在即將于11月7-11日開幕的第19屆工博會上，眾多自動化領域領先企業(yè)將集中展示智能制造的核心技術和前端產(chǎn)品，紛紛現(xiàn)場演繹“智能制造”“智慧工廠”的實際應用。與此同時，埃莫運動控制技術（上海）有限公司（以下簡稱：埃莫）著力打造自動化領域內(nèi)的細分市場，重點推出運動控制相關解決方案，為廣大參展企業(yè)與專業(yè)觀眾提供更高效的參與體驗。

讓智能機器更智能

　　感知、識別、交互、共享，這些手段雖然在科技圈里有一小波人玩得很轉(zhuǎn)，但放到具體的生產(chǎn)過程中仍是高高在上、遙不可及。如何讓它們最具性價比？埃莫一直鼎力推進讓智能機器更加智能、更具性價比，共直流母線方案是一個例子，經(jīng)濟實惠的高性能步進電機直驅(qū)方案是另一個例子。

共直流母線方案

　　伺服應用功率消耗的本質(zhì)就是無數(shù)次加減速過程中需要消耗瞬時的峰值功率，而平均功率消耗則非常低。在“共交流母線”應用中，每一個伺服驅(qū)動器的電源部分被設計成必須能滿足峰值功率的需求。相反地，采用“共直流母線”，平均功耗與總的瞬時功耗比則低得多。

　　“共直流母線”一個非常大的優(yōu)點就是可以共享制動電路。伺服操作的特點就是短時而劇烈的剎車或換向。由于驅(qū)動器產(chǎn)生的再生能量同時反饋給直流母線的情況很少，一個“共享的”制動電阻就可以同時滿足多個伺服驅(qū)動器的制動需求。而在“共交流母線”的情況下，每一個驅(qū)動器的制動電阻必須夠大才能吸收電機產(chǎn)生的再生能量，而且無法得到周圍其他驅(qū)動器制動電路的支持。因此，就造成了制動電路能力的浪費。

　　在很多伺服應用上，當一個伺服驅(qū)動器剎車時，其他的則處于“電機驅(qū)動”狀態(tài)（耗電）。采用共直流母線甚至不需要開啟制動電路，能量就可以從剎車電機流向驅(qū)動電機，因此減少了再生過程中可觀的熱損耗。在“收卷-放卷”應用中，甚至可以減少超過80%的熱損耗。

除此之外，共直流母線還可以節(jié)省元器件如整流電路、壓敏電路、浪涌抑制電路、EMI電路、制動電阻、電容等重復搭配。

高性能步進電機直驅(qū)方案

　　大多數(shù)的標準伺服電機設計轉(zhuǎn)速是從1500RPM到3000 RPM。在很多情況下，最大的應用速度是較低的。要“調(diào)整”應用速度有兩個主要方式：1、機械減速機構（齒輪）；2、直接驅(qū)動伺服電機 。

　　第一種“調(diào)整”方式添加了一級機械傳動，這會減少電機和齒輪單元的壽命，降低精度（背隙）、增加成本，并降低效率。一個一級減速機（減速比達10:1）只有 ≈80%的效率（優(yōu)質(zhì)的減速機可達將近90%）；第二種“調(diào)整”方式是一個高性能的解決方案，但成本很高，在很多情況下是難以負擔的。

　　為解決以上問題，埃莫推出了經(jīng)濟實惠的高性能直驅(qū)解決方案。埃莫的方案由以下部分組成：1、標準步進電機；2、高分辨率的編碼器；3、高性能的步進伺服驅(qū)動器。

　　相較于一般意義上的直驅(qū)方案(DDR)，步進電機直驅(qū)(DDR)方案的成本低了50% -60%，這可以鼓勵大家從減速機方案轉(zhuǎn)向直驅(qū)方案，消除機械減速機所帶來的能源浪費。據(jù)悉，埃莫的步進電機直驅(qū)(DDR)方案扭矩最高可達20 NM。

助力“中國制造2025”

　　埃莫是行業(yè)內(nèi)處于領先地位的供應商，主要研發(fā)和制造具有高級運動控制功能的緊湊型高功率密度伺服放大器和數(shù)字伺服驅(qū)動器。深化與制造業(yè)、能源、航空、創(chuàng)新、中小企業(yè)等合作，目前已初見成效。

　　在“中國制造2025”的大背景下，埃莫致力于用看似 “裝備”較少的機器來完成以往“重型”機器所負擔的任務。例如，對比分析以下兩種貼片 (SMT) 抓取放置機器的案例：兩種機型的生產(chǎn)任務要求都很高，要求高產(chǎn)能及高質(zhì)量，都采用雙龍門結構，Z軸組件部分控制元器件上下位移及旋轉(zhuǎn)運動，工藝對象是相同尺寸的 PCB，在里面放置相似的高密度小型零部件。然而，它們的設計、運動方式和每小時產(chǎn)能 (cph) 卻有顯著差異。機器A的重量為 2000kg，體積為 5.2m3，而機器B的重量僅為 1200kg，體積為 3.9m3（少 33％），并且產(chǎn)能更高。更小、更輕、看似 “裝備”較少的機器怎么可能勝過“重型”機器？  

獨特的龍門控制

傳統(tǒng)的龍門控制算法都是采用復雜的集中式控制架構，這種架構需要一個主控制器處理龍門算法，每個軸配置一個驅(qū)動器。除了物理復雜性之外，這種架構往往會加重通訊總線負載。

采用了精益控制概念來設計的機器可僅由兩個伺服驅(qū)動器來實現(xiàn)分布式龍門控制。主控制器不需要參與龍門控制算法，伺服驅(qū)動器安裝在負載側(cè)，這種方式可顯著降低開銷。減少或消除了消耗過多功率的電纜、連接器、散熱器和電纜導軌。這就實現(xiàn)了真正的“純功率”操作。  

圖1 ：龍門操作只需2個伺服驅(qū)動器

抓取與放置均在頭部實現(xiàn)

更輕的機器也是通過設計最小化的貼裝頭來實現(xiàn)。將超小、輕便且功能強大的伺服驅(qū)動器直接安裝在 XY 軸上。 由于顯著減少了柔性電纜、電纜支架和連接器所需的寄生功率，因此可降低貼裝頭消耗的功率。這樣就能夠讓驅(qū)動器更加靈敏，并適應自身負載。

??圖2：16個超級緊湊的大功率伺服驅(qū)動器??

智能運動與伺服控制

抓取放置型機器必須具有高動態(tài)響應性，使其能夠兼顧高產(chǎn)能和高性能。具有高分辨率和高靈敏度的智能型伺服驅(qū)動器安裝在機器深處可進行高精度監(jiān)測和分析，并且響應迅速。請參考下圖所示機器B的運動效果，當系統(tǒng)沿 XY 平面進行高速插補運動時，Z軸產(chǎn)生的寄生振蕩會被準確測量出來并顯示在圖表里?？梢钥闯黾纳鷻C械振蕩和系統(tǒng)非線性在高速XY運動時表現(xiàn)的很明顯。

圖3：寄生行為的高級檢測?？赏ㄟ^智能控制來克服

機械制造商經(jīng)常采取傳統(tǒng)的方法來克服這種“不良”的行為。通常會設計沉重而龐大的機構，最終會采用更大的電機、齒輪和更高功率的驅(qū)動器。這使得機器更笨重，如機器A，更難以達到高動態(tài)性和高產(chǎn)能。更好的處理方法是設計輕靈的機構，監(jiān)測機器運行狀態(tài)，使用智能的運動控制算法和伺服驅(qū)動器功能來處理不可避免的寄生諧振，例如多維系統(tǒng)識別，位置環(huán)增益表、高階濾波器、振蕩預測信號調(diào)理等。這種方法不僅比機械處理方法的性價比高，而且更有助于彰顯“純功率”系統(tǒng)的概念，因為在龐大的機械系統(tǒng)里浪費的功率很少。

??　　

圖4 ：超小型高功率伺服驅(qū)動器：80A，80V

高精度（無傳感器）作用力控制

　　基于“純功率”，便可及時而準確地監(jiān)測放置過程的貼裝作用力，這樣就能夠檢測由于機械磨損、機械部件故障或不良批次元件的不準確性而可能導致的貼裝力短期及長期偏差。

可以通過兩種方式來處理作用力給定和響應：

·實時：在驅(qū)動器層對監(jiān)控結果立即響應。驅(qū)動器可以收集、分析并響應大量數(shù)據(jù)。

·長期：將數(shù)據(jù)傳輸給更高級控制器、運動控制器或上位主機，在控制器層利用算法對“大數(shù)據(jù)”進行分析，以鑒別任何偏差或異常。

預測性能與操作

　　智能型伺服驅(qū)動器還可以監(jiān)控XY平臺的短期和長期的負載穩(wěn)定性、重復性和控制性能?？梢员O(jiān)視并記錄扭矩 - 速度關系的“即時”變化、負載、響應或出現(xiàn)的“新”振蕩?？梢詫崟r分析累積的數(shù)據(jù)，以檢測未來的故障、機械磨損和其他機械問題等風險。因此，驅(qū)動器可以在過程或組件損壞之前，或在機器停機之前校正和/或避免故障。

　　“純功率”是智能運動和伺服控制附帶的“獎勵”，旨在通過控制而不是（昂貴的）機械設計來實現(xiàn)機械性能優(yōu)化。由于 80-90％ 的功率消耗是“純功率”，因此可以實現(xiàn)高靈敏度、高分辨率的監(jiān)控。

　　深刻影響世界，體現(xiàn)埃莫智慧

　　埃莫沒有對運動控制生產(chǎn)線進行單體優(yōu)化、而是從自動化、信息化等維度全面介入，打造出真正的智能工廠。在“中國制造2025”的戰(zhàn)略部署下，新一輪科技升級與產(chǎn)業(yè)變革發(fā)生了日新月異的變化，埃莫將鼎力支持以信息技術與制造業(yè)加速融合為主要特征的智能制造，為全球制造業(yè)的發(fā)展推波助瀾！盛會將啟，請關注微信公眾號二維碼，了解埃莫相關信息?。ㄎ?gkyb）

Industrial Automation Shanghai 2017

讓智能機器更智能

助力中國制造2025

讓我們相約在2017工博會