大家在市場(chǎng)上紛紛討論機(jī)械控制網(wǎng)絡(luò)解決方案，但是，很多公司仍然徘徊于是否使用這些方法。那么，向你的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手學(xué)習(xí)吧，看看四家機(jī)械制造生產(chǎn)商怎樣使用最新的運(yùn)動(dòng)總線技術(shù)促進(jìn)新型機(jī)械設(shè)備的設(shè)計(jì)，控制它們的運(yùn)動(dòng)、邏輯運(yùn)算、人機(jī)接口（HMI）以及工廠間的通信。

以太網(wǎng)將修邊機(jī)引向前沿

早期的現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)的解決方案有時(shí)無(wú)法提供復(fù)雜的、精密的機(jī)床所需的加工量。因此，當(dāng)IMA（www.ima.de/eng）的電氣設(shè)計(jì)總監(jiān)Günter Redeker考慮將他們的Novimat修邊機(jī)試點(diǎn)項(xiàng)目重新設(shè)計(jì)時(shí)，他打算采取另一種方法，使用最新的PC技術(shù)。

新的機(jī)床概念

這種新型的修邊機(jī)是一個(gè)高性能系統(tǒng)，可用于加工木屑板或輕質(zhì)建筑板材的邊緣。Novimat Concept由各模塊和可配制加工單元組成，能夠進(jìn)行研磨和修邊、倒角、飾面以及修平等加工。該機(jī)床使用連續(xù)軌跡控制方法精確的監(jiān)測(cè)并控制工件的位置，可以同時(shí)加工多個(gè)工件。

應(yīng)用：用于IMA Klessmann GmbH公司家具制造中，專用的修邊機(jī)和加工中心。
工程挑戰(zhàn)：高精度的加工量；帶有幾千個(gè)I/O口和一百多根軸的復(fù)雜機(jī)床的系統(tǒng)架構(gòu)。
控制方法：以太網(wǎng)現(xiàn)場(chǎng)總線控制12根軸和集成I/O口，去掉了PC現(xiàn)場(chǎng)總線卡。

系統(tǒng)概述：

· EtherCAT技術(shù)機(jī)床控制網(wǎng)絡(luò)
· 每個(gè)機(jī)床模塊有12根軸和30個(gè)信號(hào)通路
· Ethernet-based I/O口和伺服驅(qū)動(dòng)代替了傳統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)總線
· 連續(xù)路徑控制
· 輔助CAN-based驅(qū)動(dòng)使用EtherCAT/CAN網(wǎng)關(guān)

新的控制平臺(tái)

當(dāng)重新設(shè)計(jì)Novimat時(shí)，IMA公司使用了Beckhoff公司(www.beckhoffautomation.com)的用于控制和自動(dòng)化技術(shù)的實(shí)時(shí)以太網(wǎng)技術(shù)（EtherCAT）。IMA公司以前的木工機(jī)床上，使用的就是一臺(tái)Beckhoff公司的PC控制器。這個(gè)控制器采用DOS操作系統(tǒng)，光導(dǎo)總線自動(dòng)化技術(shù)和基于PC機(jī)的顯示和控制。每個(gè)機(jī)械單元都有一個(gè)總線端子I/O站通過(guò)光導(dǎo)總線耦合，伺服驅(qū)動(dòng)模塊通過(guò)PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線耦合進(jìn)行實(shí)際的加工，并通過(guò)CAN總線與執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行通信。

Redeker說(shuō)他們轉(zhuǎn)向使用新平臺(tái)是因?yàn)闄C(jī)械安裝設(shè)備非常復(fù)雜，總共有幾千個(gè)I/O以及一百多根軸。

他說(shuō)：“以前，為了通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)控制這些機(jī)床，我們用四芯的光導(dǎo)總線，在機(jī)床要求的單一采樣速率下收集或傳輸大量的數(shù)據(jù)。這樣做是達(dá)到要求的唯一方法。”

根據(jù)Redeker的說(shuō)法，控制器在處理這些大量數(shù)據(jù)時(shí)需要很強(qiáng)的計(jì)算能力。它不僅要把數(shù)據(jù)從光導(dǎo)總線下載到內(nèi)存，之后再傳送回光導(dǎo)總線，還要根據(jù)進(jìn)程圖將輸入/輸出數(shù)據(jù)分類。而使用EtherCAT解決方案后，他說(shuō)：“DMA控制器控制數(shù)據(jù)在以太網(wǎng)接口和內(nèi)存之間直接傳輸，使我們的系統(tǒng)有了很大的改進(jìn)。”

機(jī)床的發(fā)展

這種新系統(tǒng)的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是能夠進(jìn)行連續(xù)軌跡控制。連續(xù)軌跡控制能夠在機(jī)床內(nèi)跟蹤工件，實(shí)現(xiàn)通路上的精確控制，或者同步快速機(jī)床的零件。工件通過(guò)機(jī)床的速度達(dá)到60米/分鐘，對(duì)應(yīng)每毫秒移動(dòng)1毫米并存在潛在的關(guān)聯(lián)偏差。如果連續(xù)軌跡控制的時(shí)間為2毫秒，那么完成60米長(zhǎng)的機(jī)床就會(huì)產(chǎn)生2毫米的偏差，這樣的結(jié)果是不精確的，尤其在如今對(duì)機(jī)床的精度要求越來(lái)越高的時(shí)候，Redeker將這個(gè)值稱為臨界值(borderline value)。

在控制系統(tǒng)架構(gòu)中提供整合的EtherCAT、Profibus和CANopen通訊協(xié)議
Novimat Concept是一個(gè)單面，自動(dòng)的修邊系統(tǒng)。當(dāng)材料通過(guò)該機(jī)床時(shí)，機(jī)床對(duì)其進(jìn)行單板整邊，修邊和飾面。

他預(yù)見(jiàn)了在機(jī)床上完全實(shí)現(xiàn)EtherCAT技術(shù)后的潛力，這樣就能夠利用最新、最強(qiáng)大的工業(yè)計(jì)算機(jī)技術(shù)。目前大型的生產(chǎn)線需要兩臺(tái)電腦：一臺(tái)用于用戶接口；另一臺(tái)用于實(shí)時(shí)控制。Redeker補(bǔ)充道：“希望將來(lái)在這些系統(tǒng)中能夠只用一臺(tái)電腦。同時(shí)，如果能夠只使用一種現(xiàn)場(chǎng)總線，那么工程上和維修上也將簡(jiǎn)單很多。”

集于一體的建模、仿真和控制

柱面坐標(biāo)測(cè)量機(jī)床中，將軸承環(huán)與旋轉(zhuǎn)的主軸定心自動(dòng)化，就是檢測(cè)并執(zhí)行動(dòng)作。但是當(dāng)目標(biāo)精度是1—2微米，給定不同尺寸、重量的軸承，并且零件上可能還有油，同時(shí)適應(yīng)系統(tǒng)的摩擦，這樣的機(jī)床是很出眾的。

統(tǒng)一的解決方案

克萊蒙森大學(xué)（Clemson University）的國(guó)際汽車研究中心（International Center for Automotive Research）總監(jiān)Thomas Kurfess博士說(shuō)：“盡管這是一個(gè)簡(jiǎn)單的系統(tǒng)，但在這例應(yīng)用中你還有很多不知道的地方。用PID控制器使控制精度達(dá)到1微米是很困難的，原因多是有摩擦的存在。但是現(xiàn)在，可以使用標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)動(dòng)控制平臺(tái)來(lái)做到。”

Novimat Concept 是一個(gè)單側(cè)的，自動(dòng)直線封邊系統(tǒng)，
專為接縫、封邊和邊沿的精加工使用
Timken 公司 (www.timken.com) 和 National Instrument公司(www.ni.com)合作研究，Kurfess和他的小組減少了自動(dòng)化系統(tǒng)中熟練技術(shù)工人的工作。

Kurfess說(shuō)：“使我們能夠一步完成建模、仿真和控制的關(guān)鍵技術(shù)在于尖端的軟件工具。以前我們可以把想要的具有某種功能的系統(tǒng)進(jìn)行建模和仿真，但是，接下來(lái)的控制就不會(huì)發(fā)生了。你會(huì)問(wèn)‘為什么不行呢？’，答案是更新你的模型吧。”

高質(zhì)量的自動(dòng)直線封邊機(jī)實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)網(wǎng)絡(luò)化控制
需要效率

設(shè)計(jì)一個(gè)有效的控制系統(tǒng)將人工對(duì)中的過(guò)程自動(dòng)化，目的是減少定心所用的周期時(shí)間。與手工操作相比，自動(dòng)化系統(tǒng)只需要人工測(cè)量時(shí)間的15%。

這個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)由一個(gè)線性滑塊和一個(gè)帶有空氣軸承的精密轉(zhuǎn)軸組成，空氣軸承的作用是提高運(yùn)動(dòng)精度以及使運(yùn)動(dòng)平滑。一個(gè)LVDT位移傳感器作為測(cè)量裝置安裝在線性滑塊上，與一個(gè)固定推桿觸點(diǎn)一起驅(qū)動(dòng)軸承環(huán)。

一個(gè)有效的控制系統(tǒng)使軸承定心的過(guò)程自動(dòng)化,顯著的減少了定心所用的時(shí)間。

應(yīng)用：在柱面坐標(biāo)測(cè)量機(jī)床中，使給旋轉(zhuǎn)主軸上的軸承環(huán)定心的過(guò)程自動(dòng)化。
工程挑戰(zhàn)：減少準(zhǔn)備時(shí)間；保證在高度動(dòng)態(tài)機(jī)床系統(tǒng)中，給軸承環(huán)定心的重復(fù)誤差為1?到2微米。
控制方法：使用LabView控制設(shè)計(jì)和仿真軟件，硬件包括PXI/Compact PCI卡和用于運(yùn)動(dòng)控制的Soft Motion驅(qū)動(dòng)。

系統(tǒng)概述：

● LabView Control Design Toolkit，實(shí)時(shí)和仿真模塊
● Soft Motion驅(qū)動(dòng)
● 測(cè)量裝置選用LVDT位移傳感器
● 卡爾曼濾波器處理原始數(shù)據(jù)