磁帶存檔系統,該系統允許操作人員走近控制臺,要求檢索特定的磁帶。這些單機控制器,能夠執行一攬子的機械臂運動,該運動基于就地人員發出的指令,如“檢索磁帶#1234”。在該應用中,如果連接了網絡,那只是用其實現報告和監視功能,并不是用于控制本身。
     

             增加分布式運動驅動器

     

             了解哪些實際設備可以用于運動控制系統同樣十分重要。兩個可用的設備是:分布式驅動器和機器控制卡。盡管這些設備有很多不同的變體,但是歸納起來,它們都是上述兩種設備中的一種。
     

             分布式運動控制器驅動器,有時也被稱為智能放大器,通過網絡與中心主機通訊,提供一套運動控制功能,比如產生輪廓、回路閉合或者是放大功能。
     

             根據應用的不同,有兩種分布式驅動可供使用。第一種,可稱之為緊耦合驅動,應用諸如SERCOS、EtherCAT、或EthernetPOWERLINK等高速、確定性的網絡。第二種,可稱之為松耦合驅動,使用諸如以太網協議、CAN總線和RS485等低速網絡。
     

             緊耦合驅動需要使用運動卡或者通過PC運行專用軟件,來同步和協調各個軸的運動。每個驅動器可接收位置和速度的更新信息,其更新速率可達每秒鐘數千次。松耦合驅動也是由主機控制,但是驅動器承擔更強大的仿形切削,同時也具有更大的延遲。將類似于“利用點到點S型曲線,將軸移動到位置X”的指令,發送給每個驅動器。這些驅動器內的交互傾向于自動化,利用就地傳感器的輸入來啟動或停止運動。
     

             運動網絡的選擇

     

             能夠連接到這些設備上的網絡,可以是運動專用的網絡,比如SERCOS,也可以是運動與其它功能均可使用的網絡。這些通用網絡包括RS-485、CAN總線、EtherCAT、EthernetPOWERLINK、Profibus、Interbus-S和以太網。
     

             這些網絡使用何種通訊協議?最常用的是CANopen(CAN總線和EtherCAT總線上的主機)協議。使用該協議,可以直接從市面上購買能與CANopen連接的傳感器和運動驅動器。
     

             完全的即插即用標準,在目前階段并不現實。因為很多供應商在產品中加入了CANopen運動擴展部件,使這些產品與其它供應商的產品并不兼容。
     

             盡管選擇可能有點模糊,但是對于大多數做機器設計的用戶來講,其實就是三個選擇:RS-485(有點老,但值得信賴),CAN總線/CANopen和以太網或任何一種確定性以太網(EtherCAT或EthernetPOWERLINK等)。
     

             機器控制卡

     

             機器控制卡,就是所謂的運動控制卡,是分布式驅動最主要的替代品。主要區別是:運動控制卡通過背板總線與分散的主板或處理器卡連接起來。但是在這里,我們將單機單卡控制器和背板運動控制卡稱為機器控制器卡。
     

             在運動控制器方案中,微處理器中有應用代碼,運動控制器IC(運動處理器)用于產生輪廓、伺服回路閉合以及管理軸控制中的對時間要求比較嚴格的元素。機器應用的微處理器和運動處理器可以為同一個,尤其是對那些簡單的控制應用而言。機器控制器卡的優勢之一是可維護性更好,這是因為維修整個控制器卡,就是更換卡件。由于放大器布置在卡件上,接線也減少了。還可根據實際應用對卡件的實體尺寸以及接頭進行裁剪。
     

             機器控制卡有兩種不同的類型:成品的和客戶定制的。成品卡,尤其是總線連接的運動卡,存在已經很長時間了,有很多供應商可供選擇。客戶定制卡,盡管需要更多的設計工作,也是一種很好的選擇。有個重要的發展趨勢就是將放大器(IC或者基于模塊的)集成到卡件上。另外一個趨勢是利用基于IC的成品運動控制器,提供輪廓產生、伺服回路閉合、通訊以及時間關鍵功能,比如自動安全響應、程控中斷以及其它類型的自動運動軸管理。
     

             如何選擇網絡

     

             那么在選擇運動控制網絡時應該考慮哪些因素呢?當考慮分布式運動網絡時,要先考慮在應用中需要哪種類型的信號。運動特性是否依賴于布置在該機器上其它部分的信號?傳感器以及其它非運動控制的執行器,比如繼電器,是否也在網絡總線上?如果錯誤出現,運動需要以多快的速度停止?
     

             在考慮基于網絡的方案,是如何以及在多大程度上影響互聯機器的機械組織的時候,必須考慮的另外一個重要因素是:“如果電子部件分布在整個機器上,那如何對機器進行維護?”盡管由技術人員提供維護的傳統機架式卡件,可能到處都是亂糟糟的線,但是必須要說明的是,它們還是處于同一“屋檐”下的。易維護性以及在整個生命周期內的成本,會極大的影響控制系統的設計選擇。
     

             由于重量、受熱或者其它環境方面因素的影響,通過將放大器布置在馬達邊上來實現分布式控制,有時候并不可行。傳統的控制機架機柜可以通過空調系統以及隔熱與機器的運行環境隔離。而這對于分布式控制經常是不可行的。
     

             那什么時候選擇一個控制方案而不是另外一個呢?沒有一個簡單的答案。對于給定的應用。有時候兩種結構都能很好的工作。
     

             工程應用對費用越敏感,設計人員就越有可能去自己設計卡件和集成板載放大器,當然這取決于功耗水平。設計卡件時,可以選擇需要的接頭并根據特定的運動應用來確定卡件的形狀要素。
     

             機床等需要高度同步的應用,會自然的傾向于多軸運動卡或緊耦合分布式驅動方案。這些驅動在馬達類型和功耗范圍方面具有更大的靈活性。不要忘記,需要運動控制卡或者需要帶有專用G代碼軟件的PC來完成整體路徑的生成。
     

             對一些大、中型的應用,比如醫藥自動化、半導體自動化、科學儀表和低功耗通用自動化,可以通過幾種不同的方案實現,包括:成品機器控制卡,客戶定制機器控制卡,或松耦合分布式驅動等。

    鄭重聲明:本文版權歸原作者所有,轉載文章僅為傳播更多信息之目的,如作者信息標記有誤,請第一時間聯系我們修改或刪除,多謝。

    ? 老湿机在线网站观看