精度和成本效益的双重重视

凭借其对精度和成本效益的双重重视，电子运动控制已经从一点点运动员转变为工业的主要力量。如今，它是机床，包装和机器人技术的关键技术。它的倡导者说，明天它将在许多其他行业中同样重要，特别是那些需要工厂车间速度和效率的行业。

为了了解在我们接近新世纪时电子运动控制可能取得的重大突破，Design News与几家供应商和用户进行了交流。您将在接下来的几页中阅读他们的评估，以及一位行业领导者对未来运动控制系统的看法。

易用性已成为电子运动控制的一个决定性特征。加利尔运动控制公司的工程师希望在下个世纪继续保持这种状态，大部分技术的发展都发生在不太复杂的市场。“当我们开始推出插入PC的产品时，我们开始将普通电气工程师视为客户，物理学家视为客户，技术人员视为客户，”加利福尼亚州桑尼维尔公司总裁雅各布塔尔说。

在这个为期一周的课程中，我们将看到两个低成本但功能丰富的电子设计自动化(EDA)程序：CircuitStudio和KiCad。

关于基于PC的运动控制器存在两种不同的哲学。一种是依靠PC来执行一部分处理。另一个 - Galil和竞争对手Delta Tau Data Systems(加利福尼亚州Northridge)首选的那个 - 是让运动控制器变得如此智能，以至于它可以独立运行。PC的链接用于通信，而不是处理。“我们之所以这样做，是因为如果出现问题就更容易诊断，而不是因为它本身就更强大，”Tal说。

今天，Galil新推出的第三代控制器易于使用 - 性能和性能 - 高出一级。该产品系列包括三个设备，DMC-1000，DMC-1300和DMC-1500。每个功能都相同，但1000个插入PC，1300个目标是VME总线机器，1500个是独立控制器。

虽然该公司可能在宣传易用性，但这些第三代控制器并非懒散。所有产品均可控制一到八个轴，包括步进电机，伺服或液压。32位微处理器和定制亚微米门阵列的速度是前代产品的四倍。编码器反馈可高达8 MHz，采样率可能低至125acec，RS232 / RS422通信达到38.4K波特。就DMC-1500而言，它的尺寸只有上一代DMC-700的一半，便宜40%。

运动模式包括通常的慢跑，线性和圆弧插补以及轮廓。它还包括电子传动装置 - 能够在它们之间以可变比率合成最多八个轴的能力 - 和电子凸轮 - 最多七个轴与主轴的同步，以模拟机械凸轮的运动。

一家同意Galil运动控制愿景的公司是Glasstech(俄亥俄州佩里斯堡)。该公司的玻璃弯曲和回火系统在六大洲的50个国家运营，负责生产世界上所有汽车中使用的3毫米厚玻璃侧壁的80%。四种不同的弯曲和/或退火机器中的每一种都依赖于两个3轴Galil控制器。他们指挥伺服电机为玻璃进料输送机提供动力，并运行控制柔性床的齿轮系，以塑造玻璃。

“我们真的不做任何复杂的动作，”Glasstech的高级控制工程师Dene Rinaldo说。“我们之所以选择加利尔，是因为这些卡是可靠的，编程语言虽然复杂，但却很容易使用。”

随着他的产品遍布全球，Rinaldo需要能够通过电话轻松排除故障。他发现大多数熟悉BASIC的工程师都能理解Galil的线性解释语言。可以通过电话远程查看程序打印输出，也可以通过Compuserve的电子邮件发送修改。他说：“花费3000美元在世界各地飞行，在计划中进行一线改变并不是我们想花时间做的事情。”

“二十年前，当你运送一个系统时，你就派了一个工程师，”塔尔说。“现在，内置全面的诊断功能比任何其他功能更重要。”

可靠性对Glasstech也很重要，Rinaldo对Galil控制器的耐用性印象深刻。“我们的机器每周运行七天，在一个非常温暖的环境中每天三班，”他说。“我们的客户不需要星球大战;他们需要易于使用且运行多年的东西。”

编程技巧?你不再需要它们了

传统上，安装，编程和调试运动控制系统与工程一样具有黑魔法。Berkeley Process Control的设计师表示，他们的新型MachineWorks(TM)机器控制器可以消除聚焦效应，大大加快运动控制系统的开发速度，同时提高可靠性。“这是机器控制实用性的突破，”产品开发经理Steve Kraft解释说，“不是原始性能，而是实用性。”

MachineWorks概念是基本的：通过预集成简化。由于大多数机器开发涉及集成硬件和软件，因此Kraft和Berkeley的工程师团队设计MachineWorks，使用他们称之为直接机器开发的东西来消除这些步骤。(TM值)

直接机器开发简化了传统的开发过程 - 插入卡，连接可能不兼容的组件，特别是编写代码行 - 通过为系统内置的机器控制提供组织结构。开发人员可以按照菜单提示从触摸屏输入完整的机器控制序列，无需任何常规编程。

开发过程涉及一系列屏幕提示和选择。一个完整的机器数据库Quickstart(TM)，用户可以通过触摸屏访问伺服功能，轴，I / O命名，自动调整等。所有潜在的问题 - 黑魔法 - 轴设置，错误处理，预计会有诊断和硬件配置。

逐步过程将预先编写的优化代码构建块组合到完整的调试系统中。复杂的操作被分成任务，通过触摸屏输入，然后可以同时执行以实现真正的多任务处理。

关键的好处是上市时间。“我们已经完成了传统上需要六周的工作，而在MachineWorks，我们已经在两到三天内完成了这些工作，”卡夫说。作为运动控制领域的Apple计算机，伯克利设计了所有组件，以便协同工作。卡夫说，它们是专门的机器控制组件，它们可以快速，轻松地集成。编程，工作的一部分，几天和几个月，可以减少到通过MachineWorks组装优化的，预编译的指令。

MachineWorks的一个实例出现在Meadows Manufacturing(Sunnyvale，CA)。该公司的问题是：如何改造一台具有两年历史的四轴产品插入机器，其停机时间最短，可靠性最大。工程师还希望将机器从半自动转换为全自动操作。

Meadows的项目工程师Pedro de la Serna将该机器描述为XYZ工作台，该工作台可容纳预先测量的液体产品部分。该工作台将每个部分重新定位在插入致动器的前面，该插入致动器将该部分推入单独的产品施加器中。

新的控制系统由Berkeley Integris组成，包括MachineWorks，多轴放大器，I / O系统，接口，电源和外壳。作为一个完全集成的解决方案，交钥匙操作快速启动并运行 - 大大提高了功能和可靠性。

编程中节省的时间最多。使用MachineWorks，插入机器的软件在两天内编写和调试。“我们周一将产品送到了他们的工厂，并在周三离开了一台功能齐全的机器 - 完全诊断，一切，”卡夫说。他完全放心地将系统交给了de la Serna，他是一名从未见过伯克利过程控制产品的机械工程师。

卡夫强调，他的公司的解决方案并不灵活。例如，使用Meadows，工程师使用MachineWorks的Extensions选项定义了两个自定义序列。

进入新系统只有几个月，De la Serna已经计划扩展机器的功能。卡夫并不感到惊讶。“我们不是专注于技术，性能和数字，而是专注于实用性，”他说。“如果你不能使用它，原始能力是什么并不重要。”

灵活性是驱动力

伊利诺伊州Wood Dale的Indramat副总裁斯科特·希巴德(Scott Hibbard)表示，要想了解运动控制的发展方向，只需要考虑办公自动化市场的变化。从集中式大型机计算到小型计算机到分布式开放式系统PC的转变预示着工业控制的发展。

如果你想衡量行业在这条道路上的进展，最好看的是机床市场。“在金属切削行业，多轴加工中心正在取代专用传输线，”他解释道。“但更大的灵活性并不意味着牺牲生产率或加工精度。”用Hibbard的话说，这些要求最苛刻的应用需求的技术解决方案将“渗透到其他行业”。

英特玛最新推出的DKR数字交流伺服驱动器突出了即将推出的产品。微处理器技术使驱动器成为控制从小数到100马力的电机的通用平台。“一个驱动器，一个用于旋转永磁体，旋转感应，线性永磁体和线性感应电机的软件包，”Hibbard说。它包括电子变速箱和凸轮功能，功能监控以及实时机器或驱动器诊断，以简化故障排除任务并延长机器的正常运行时间。

除了简化系统设置，更智能的驱动器意味着控制器制造商更容易开发工作。如果不同的应用需要不同的电机，因此，不同的驱动平台，现在为一个应用开发的软件可立即供所有人使用。功能更多，而且可以更广泛地使用。

DKR驱动器还包括光纤开放式SERCOS通信接口。SERCOS不仅降低了布线复杂性，而且是一种高速链路，可实现最低级别的分布式控制，从而改变运动控制行业。

Hibbard表示，大多数人认为分布式控制可以作为PLC或运动控制卡在一台机器上运行一台或多台电机，而新型号是由SERCOS连接的智能驱动器，并与一个不那么紧凑的通信主控制器。“在逐个轴的基础上执行的任何控制功能都是驱动器本身的标记。”

Hibbard认为，不再需要控制位置环或在集中控制器上游进行快速偏移校正。因此，由于机器控制器的轴控制工作较少，它们成为PC等开放式架构的候选者。“我们正在消除CNC或PLC的特殊性，”他说。

由PC控制的分布式控制的转变意味着更少依赖系统集成商进行机器编程。如果他们愿意，用户将能够购买软件包并将他或她自己的控制系统组合在一起。

对于控制器制造商来说，这种转变将使成功更难实现。然而，希巴德对未来持乐观态度。“选择一块硬件比另一块硬件总有优势，”他说。“只要你的公司是技术驱动的，你仍然可以保持在游戏的顶端。”

用户：编写自己的界面

如果运行新系统变得太复杂，那么运动控制硬件设计的进步所带来的更高性能的优势就会丧失。这是来自GE Fanuc的通用运动控制产品经理Cosmo Mirra的信息。他说，有机会实现高性能电子运动控制的“普及”，但仅限于那些不忘记用户的人。

控制器制造商面临的核心挑战来自于当今可用的控制器主机--CNC，PLC和PC。运动控制的大型工业用户，例如汽车工业，采用新的控制技术作为保持竞争力的要求。但是，与前几代控件一起添加新系统会产生问题。“他们运行了许多不同的流程，他们希望在机器之间建立一个通用的操作员界面，以控制他们的培训成本，”Mirra解释道。

传统上，控制器制造商采用了两种操作员界面(OI)方法之一，GE Fanuc应用工程师Jeff Kao继续说道：无论是行业标准外观还是CNC命令，还是用户设计自己屏幕的完全开放式方法。

对于像CNC起源的机床行业这样的老客户来说，标准接口通常就足够了。像汽车这样的大型行业通常拥有或者可以负担构建定制界面所需的编程专业知识。但为了将电子运动控制扩展到新的领域，该公司认为需要采用不同的方法来建立OI。

作为最近推出的PowerMotion高精度分布式控制产品系列的一部分，GE Fanuc推出了C Executor，这是一种开发工具，可大大简化定制OI的创建。

“我们使用Microsoft C在IBM PC上编译程序，”Kao解释道。“您可以加载程序，快速启动并运行，然后自定义数据表示以满足用户的需求。”

例如，Kao说，机器人涂装系统可以配置为转到位置1,2或3，而不是操作员调​​用CNC坐标代码。

一位用户已经看到了从易于定制的界面中获得的好处。安大略省博尔顿赫斯基注塑系统机器人部门产品经理詹姆斯罗德里格斯表示，带有C-Executor的PowerMotion可能是赢得新客户的关键。

赫斯基开发了一种三轴龙门机器人，用于物料搬运，为其成型设备提供服务。它需要一个教学挂件，使用户能够操作系统，但回避客户不知道的非直观语言。

“我们需要专门针对注塑成型的应用软件才能正确推广产品，”Rodrigues解释道。在GE Fanuc应用工程师的协助下，C Executor允许Husky开发一个包含行业术语的菜单驱动前端。“我们认为人们会喜欢它，因为它们可以与之相关并快速学习。”他继续说道，“如果我们不得不使用现成的软件，客户可能会在其他地方购物。”

正如Mirra总结的那样：“通过C-Executor，我们将高性能运动系统与复杂多轴CNC的后代结合在一起，并使用易于使用的软件工具。”这就是你如何使运动控制流行。