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上海庆惜自动化设备有限公司
随着工业4.0、工业互联网、物联网、云计算、大数据、社交网络、智能化设备、机器社区等新一轮产业变革和技术革命的快速兴起,现代工业信息化发展已迈入建设智能工厂的历史新阶段。为了紧抓这一发展机遇,在国家部署实施制造强国战略布局的背景下,企业加快推进信息技术与工业技术不断融合,一系列新模式、新业态、新特征日益凸显。我国在航空、航天、船舶、汽车、家电、轨道交通、食品饮料、制药、装备制造、家居等各行各业对生产和装配线进行自动化、智能化改造,以及建立全新的智能工厂的需求十分旺盛,当前涌现出成都数字化工厂、海尔、美的等智能工厂建设的样板。
究竟何谓智能工厂?智能工厂具有以下六个显着特征:
①设备互联。能够实现设备与设备互联(M2M),通过与设备控制系统集成,以及外接传感器等方式,由SCADA(数据采集与监控系统)实时采集设备的状态,生产完工的信息、质量信息,并通过应用RFID(无线射频技术)、条码(一维和二维)等技术,实现生产过程的可追溯。
②广泛应用工业软件。广泛应用MES(制造执行系统)、APS(**生产排程)、能源管理、质量管理等工业软件,实现生产现场的可视化和透明化。在新建工厂时,可以通过数字化工厂仿真软件,进行设备和产线布局、工厂物流、人机工程等仿真,确保工厂结构合理。在推进数字化转型的过程中,必须确保工厂的数据安全和设备和自动化系统安全。在通过专业检测设备检出次品时,不仅要能够自动与合格品分流,而且能够通过SPC(统计过程控制)等软件,分析出现质量问题的原因。
③充分结合精益生产理念。充分体现工业工程和精益生产的理念,能够实现按订单驱动,拉动式生产,尽量减少在制品库存,消除浪费。推进智能工厂建设要充分结合企业产品和工艺特点。在研发阶段也需要大力推进标准化、模块化和系列化,奠定推进精益生产的基础。
④实现柔性自动化。结合企业的产品和生产特点,持续提升生产、检测和工厂物流的自动化程度。产品品种少、生产批量大的企业可以实现高度自动化,乃至建立黑灯工厂;小批量、多品种的企业则应当注重少人化、人机结合,不要盲目推进自动化,应当特别注重建立智能制造单元。工厂的自动化生产线和装配线应当适当考虑冗余,避免由于关键设备故障而停线;同时,应当充分考虑如何快速换模,能够适应多品种的混线生产。物流自动化对于实现智能工厂至关重要,企业可以通过AGV、行架式机械手、悬挂式输送链等物流设备实现工序之间的物料传递,并配置物料超市,尽量将物料配送到线边。质量检测的自动化也非常重要,机器视觉在智能工厂的应用将会越来越广泛。此外,还需要仔细考虑如何使用助力设备,减轻工人劳动强度。
⑤注重环境友好,实现绿色制造。能够及时采集设备和产线的能源消耗,实现能源高效利用。在危险和存在污染的环节,优先用机器人替代人工,能够实现废料的回收和再利用。
⑥可以实现实时洞察。从生产排产指令的下达到完工信息的反馈,实现闭环。通过建立生产指挥系统,实时洞察工厂的生产、质量、能耗和设备状态信息,避免非计划性停机。通过建立工厂的Digital Twin(数字映射),方便地洞察生产现场的状态,辅助各级管理人员做出正确决策。
仅有自动化生产线和工业机器人的工厂,还不能称为智能工厂。智能工厂不仅生产过程应实现自动化、透明化、可视化、精益化,而且,在产品检测、质量检验和分析、生产物流等环节也应当与生产过程实现闭环集成。一个工厂的多个车间之间也要实现信息共享、准时配送和协同作业。
华美金舟面向工业客户,融合云计算、大数据能力,助力传统工业企业转型。提供快速搭建一站式亿级设备接入、管理能力,以数据驱动产业升级,提高产能,降低成本,释放工业设备数据潜能。
中国制造已经走过了30年的高速发展,成为世界*一制造大国,但真正能拿出去的*产品很少。未来30年,中国制造需要从重速度轻质量转变为重质量轻速度,需要在以上**领域进行持续创新,从商业模式、技术以及管理方面实现向中国智造的转型。
“就西门子与阿尔斯通重组如何**员工利益问题,阿尔斯通称,2017年10月阿尔斯通启动了针对员工的信息咨询程序,阿尔斯通管理层与员工代表就如何开展信息咨询程序签署了协议。就近日市场担心西门子和阿尔斯通轨道交通业务合并会带来裁员风险,阿尔斯通官方对《中国经营报》记者做出了上述回应。
近日,法国四*会——法国劳工民主联盟(CFDT)、法国职员工会-管理人员联合会和执行人员总工会(CFE-CGC)、法国总工会(CGT)和法国工人力量总会(FO)发表联合声明,反对阿尔斯通与西门子在2018年达成的轨道交通业务合并协议,称西门子可能对合并后的新企业进行重组,从而带来裁员风险。
阿尔斯通官方称,西门子和阿尔斯通的业务合并协议仍旧计划于2018年3月底前签署,阿尔斯通股东特别大会计划将于2018年7月举行,合并交易计划将于2018年底前结束。
在2017年9月西门子和阿尔斯通公布重组时,阿尔斯通就曾表示,为了防止在合并中阿尔斯通员工利益受损,未来四年阿尔斯通任何涉及员工变动的重大事项都将争取法国**的同意,较大限度**员工就业。
2017年9月26日,西门子和阿尔斯通签署谅解备忘录,西门子轨道交通业务与阿尔斯通对等合并,西门子与阿尔斯通各占合并后的公司50%股份。合并后的新公司总部位于法国巴黎,新公司将在法国上市。新公司交通解决方案业务部门总部设在德国柏林。合并后的新公司在60多个国家拥有62300名员工。
阿尔斯通和西门子的较新年报显示,成立后的新公司将从612亿欧元累计积压订单中获益。新公司营收153亿欧元,息税前利润12亿欧元。双方预计,较晚在交易完成后的*四年,每年将节省开支4.7亿欧元。
合并后新公司定名“西门子阿尔斯通”。西门子阿尔斯通曾表示,合并后的公司将进一步拓展中东、非洲、印度以及中南美市场,同时覆盖中国、美国和俄罗斯市场。阿尔斯通人士称,法国和德国**均支持此次合并,未来两家公司还要分别通过德法两国的反垄断审查,预计2018年年底新公司将成立。
分析人士指出,中国轨道交通业务的*崛起所带来的市场竞争压力或是促使西门子和阿尔斯通合并的关键因素。总体来看,**轨道车辆装备市场中地铁、机车、普速客车板块的竞争压力比高铁市场还要大。
西门子总裁兼**执行官Joe Kaeser在上述备忘录签署时就曾表示,西门子和阿尔斯通将在铁路行业创造新的历史,将为客户提供更具竞争力的投资组合。他说,“**铁路市场在过去几年发生了翻天覆地的变化。亚洲出现了一个占主导性的企业,这改变了**市场格局。数字化也正在改变着运输行业的未来。”
显然,Joe Kaeser所称的“亚洲主导性企业”是指中国中车。作为西门子阿尔斯通的主要竞争对手,中国中车近年来尤其注重海外市场拓展,以丰富中国中车利润来源,但从2017年起,中国中车的海外市场签约额大幅下降。中国中车人士就此对记者表示,“不论西门子阿尔斯通的合并是否针对中国中车,中国中车未来开拓海外市场肯定会更加艰难。”
阿尔斯通是**轨道交通装备提供商,总部位于法国巴黎,1978年阿尔斯通TGV**高速列车诞生,并在2007年4月3日创造了了574.8 公里/小时的世界轨道列车较高速度纪录。
西门子是一站式轨道交通业务供应商和系统集成商,在铁路解决方案、部件和系统、高速列车、机车和铁路自动化等方面均处于世界良好水平。
在中国铁路高速列车动车组中,CRH5型即为引进阿尔斯通技术,CRH3型引进西门子技术。
从2015年5月国办【28号】文件到7月工信部、**、工程院三部委共同发布《发展服务型制造专项行动指南》,2016年可以算是“制造业服务化”的政策元年和创新元年,也基本上确定了中国制造业由生产型制造向服务型制造的转型的大方向。下一步地方**和企业一定会加紧研究制造业服务化内涵,谋篇布局和开展实施。
趋势篇
服务化是制造业创新与转型主战场
1**各国战略回归制造业,实际上是回归制造业服务化
从德国工业4.0,日本工业复兴计划,美国推出ESS项目,欧盟先后出台FP5-FP7计划,芬兰提出“创新服务”计划,英国成立“复杂产品系统创新中心”,**的制造业都在想怎么样重振制造业,都在布局制造业服务化。
2“制造业服务化”将重新定义制造业经济增长模型
中国产业结构正出现新变化,自2013年以来,*三产业的增速***二产增速;*三产业GDP占比(46%)也****过*二产占比(44%)。中国目前产业结构与发达国家高速工业化时期的产业结构相仿。
近年来,智能制造和服务化成为制造业关注的主题和热点。有理由相信智能服务是继互联网、移动互联网、“狭义的智能制造”之后的下一个企业创新阵地。
3产业创新动力:从规模经济向范围经济转变,企业创新将由封闭到开放
*一次、*二次产业革命主要驱动力来自于规模经济,信息技术的广泛普及和深度应用带来了个性化定制、服务型制造、全生命周期管理、共享经济等新模式,这些都是范围经济的表现。*三次工作革命驱动力在规模经济继续发挥作用的同时,范围经济在发挥更大的作用。
规模经济与范围经济来源本质不同在于,范围经济主要来自于企业资产的通用性,而在企业资产中,只有那些信息资产、知识资产,专利、技术、品牌、渠道、客户资源等无形资产具有通用性特征,这是构成企业竞争新优势的重要来源。
4新技术演进将为消费者赋能,实现了互联网+的个性体验自由
“云移大物”、社交商务等新技术演进为消费者赋能,企业所服务的客户变得更加“智慧”,拥有更大的话语权和主导权,信息的泛在化使得消费者更服务体验的实时性。
客户在购买决策时,比以往会更希望快速了解到有什么样的产品和服务、客户可以选择何时采购、何地收货、实时结算以及服务协同化和在线化。
5软件定义制造业是**大势,ICT技术是服务化转型的使能工具,智能服务将提升企业市场竞争地位
2014年,欧盟发布了《充分发挥ICT潜能:赋予欧洲更多能力》报告,日本公布了《智能日本ICT战略》,2015年,德国发布《智能服务世界未来项目实施建议》,2016年7月,同年国办又更新了《国家信息化发展战略纲要》。**共识,企业共践行。
实践篇
认识互联世界规律,重组工业服务逻辑
1互联网已经变成普惠性工程,制造业与互联网深度融合将加速生产者与消费者的链接
互联网也会拉近人与人距离、信息互通是制造业基本要求,之前产品属性社会将变成信息属性社会,服务在距离上不再是问题,服务的便捷性和数据快速流动性是企业要解决两个关键点。
制造业服务化需要从生态圈视角重新构造价值链,企业由原先以产品为中心将向以用户为中心进行改变,C2M,C2F,B2B,F2F成为主流创新趋势,同时,智能工厂的建设将加速了制造业服务转型。
2智品、智造、智服是制造业服务化转型三大重点
智能服务工程=智能化产品+ 智能化生产+ 智能服务;
智能服务犹如一道光指引企业定义转型方向,制造业企业关注智能服务比狭义上的“智能制造"更迫切。不同于以往两年制造业困于工业4.0和智能工厂的迷茫,企业将会积极拥抱智能服务。
3ICT技术正全新定义产品交付形态,产品智能互联是方向,企业会加速由硬产品向软服务系统生态构建
产品智能互联有三个层次,能监测产品运行和使用情况、可远程服务和维修、能自主运作和感知周围环境,做出快速反应。
国外做的比较好的也有很多,从车辆信息管理系统,到推出VHMS系统实现实时监控和机群预防性维护,以及自动运输系统(AHS)实时感知周围矿山设备协同进行作业和运输。一路走来,互联服务已经使得创新者将通过服务生态化、系统化和产品智能化实现新的价值增值机会。
4企业需要满足由消费者主导的个性化服务体验
这种个性化服务体验从较开始的产品定义,消费者就会参与,然后延伸到整个制造过程的可视化,后续个性化售后服务。消费者正逐渐成为产品全生命周期过程真正的决策者和参与者,私人定制已成为消费者公认的服务标准之一。
国内转型比较好的有尚品宅配3D全屋定制、红领西服定制、长安汽车C2M在线定制、顾家家居、新日电动车……
推进个性化定制较大的挑战是实现高效定制化生产和响应,平衡个性化与规模化,以及从交互、交易到交付的全流程定制可视化,给用户提供实时体验、实时反馈通道是服务核心。
如某空调由265个零配件变为12个模块,零件商转型为模块商,产品交付全链条手机可视,供应体系的变化和数字应用正支撑产品定制和服务的个性化响应。
5“saleofuse”非“saleofproduct”
对顾客而言,产品变成传达该功能的一项工具,产品本身并非目的,企业视角已经从关注设备购买转移到服务购买和按效果付费,对产品的使用比占有,未来在制造业将变得更为重要。
“saleofuse”还将带来服务主体和服务方式的变化,比如所有的设备将通过租用的模式布局在生产厂家,工厂只是设备的使用方,设备厂家将成为设备管理和维修的主体。
但从卖产品到卖运营服务,有很多陷阱与挑战,比如主体企业的财务体系、服务体系能否跟上。
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??A.为了**控制系统改变不大,应选用数字式伺服系统,仍可采用原来的脉冲控制方式;? ??B.由于伺服电机都有一定过载能力,所以在选择伺服电机时,经验上可以按照所使用的步进电机输出扭矩的1/3来参考确定伺服电机的额定扭矩;? ??C.伺服电机的额定转速比步进电机的转速要高的多,为了充分发挥伺服电机的性能,较好增加减速装置,让伺服电机工作在接近额定转速下,这样也可以选择功率更小的电机,以降低成本。? ??5.用脉冲方式控制伺服电机的优点?? ??一可靠性高,不易发生飞车事故。用模拟电压方式控制伺服电机时,如果出现接线接错或使用中元件损坏等问题时,有可能使控制电压升至正的较大值。这种情况是很危险的。如果用脉冲作为控制信号就不会出现这种问题。? ??二?信号抗干扰性能好。数字电路抗干扰性能是模拟电路难以比拟的。? 当然目前由于伺服驱动器和运动控制器的限制,用脉冲方式控制伺服电机也有一些性能方面的弱点。一是伺服驱动器的脉冲工作方式脱离不了位置工作方式,二是运动控制器和驱动器如何用足够高的脉冲信号传递信息。? ??这两个根本的弱点使脉冲控制伺服电机有很大限制。? ??(1)控制的灵活性大大下降。这是因为伺服驱动器工作在位置方式下,位置环在伺服驱动器内部。这样系统的PID参数修改起来很不方便。当用户要求比较高的控制性能时实现起来会很困难。从控制的角度来看,这只是一种很低级的控制策略。如果控制程序不利用编码器反馈信号,事实上成了一种开环控制。如果利用反馈控制,整个系统存在两个位置环,控制器很难设计。在
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实际中,常常不用反馈控制,但不定时的读取反馈进行参考。这样的一个开环系统,如果运动控制器和伺服驱动器之间的信号通道上产生干扰,系统是不能克服的。
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??(2)控制的快速性速度不高。
? ??6.伺服电机通电以前应做哪些检查工作?? ??检查电机与驱动器的连线,连线不能虚连,线不能接错。? ??7.控制伺服时,给信号时,伺服电机不转,振动?? ??U,V
,W三相接错。? ??8.如何根据客户的要求为客户选配伺服电机和减速机,所选的方案应为较佳。? ??根据功率选取减速机,
选出合适的减速机尺寸,在根据减速机选择合适的伺服电机,一定要注意速度的选取
伺服系统(servomechanism)又称随动系统,是用来精确地跟随或复现某个过程的反馈控制系统。伺服系统使物体的位置、方位、状态等输出被控量能够跟随输入目标(或给定值)的任意变化的自动控制系统。它的主要任务是按控制命令的要求、对功率进行放大、变换与调控等处理,使驱动装置输出的力矩、速度和位置控制非常灵活方便。在很多情况下,伺服系统专指被控制量(系统的输出量)是机械位移或位移速度、加速度的反馈控制系统,其作用是使输出的机械位移(或转角)准确地跟踪输入的位移(或转角),其结构组成和其他形式的反馈控制系统没有原则上的区别。伺服系统较初用于***, 如火炮的控制, 船舰、飞机的自动驾驶,导弹发射等,后来逐渐推广到国民经济的许多部门,如自动机床、无线跟踪控制等
基本释义
伺服系统是指利用某一部件(如控制杆)的作用能使系统所处的状态到达或接近某一预定值,并能将所需状态(所需值)和实际状态加以比较,依照它们的差别(有时是这一差别的变化率)来调节控制部件的自动控制系统。 [2]
主要作用
1、以小功率指令信号去控制大功率负载;
2、在没有机械连接的情况下,由输入轴控制位于远处的输出轴,实现远距同步传动;
3、使输出机械位移精确地跟踪电信号,如记录和指示仪表等。
发展历史
伺服(Servo)是ServoMechanism一词的简写,来源于希腊,其含义是奴隶,顾名思义,就是指系统跟随外部指令进
伺服系统驱动装置
伺服系统驱动装置(11张)
行人们所期望的运动,而其中的运动要素包括位置、速度和力矩等物理量。回顾伺服系统的发展历程,从较早的液压、气动到如今的电气化,由伺服电机、反馈装置与控制器组成的伺服系统已经走过了近50个年头。
如今,随着技术的不断成熟,交流伺服电机技术凭借其优异的性价比,逐渐取代直流电机成为伺服系统的主导执行电机。交流伺服系统技术的成熟也使得市场呈现出快速的多元化发展,并成为工业自动化的支撑性技术之一。
我国现状
我国制造业产业升级的不断推进,为我国伺服产业的发展提供了巨大的市场,近年来,随着数控机床、包装机械、电子专用设备等行业继续保持较好发展以及交流伺服技术的日益成熟,新兴行业如新能源行业中的风电产业伺服技术的应用使得我国伺服市场*发展,2010年,我国伺服市场同比增长39.7%,市场规模达到39.9亿元。
很多有远识的国产厂商正加大研发力度提升其产品的性能,进而扩大其品牌的号召力,国产伺服厂商改变进口垄断格局将指日可待。由此预测,未来五年,我国伺服系统行业受益于产业升级的影响,仍将保持20%以上的增长速度,至2015年,我国伺服系统行业市场规模有望突破100亿元,其中,国产伺服产品的市场占有率将达到40%左右。
主要分类
从系统组成元件的性质来看,有电气伺服系统、液压伺服系统和电气-液压伺服系统及电气-电气伺服系统等;
从系统输出量的物理性质来看,有速度或加速度伺服系统和位置伺服系统等;
从系统中所包含的元件特性和信号作用特点来看,有模拟式伺服系统和数字式伺服系统;
从系统的结构特点来看,有单回伺服系统、多回伺服系统和开环伺服系统、闭环伺服系统。
伺服系统按其驱动元件划分,有步进式伺服系统、直流电动机(简称直流电机)伺服系统、交流电动机(简称交流电机)伺服系统。
性能要求
对伺服系统的基本要求有稳定性、精度和快速响应性。
稳定性好:作用在系统上的扰动消失后,系统能够恢复到原来的稳定状态下运行或者在输入指令信号作用下,系统能够达到新的稳定运行状态的能力,在给定输入或外界干扰作用下,能在短暂的调节过程后到达新的或者回复到原有平衡状态;
精度高:伺服系统的精度是指输出量能跟随输入量的精确程度。作为精密加工的数控机床,要求的定位精度或轮廓加工精度通常都比较高,允许的偏差一般都在 0.01~0.00lmm之间;
快速响应性好:有两方面含义,一是指动态响应过程中,输出量随输入指令信号变化的*程度,二是指动态响应过程结束的*程度。快速响应性是伺服系统动态品质的标志之一,即要求跟踪指令信号的响应要快,一方面要求过渡过程时间短,一般在200ms以内,甚至小于几十毫秒;另一方面,为满足**调要求,要求过渡过程的*陡,即上升率要大。
节能高:由于伺服系统的快速相应,注塑机能够根据自身的需要对供给进行快速的调整,能够有效提高注塑机的电能的利用率,从而达到高效节能。
主要结构
伺服系统主要由三部分组成:控制器,功率驱动装置,反馈装置和电动机。控制器按照数控系统的给定值和通过反馈装置检测的实际运行值的差,调节控制量;功率驱动装置作为系统的主回路,一方面按控制量的大小将电网中的电能作用到电动机之上,调节电动机转矩的大小,另一方面按电动机的要求把恒压恒频的电网供电转换为电动机所需的交流电或直流电;电动机则按供电大小拖动机械运转。
主要特点
1、精确的检测装置:以组成速度和位置闭环控制;
2、有多种反馈比较原理与方法:根据检测装置实现信息反馈的原理不同,伺服系统反馈比较的方法也不相同。常用的有脉冲比较、相位比较和幅值比较3种;
3、高性能的伺服电动机(简称伺服电机):用于高效和复杂型面加工的数控机床,伺服系统将经常处于频繁的启动和制动过程中。要求电机的输出力矩与转动惯量的比值大,以产生足够大的加速或制动力矩。要求伺服电机在低速时有足够大的输出力矩且运转平稳,以便在与机械运动部分连接中尽量减少中间环节;
4、宽调速范围的速度调节系统,即速度伺服系统:从系统的控制结构看,数控机床的位置闭环系统可看作是位置调节为外环、速度调节为内环的双闭环自动控制系统,其内部的实际工作过程是把位置控制输入转换成相应的速度给定信号后,再通过调速系统驱动伺服电机,实现实际位移。数控机床的主运动要求调速性能也比较高,因此要求伺服系统为高性能的宽调速系统。
主要参数
衡量伺服系统性能的主要指标有频带宽度和精度。频带宽度简称带宽,由系统频率响应特性来规定,反映伺服系统的跟踪的快速性。带宽越大,快速性越好。伺服系统的带宽主要受控制对象和执行机构的惯性的限制。惯性越大,带宽越窄。一般伺服系统的带宽小于15赫,大型设备伺服系统的带宽则在1~2赫以下。自20世纪70年代以来,由于发展了力矩电机及高灵敏度测速机,使伺服系统实现了直接驱动,革除或减小了齿隙和弹性变形等非线性因素,使带宽达到50赫,并成功应用在远程导弹、人造卫星、精密指挥仪等场所。伺服系统的精度主要决定于所用的测量元件的精度。因此,在伺服系统中必须采用高精度的测量元件,如精密电位器、自整角机、旋转变压器、光电编码器、光栅、磁栅和球栅等。此外,也可采取附加措施来提高系统的精度,例如将测量元件(如自整角机)的测量轴通过减速器与转轴相连,使转轴的转角得到放大,来提高相对测量精度。采用这种方案的伺服系统称为精测粗测系统或双通道系统。通过减速器与转轴啮合的测角线路称精读数通道,直接取自转轴的测角线路称粗读数通道。
典型机型
20世纪80年代以来,随着集成电路、电力电子技术和交流可变速
伺服系统
伺服系统
驱动技术的发展,永磁交流伺服驱动技术有了**的发展,各国着名电气厂商相继推出各自的交流伺服电动机和伺服驱动器系列产品并不断完善和更新。交流伺服系统已成为当代高性能伺服系统的主要发展方向,使原来的直流伺服面临被淘汰的危机。90年代以后,**已经商品化了的交流伺服系统是采用全数字控制的正弦波电动机伺服驱动。交流伺服驱动装置在传动领域的发展日新月异。
永磁交流伺服电动机同直流伺服电动机比较:
主要优势:
1、无电刷和换向器,因此工作可靠,对维护和保养要求低;
2、定子绕组散热比较方便;
3、惯量小,易于提高系统的快速性;
4、适应于高速大力矩工作状态;
5、同功率下有较小的体积和重量。
主要劣势:
1、永磁交流伺服系统采用了编码器检测磁较位置,算法复杂;
2、交流伺服系统维修比较麻烦,因为电路结构复杂;
3、交流伺服驱动器可靠性不如直流伺服,因为板件太过于精密。
到20世纪80年代中后期,各公司都已有完整的系列产品。整个伺服装置市场都转向了交流系统。早期的模拟系统在诸如零漂、抗干扰、可靠性、精度和柔性等方面存在不足,尚不能完全满足运动控制的要求,随着微处理器、新型数字信号处理器(DSP)的应用,出现了数字控制系统,控制部分可完全由软件进行。
高性能的电伺服系统大多采用永磁同步型交流伺服电动机,控制驱动器多采用快速、准确定位的全数字位置伺服系统。
发展趋势
现代交流伺服系统,经历了从模拟到数字化的转变,数字控制环已经无处不在,比如换相、电流、速度和位置控制;采用新型功率半导体器件、高性能DSP加FPGA、以及伺服专用模块也不足为奇。**厂商伺服产品每5 年就会换代,新的功率器件或模块每2~2.5年就会更新一次,新的软件算法则日新月异,总之产品生命周期越来越短。总结国内外伺服厂家的技术路线和产品路线,结合市场需求的变化,可以看到以下一些较新发展趋势: [3]
高效率化:尽管这方面的工作早就在进行,但是仍需要继续加强。主要包括电机本身的高效率比如永磁材料性能的改进和更好的磁铁安装结构设计,也包括驱动系统的高效率化,包括逆变器驱动电路的优化,加减速运动的优化,再生制动和能量反馈以及更好的冷却方式等。
直接驱动:直接驱动包括采用盘式电机的转台伺服驱动和采用直线电机的线性伺服驱动,由于消除了中间传递误差,从而实现了高速化和高定位精度。直线电机*改变形状的特点可以使采用线性直线机构的各种装置实现小型化和轻量化。
高速、高精、高性能化:采用更高精度的编码器(每转百万脉冲级),更高采样精度和数据位数、速度更快的DSP,无齿槽效应的高性能旋转电机、直线电机,以及应用自适应、人工智能等各种现代控制策略,不断将伺服系统的指标提高。
一体化和集成化:电动机、反馈、控制、驱动、通讯的纵向一体化成为当前小功率伺服系统的一个发展方向。有时我们称这种集成了驱动和通讯的电机叫智能化电机(Smart Motor),有时我们把集成了运动控制和通讯的驱动器叫智能化伺服驱动器。电机、驱动和控制的集成使三者从设计、制造到运行、维护都更紧密地融为一体。但是这种方式面临更大的技术挑战(如可靠性)和工程师使用习惯的挑战,因此很难成为主流,在整个伺服市场中是一个很小的有特色的部分。
通用化:通用型驱动器配置有大量的参数和丰富的菜单功能,便于用户在不改变硬件配置的条件下,方便地设置成V/F 控制、无速度传感器开环矢量控制、闭环磁通矢量控制、永磁无刷交流伺服电动机控制及再生单元等五种工作方式,适用于各种场合,可以驱动不同类型的电机,比如异步电机、永磁同步电机、无刷直流电机、步进电机,也可以适应不同的传感器类型甚至无位置传感器。可以使用电机本身配置的反馈构成半闭环控制系统,也可以通过接口与外部的位置或速度或力矩传感器构成高精度全闭环控制系统。
智能化:现代交流伺服驱动器都具备参数记忆、故障自诊断和分析功能,绝大多数进口驱动器都具备负载惯量测定和自动增益调整功能,有的可以自动辨识电机的参数,自动测定编码器零位,有些则能自动进行振动抑止。将电子齿轮、电子凸轮、同步跟踪、插补运动等控制功能和驱动结合在一起,对于伺服用户来说,则提供了更好的体验。
网络化和模块化:将现场总线和工业以太网技术、甚至无线网络技术集成到伺服驱动器当中,已经成为欧洲和美国厂商的常用做法。现代工业局域网发展的重要方向和各种总线标准竞争的焦点就是如何适应高性能运动控制对数据传输实时性、可靠性、同步性的要求。随着国内对大规模分布式控制装置的需求上升,**数控系统的开发成功,网络化数字伺服的开发已经成为当务之急。模块化不仅指伺服驱动模块、电源模块、再生制动模块、通讯模块之间的组合方式,而且指伺服驱动器内部软件和硬件的模块化和可重用。
从故障诊断到预测性维护:随着机器安全标准的不断发展,传统的故障诊断和保护技术(问题发生的时候判断原因并采取措施避免故障扩大化)已经落伍,较新的产品嵌入了预测性维护技术,使得人们可以通过Internet及时了解重要技术参数的动态趋势,并采取预防性措施。比如:关注电流的升高,负载变化时评估尖峰电流,外壳或铁芯温度升高时监视温度传感器,以及对电流波形发生的任何畸变保持警惕。
专用化和多样化:虽然市场上存在通用化的伺服产品系列,但是为某种特定应用场合专门设计制造的伺服系统比比皆是。利用磁性材料不同性能、不同形状、不同表面粘接结构(SPM)和嵌入式永磁(IPM)转子结构的电机出现,分割式铁芯结构工艺在日本的使用使永磁无刷伺服电机的生产实现了高效率、大批量和自动化,并引起国内厂家的研究。
小型化和大型化:无论是永磁无刷伺服电机还是步进电机都积极向更小的尺寸发展,比如20,28,35mm 外径;同时也在发展更大功率和尺寸的机种,已经看到500KW永磁伺服电机的出现,体现了向两较化发展的倾向。
发展方向:随着生产力不断发展,要求伺服系统向高精度、高速度、大功率方向发展。
1、充分利用*发展的电子和计算机技术,采用数字式伺服系统,利用微机实现调节控制,增强软件控制功能,排除模拟电路的非线性误差和调整误差以及温度漂移等因素的影响,这可大大提高伺服系统的性能,并为实现较优控制、自适应控制创造条件;
2、开发高精度、快速检测元件;
3、开发高性能的伺服电机(执行元件)。交流伺服电机的变速比已达1∶10000,使用日益增多。无刷电机因无电刷和换向片零部件,加速性能要比直流伺服电机高两倍,维护也较方便,常用于高速数控机床。
主要应用
伺服系统在数控加工中的作用及组成
在自动控制系统中,把输出量能以一定准确度跟随输入量的变化而变化的系统称为随动系统,亦称伺服系统。数控机床的伺服系统是指以机床移动部件的位置和速度作为控制量的自动控制系统,又称为随动系统。
伺服系统由伺服驱动装置和驱动元件(或称执行元件伺服电机)组成,高性能的伺服系统还有检测装置,反馈实际的输出状态。
数控机床伺服系统的作用在于接受来自数控装置的指令信号,驱动机床移动部件跟随指令脉冲运动,并**动作的快速和准确,这就要求高质量的速度和位置伺服。以上指的主要是进给伺服控制,另外还有对主运动的伺服控制,不过控制要求不如前者高。数控机床的精度和速度等技术指标往往主要取决于伺服系统。
应用趋势
自动控制系统不仅在理论上飞速发展,在其应用器件上也日新月异。模块化、数字化、高精度、长寿命的器件每隔3~5年就有更新换代的产品面市。传统的交流伺服电机特性软,并且其输出特性不是单值的;步进电机一般为开环控制而无法准确定位,电动机本身还有速度谐振区,pwm调速系统对位置跟踪性能较差,变频调速较简单但精度有时不够,直流电机伺服系统以其优良的性能被广泛的应用于位置随动系统中,但其也有缺点,例如结构复杂,在**低速时死区矛盾**,并且换向刷会带来噪声和维护保养问题。新型的永磁交流伺服电机发展*,尤其是从方波控制发展到正弦波控制后,系统性能更好,它调速范围宽,尤其是低速性能优越。