Sigmatek C-IPC在螺栓紧固机械上的应用

自动化系统控制的应用具有多面性，区别仅仅是需求不同而已。有一种特别的应用是对速度的挑战，比如螺栓紧固。在这里，通过模拟量来传递位置和扭矩的控制信号，并且进行实时的驱动控制。

Stöger 自动化公司, 位于慕尼黑的南部, 专注于螺栓紧固和装配系统的开发。他们最新的产品是用于螺栓紧固的专用设备，这台新式的设备仅仅使用了一台马达进行驱动，并已经在今年的Automatica杂志进行了专门的报道。为了能够更好地对螺栓紧固设备进行可视化的控制，他们越来越多地开始采用Sigmatek的产品。“我们已经和Sigamtek合作了2年的时间。而且已经开始进行了一些联合的开发计划。我们希望在我们的产品中今后采用Sigamtek的产品为标准的控制系统。”公司的董事长兼总经理Lorenz Stöger先生如是说。
做出这样至关重要决定的唯一原因就是对高速度的需要。因为能够进行高速模拟测量值的采集和对马达的高速控制是评价螺栓紧固机械的终极标准。一般来说，完成每个螺栓操作的时间为0.8到1秒钟。减去定位的时间，那么剩下来的旋紧时间仅有0.5到0.6秒。因此，3个模拟参数：“距离”、“角度”和“扭矩”的测量时间就只有4到5ms了。这3个参数对于整个旋紧的过程来说是非常重要的，当开始旋入的时候需要尽可能地高速，而快达到所需的深度或者/以及达到了预设的旋紧扭矩的时候又需要缓慢地旋转并最终完成整个过程。

高速的总线连接了控制器和伺服驱动器
这样的高速度是通过转换时间仅需14µs的高速A/D转换模块来保证，并且通过内部总线传输到伺服驱动器。同时，控制器和伺服驱动器也通过总线和外部的仪器进行连接。
在这里，极短的6 µs访问时间对于最终完成执行的时间来说变得至关重要，否则的话可能会让整个的系统反应时间达到数毫秒。以前的控制系统往往需要近100ms来获取信号，而无法将这个时间缩短到10ms的级别，尤其是当信号在没有预兆的情况下到来时，这就意味着在程序执行的时候可能没有办法处理这些信号。

一台Sigmatek的C-IPC工业控制计算机成为这套系统的处理单元，通过内置的端口和一排I/O模块相连接，这其中包括了一个获取模拟信号的模块。在这套方案中，模拟模块的准确性取决于控制系统的时钟精度。也就是说CPU(C-IPC)发送出系统时钟信号，而所有的I/O模块则在接收到之后进行自动同步。因此这些模块“知道”下一次的CPU脉冲信号会在什么时候到来，以及CPU会在什么时候发送和接收数据。所以在这个系统中的每一个模块都能保证在CPU需要的时间作好准备，并将所有的模拟信号都已经完全转换完毕。从而，所有外围设备发送到控制系统的信号实际延迟时间是零。所有这些发生的事情都是自动地进行处理的，而无需在编程的时候去特别地考虑它。
这台作为控制核心的紧凑型工业PC通过DVI接口和带有触摸屏的液晶显示器相连接。同时通过CAN-Bus连接外围的控制阀。同时，PC的固有结构也让它带有了以太网卡和USB接口。在远程控制方面则可以通过Modem和串行通讯口来进行。

一种控制理念
Stöger自动化公司设定了一种新的控制理念，即机械的控制系统硬件除了在显示部分会根据型号不一而有所不同之外，其余部分都一样。这套控制系统的基础结构为16路数字输入输出，用于最小的基础型设备上。而扩展的I/O模块则可以根据需要再进行添加。Stöger公司的技术人员说：“这一点对我们来说很重要，我们现在能够从一家供应商那里得到我们所需要的所有控制系统。这样做的好处在于可以一直使用相同的编程语言。我们能够反复利用已经编写成熟的程序段，不论是最小的系统还是最庞大的控制单元。”
Helmut Fritz先生，Sigmatek公司德国区经理，解释道：“C-DIAS系列产品线的可升级性仅仅会体现在CPU上。在Sigamtek，没有小、中或者大型系统之间没有性能上的差异，也没有指令集的区别。各套系统之间的不同仅仅在于存储空间和内存的大小不同，接口的数量多少而已。所以在软件的执行方面，各个系统的性能是一致的。”
另外一个突出的特点是编程语言。LASAL是一套基于Client-Server技术，且符合IEC 61131-3标准的先进的编程工具。这套软件采用高级语言编程，且具备面向对象的开发环境。由于程序中不永久关联硬件地址，所以保证了程序段可以被任意地重复使用。一个典型的例子就是电机驱动的控制：对于控制器来说，马达驱动的种类是无关紧要的。不论是普通的马达还是伺服驱动器，只要它具备一个10V的信号接口就可以了。对于软件来说，只需要关心必须的设定参数就可以了。所以，只要你需要，那么就可以交换和复制整段的马达驱动程序，而不需要去关心它是如何来实现控制结果的。Sigamtek公司看到，也许在不久的将来，越来越多的开发人员将会在大学中接受这种面向对象的编程培训。
Stöger Automation GmbH公司的总经理Lorenz Stöger先生衡量性价比的时候说：“以前我们采用的控制系统比较廉价，但是性能并不好，老系统处理模拟信号的速度非常缓慢。在开展了第一次的联合开发计划之后，我便认识到我们可以从Sigmatek获得的产品价格不算高，但是所具备的性能则是可以和哪些极为昂贵的系统相媲美。此外，对我们来说可以设定地址可视化技术也是非常不错的。同时要知道，我们自己也并不是在任何领域都是专业的，Sigmatek是个能够提供优质服务的自动化控制系统合作伙伴。”

撰文：Stefan Keßler，现为elektro Automation的撰稿编辑。