运动控制应用的新功能?

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所属分类:工业4.0

很容易将工程设计为找到问题的解决方案,但并不总是如此。有时,改进的解决方案会促使用户将其应用于新问题,或以不同的方式将其应用于现有应用程序。这当然是运动控制的情况。技术部门从未如此。从工业网络和智能工厂到自动调谐驱动器,智能输送机和套件电机,该技术围绕性能,灵活性和易用性进行设计。
安川公司的产品营销经理Scott Carlberg表示:“自动化工作是一个很酷的时机,因为这些技术现在非常棒,”伊朗伊斯兰州Waukegan的产品营销经理Scott Carlberg说。“对于最终用户和原始设备制造商来说,提高效率和吞吐量比以往更容易。他们不用花几天的时间来调整整机。“
使其变得容易

运动控制应用的新功能?

运动控制应用


从OEM到最终用户,工程人员全面变得不那么深入。剩下的工作人员需要关注核心价值主张 - 医疗检测,半导体制造等的分析仪器。在采矿,海洋和木材加工等重工业的情况下,他们可能没有人力配置来处理机电系统开始。为了满足广泛的易用性需求以及性能的需求,供应商在食品链中上下游已经开始着重于满足这些需求的产品。
自动调整就是一个例子。使用标准PID回路技术调节驱动器可能需要几个小时甚至几天的技术工程师的工作。第一个自动调谐驱动器可以获得第一个近似的性能,但是有些人仍然不得不拿出一把螺丝刀和电位器,使系统正常工作。然而,最新版本提供了高度的复杂性。当然,最苛刻的应用程序可能还需要具有经验的工程师的一些工作,但在大多数情况下,自动调谐驱动器的工作方式与广告一样。最好的是不断调整机器状态的变化,并通过网络发出警报,警告即将发生的故障,导致故障。
与工业网络兼容的组件的广泛可用性使得易用性更远。插入任何端口,您可以访问整个系统。如果机器连接到互联网,OEM和集成商可以轻松监控性能并排除故障。他们在飞往远方工厂的飞机上花更少的时间,资产所有者花费更少的时间在旁边的线路上下降,观察损失。相反,他们可以让他们的线路运行和收获信息,以更好地了解操作。如果一个组件出现故障,他们会更快地发现原因,并尽快重新开始。
在软件定义的无线电和软件定义网络的世界中,我们正在迅速向软件定义的自动化发展。切换需要几分钟而不是几小时或几天。具有网络服务器功能的网络机器可以从笔记本电脑到智能手机的设备远程查看。重点仍然是灵活性和可用性。
对于原始设备制造商,可以使用预先编写的代码来实现创新,而不需要维护大量开发人员。“这对最终用户是有好处的。对OEM有好处。B&R工业自动化(Roswell,Georgia)的业务发展总监John Kowal说:“这只是削减了很多苦差事。“所以任务像文件处理,访问控制,你以前不得不每次编程的东西,现在你没有。您可以重新使用这些对象,并将您的时间聚焦在您带来价值的地步。
OEM可以编写自己的代码,他们可以从预写的功能块开始添加,或者可以混合使用两者。他认为,将更好的产品推向更快的市场只是一个好处。“你的工程资产变得越来越宝贵。他们更难取代。所以,如果你能够充分利用现有的工程人员,希望能够使他们的生活变得更轻松,这样可以更容易地保留他们,以保持他们的动力。“
这些只是导致整个行业发生变化的一些因素。现在让我们来看看他们对应用程序的影响。
恶劣的环境
性能与易用性使得运动控制能够在传统上由液压,气动,甚至感应电动机与凸轮耦合的应用中占据领先地位。例如,在木材加工中,引入伺服电机可大大提高生产率。
当收获的木材到达轧机,他们首先被剥皮,然后经过一个粗糙的锯步骤,其中干净的日志被切成木板。定位灵活性很重要,因为不是所有的日志都是直的。当它们装载到锯中时也可能存在一些定位误差。锯片需要调整以补偿任何偏斜。调整越精细,每个日志可以生产的可用木材的数量越多。
粗锯机的伺服电机调节刀片(底部)比机械调整型(顶部)产生的废料少。
主要的木材加工机器通过从机械轴系切换到粗锯条的运动控制,有机会提高产量。机械系统可以将刀片位置改变±15°。基于伺服电机的系统将其切换到±3°。该站每分钟处理45个板,每分钟75个板。
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在木材加工中,引入伺服电机可大大提高生产率


它还从每个日志生成更多的高价值木材(见图1)。安川公司(Yaskawa America)(Waukegan,Illinois)区域运动工程经理Michael Miller说:“使用旧系统,它们可以从日志中获得低达50%的收益。
基于伺服电机的方位控制系统有助于减少磨损,延长资产的使用寿命(由B&R提供)。
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风力发电机


风力发电机在一个专注于清洁能源的世界中​​越来越重要。已经使用伺服电动机系统来调节叶片的位置,以便最佳地从迎面而来的阵风中提取能量。风力涡轮机的一个问题是不断的缓冲使得上部组件在方位角旋转。这导致磨损随着时间的推移,损害性能并且需要昂贵且困难的维护操作。基于伺服驱动器的偏航控制系统有助于控制该运动。它具有封装的电子元件,可以承受高达1G的振动(见图2)。
同样,海洋部门已经开始利用机电解决方案。它开始于在船上泵和压缩机上使用变频驱动器。虽然这不是运动控制,但它确实代表了电子电机控制的一个切入点。最近,伺服电机已经开始看到用于诸如游艇之类的较小船只的调平和稳定系统。这些主动稳定系统设计用于补偿汹涌的海洋,使用反馈来保持甲板尽可能稳定。
在这两种应用中,电机和驱动器需要足够坚固耐受潮湿,热和振动,而不会过早失效。他们需要直接融入系统和维护。这就是上述一些好处的回报。
制造
过去几年的改进在制造业方面有很大的差异。机床行业传统上是运动控制的强大应用领域。像激光切割,喷水切割和等离子切割机等数控设备需要沿着运动路径尽可能顺利地移动。这就是最新一代反馈设备,以及自适应调谐和控制算法,显着提高了零件质量。
“这一切都是关于信息的,”卡尔伯格说。“说你有一个24位编码器。你不能把这个革命定位到一百六十万分之一,但是所有这些信息都使你的调整循环更加严格,以至于错误的数量要少得多。我们实际上测量出,电机的运行速度比上一代的运行温度低20°,只是从减少的误差。
对于点到点运动,这不是路径平滑度的问题,而是负载可以快速到达目的地并且没有超调或振铃的情况下解决。这里的技术也在显着改善。米勒(Miller)描述了一个客户,他们改造了他们的拾取和放置系统,以将建立时间从50 ms缩短到4 ms。这一变化增加了每小时收入29.24美元的收入。这可能听起来不是很多,但在一年中,它总计高达14万美元。
有一段时间,原型是一个冗长而昂贵的过程,需要熟练的机械师组装每个部分。今天,该原型同样可能使用3-D打印制作。3-D印刷涉及加热某种形式的塑料或聚合物,并将其挤出以逐层地形成一种形状。根据零件的尺寸和复杂程度,该过程可能需要几个小时甚至几天的时间。
3-D打印的有效运动在挤出机头移动到新位置时,在材料沉积和快速点对点移动过程中都需要平滑的路径,同时最小的沉降时间。机器的早期版本是基于步进电机。然而,随着项目越来越复杂,需求正在发生变化。Miller说:“3-D印刷机从步进电机成长为伺服电机,因此可以具有更好的性能,更好的重复性和更长的使用寿命。
Carlberg说:“公司正在超越使用三维打印制作原型。“技术发展如此之快,人们开始考虑使用它来实际生产零件。我认为今天可用的伺服技术是所有这些进步都在三维打印中发生的原因。
降低沉降时间可使挤压机头从一点移动到下一个位置,从而开始沉积材料。在多天的运行过程中,每次移动甚至几毫秒的剃须都可以产生戏剧性的效果。
新的路线到运动
制造自动化用于专注于非常有效地做出大量相同的事情。今天,这项工作以定制为中​​心。在这里,智能输送机系统起着关键的作用,因为制造推动器越来越接近难以捉摸的“一批”。智能输送机系统由在预配置轨道上运行的自主推车组成。在某种意义上,电动机的元件在两者之间分开。轨道包含电机线圈,而卡片包含永磁体。选择性地激励轨道将推车以不同的速度和不同的推车间隔移动到变化的位置。
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智能输送机系统


在这种智能输送系统中,磁性圆盘通过内置有电机线圈的轨道循环。 该设计使每个冰球以特定的速度和加速度进行路由。 (由ARUP和罗克韦尔自动化提供)ARUP实验室,犹他州大学病理学系的一部分,专门从事临床诊断。它提供了一系列3000种不同的测试组合。为美国各地的医院,诊所和实验室提供服务,它有一个两层冰箱可存储230万个标本。它使用具有超过200米轨道的智能输送系统,使其能够每小时处理多达6000个样品(见图3)。
每个样品放置在磁性“圆盘”中。每米轨道包含60个电机线圈。激活时,他们将实验室周围的公园移动到各种步骤,包括解冻,准备,测试等。
对于这种类型的应用,识别,跟踪和正确路由样本是至关重要的。罗克韦尔自动化(Devens,Massachusetts)的MagneMotion产品线经理Neil Bentley说:“他们将测试样本绑定到其中一个移动推车,并通过其诊断实验室具有完整的测试样本路线历史。“他们正在准备好进行重大升级,他们正在寻求提高其流程质量。对他们来说,样本的路由历史是非常重要的。“
智能输送机系统在制造和组装中具有各种零件处理的用途。它们也可以用于包装,例如制造混合冷切包装或化妆品包的包装。
决定论和可追溯性同样适用于DNA测序,视觉病理学和细胞成像等应用的生命科学计量学。在这些情况下,使用诸如激光线扫描和光谱学的技术对样品进行成像和分析。例如,在数字病理学中,系统将采集一系列样本的图像并将它们拼接成放射科医生可以查看的单个图像。定位需要高度准确,以确保有效的图像捕获。同时,它需要迅速发生。
由于过程的移动性和稳定性,这种设备传统上使用步进电机。现在,像3D打印一样,这是变化的。Parker Hannifin(宾夕法尼亚州Irwin)的业务发展经理Brian Handerhan说:“我们看到的一个大趋势是从步进电机技术转向伺服电机技术。“它可能是由速度和吞吐量要求驱动的,他们正在做飞行中的成像,或者它仍然移动和安定,但使用非常高分辨率的编码器来缩短建立时间。
这种趋势的另一部分是从标准伺服电机转向直接驱动电机,无论是旋转还是直线驱动。这些无框架或套件电机最大限度地减少占用空间并降低合规性 由于外形尺寸和灵活性,它们可以为OEM厂商提供更大的灵活性,从而将其设备与市场上的类似产品区分开来。
像米勒一样,他指出了自动调整和反馈的价值,以减少建立时间。这不仅适用于生命科学,还适用于其他测量应用,如半导体测试和晶圆测绘。Handerhan说:“您正在谈论的移动量小于100微米,稳定度为±10纳米,并且在不到50微秒的时间内完成。” 多年来,空气轴承是这些应用的首选技术。利用改进的软件工具利用感官输入和反馈使得机械轴承能够重获市场份额。
智能资产的价值可能是全球应用的最大趋势。结合智能组件,工业网络和软件,使其意识到所有这一切都开放了预测性维护方式,更快的切换速度,降低了通过能源分析的运营成本,减少了员工和管理人员的头痛。
该技术可用; 最终用户只需要利用它。罗克韦尔自动化(美国威斯康星州梅泉)的Kinetix运动业务全球产品经理Jim Grosskreuz说:“我们正处于旅程的开始阶段。“有一个比现在要做的更有意义的方式把情报拉到一起的空间。我认为大型终端用户现在开始明白可以带来的价值。“

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