运动控制行业4.0

虽然在I4.0的背景下通常讨论运动控制，但它最重要的是实现其主要目标。在本文中，比较了两个表面贴装技术（SMT）P＆P机器的情况分析。

这两种机器都被用于执行具有高质量和高吞吐量的高挑战性的制造任务。两者都有一个双龙门结构，包括z轴安装头，控制线性和角组件的方向，并管理相同尺寸的pcb，在那里类似的小和高密度的部件。

然而，它们在其设计中显着变化，每小时组分（CPH）吞吐量和运动方法。机器“A”的重量为2,000公斤，体积为5.2米^3.．相比之下，机器“B”的重量仅为1,200公斤，体积为3.9米^3.（少33％）和较高的整体CPH吞吐量。如何更轻，更小，并且显然更少“配备”的机器比“重型”机器更好？

什么是“纯粹的力量”？

智能伺服驱动器这在系统中运行的是大多数消耗的电源完全用于移动负载（“纯功率”），在I4.0生态系统中提供了一个主要的好处。具有高分辨率伺服和高度响应性的伺服驱动器具有正确意义，监控和分析运动控制的机器运动，零件和设备。

高水平、实时的扭矩、力、速度和位置传感为每个参数提供了独家的高分辨率大小和时间戳数据。利用这些数据，可以使用多维工厂分析来提供有关机器当前状况的有用信息，分析可以为预测性维护提供指示，最终减少故障和停机时间

图1。智能控制在I4.0的作用

如何实现“纯粹权力”？

1.独特的龙门控制

在传统技术中，将使用具有主控制器的复合集中龙门控制架构和每个轴的多个驱动器。除了物理复杂性外，这种架构也易于过度的现场总线网络负载。

然而，机器“B”用贫化控制理念而打造的，其中只有两个伺服驱动器进行分布式龙门控制功能。有无需使用控制器和负载式传动一个相当大的开销减少。连接器，电缆，电缆导向和热沉，否则会使用太多的权力被最小化或消除。这使得真正的“纯电”操作。

图2。龙门操作只有两个伺服驱动器。

2.选择和放置，这一切都在头

通过降低安装头设计，还实现了较轻的机器“B”。光线，超小型和强大的伺服驱动器直接连接到移动的XY轴上。因此，安装头使用较少的功率，作为连接器，电缆载体和柔性电缆所需的寄生功率显着最小化。

这使得驱动器更敏感，习惯了负载本身。精确的“无传感器”力的0.3〜10 n中的范围是控制所面临的机器“B”由于几个问题之一“纯电力”。这也实现了与电流回路的分辨率比大于2000更好：1和具有宽的带宽（高达4 kHz）和非常快速的响应时间。

图3。超紧凑的16个大功率伺服驱动器。

3.智能运动和伺服控制

为了实现高吞吐量的高性能，P&P机器应该是高度动态的。深度安装在机器内部的智能伺服驱动器使高精度遥测和分析具有高灵敏度和分辨率，以及快速响应时间。

如下面的曲线图所示，考虑垂直头单元（Z轴）的振荡，响应于沿着XY平面高速协调运动被正确地测定机“B”内的运动的效果。在高操作速度XY，系统的非线性和密集的寄生机械振荡是显而易见的。

图4。寄生虫行为的高级检测。这些都可以通过智能控制来克服。

机器制造商主要转向常规技术，以克服这种“不良”行为。它们通常通过加入重型和庞大的力学，最终需要更大的电动机，齿轮和更高功率驱动器。这导致了更重大且敏捷的机器，如机器“a，”所观察到的，渲染更难以达到高动态和吞吐量。

的改进技术封面轻灵力学，监督重要的行为，以及与像基于位置的增益调度，多维植物识别，振荡预测信号调节，高阶滤波器等智能运动和伺服控制功能的必然寄生谐振优惠．

与机械修复相比，这种方法不仅更加经济，而且还有助于专注于系统中的“纯动力”，因为在笨重的机制上不需要花费太多的能量。

利用“纯粹的力量”

高精度（无传感器）力控制

“纯功率”的潜力快速，精确地监测放置过程的安装力使得能够检测可能是由机械部件故障，机械磨损或坏的安装力中的短期和长期偏差的偏差批量组件具有一些机械不准确性。

有管理力值和响应两种方式：

• 实时性：这是在驱动级监测结果的直接反应。该驱动器可以收集，分析，以及相当数量的数据的响应。
• 长期:数据被转移到更高级别的控制器，即更高级别的主机或运动控制器，在那里，“大数据”被专门的算法检查，以发现任何异常或偏差。

预测性能和操作

此外，智能伺服驱动器可以跟踪XY表的短期和长期负载稳定性，控制性能和可重复性。可以追踪和记录扭矩 - 速度关系，响应，负载或“新”振荡的响应，负载或外观的所有“动态”变化。

可以实时检查收集的数据，以确定机械泄漏，故障和其他机械问题的未来风险。因此，驱动器可以在任何损坏过程或组件或在机器停止工作之前纠正和/或避免故障。

图5。超小、大功率伺服驱动:80A、80V。

“纯动力”是由于智能运动和伺服控制的“奖金”，旨在通过控制来优化机器性能，而不是(昂贵的)机械设计。由于使用的功率80%-90%为“纯功率”，可实现高分辨率、高灵敏度监测。

结论

本文展示了一种创新的运动控制技术，为P＆P机器提供智能I4.0功能。

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