基于工业以太网的运动控制系统促进弯管生产设备的革新

采用工业以太网技术的电机伺服系统促进了弯管生产设备的革新，允许多工位弯曲加工同时进行，减少了材料的消耗和设备的占地面积。Unison公司开发的新产品Breeze Uniflex就采用了这项技术，应用积木式多工位加工工艺，实现了弯管过程中的自动进料、定位和夹紧。该产品采用了Baldor电气公司生产的，基于ETHERNET Powerlink网络协议的实时运动控制系统。 一台控制器实时控制 整个多工位加工的过程，其中包括许多其它进给和传送的动作。Unison公司生产的第一代Breeze Uniflex产品已经应用于生产柴油发动机的冷凝管。这台设备控制15个运动坐标轴以及许多I/O信号和其他的辅助信号。在这套设备中，通过四个独立的工位自动加工冷凝管，在每个工位上各种操作是并行处理的。与传统的多头弯管机的加工方式相比较，并行处理提高了生产效率。Baldor电气公司生产的NextMove e100控制器，采用了高性能ETHERNET Powerlink网络，可以同步处理所有的运动坐标和I/O信号，不但控制器的能力得以提高，而且配线更加简单，使Unison公司产品的电控柜体积减少了三分之二。 这种控制器可以对每个进给驱动器进行精密的实时控制，能精确控制加工管件时的加工参数，诸如马达的转矩和转速等。NextMove e100控制器对多个坐标进行成组控制，达到了采用DS402型分布式智能驱动器相同的效果。这在Unison公司以前生产的，采用Windows PC和传统模拟伺服放大器的设备上是不可能实现的。因为如果不增加新的硬件和扩展Windows PC操作系统的实时性功能，只采用标准Windows PC和模拟式伺服电机的控制技术是无法达到如此复杂和快速的控制要求的。 由于控制器采用了以太网技术，而且设备的机械结构简化了，所以编制软件相对也简单了。实际上，使用Baldor公司的机械控制软件—Mint程序语言，Unison公司只用了一周时间，就设计出样机的控制程序了。 Mint程序软件具备的多任务内核可以加快软件的开发速度，因为Unison公司的开发小组可以把实时控制程序划分为若干个独立的软件模块。编制一个单一的弯管任务模块，在不同的条件下应用于整个设备中，可以进一步简化核心控制程序的设计。这些模块同时运行，从而保证不同工位的同步控制。第一台产品设置了四个工位。如果要增加更多的工位，只需编制新坐标的控制程序码即可。 Mint程序语言的关键结构是高层次的运动控制指令集，在此基础上可以迅速开出发运动控制的应用程序。 设备通过Unison公司的用户化的人机界面软件（HMI）进行操作，这个软件是以Visual Basic为基础设计的，通过网络多媒体技术ActiveX实现对NextMove控制器的操作。由于Mint程序语言支持ActiveX技术，这也有助于简化程序的设计。例如：在Unison公司以前生产的产品中，一个Visual Basic界面需要几百条代码去处理复杂的通讯过程。在新开发的Breeze Uniflex产品中，则减少为仅仅25条基于ActiveX的控制代码。 Unison公司的控制系统专家麦克.凯（Mike Kay）先生评论说：“Baldor电气公司采用ETHERNET owerlink技术在运动控制系统中实现了创新，使得生产新的多工位弯管设备成为现实。”他还说：“这种新设备的工作效率比老产品提高了几倍，其占地面积却缩小了一半。” Unison公司的第一代产品共有15台无电刷伺服电机，每台电机由一个Baldor电气公司的单轴MicroFlex e100驱动器控制。有四台电机用于弯管操作，其余的电机用于管材的进给、旋转和夹紧。一些辅助I/O设备也由网络控制，例如用于精细测量管材弯曲度的绝对角编码器。出于价格因素的考虑以及模块化设计的需要，很多I/O设备采用了 CANopen总线与控制器相连接。产品的设计还考虑到允许与CANopen DS401兼容的I/O设备相连接。 自1990年以来，Unison公司在弯管设备的电气控制领域一直保持着领先的地位，例如其与液压弯管机相比的低能耗性，低噪声性和精度无漂移等特性。新一代的产品则更注重全电动弯曲技术的应用，其生产效率进一步显著提高。 Unison公司的执行总裁艾兰.皮克林（Alan Pickering）先生说：“全电动弯管机的优势是十分明显的，而且已经稳定地进入了市场。”他还说：“目前全电动弯管机已经占领了高端弯管机市场的五分之一，这是五年前的十倍。我们相信，这种产品的市场占有率会在下个五年再翻一番。” Unison公司最新的产品已经把全电动弯管技术应用到了多工种、高生产率的机械加工领域。自从首次成功地应用BreezeUniflex产品于汽车制造业后，Unison公司期望把这种高新技术再扩展到相关的管材加工领域，例如刹车管、动力转向器和汽车座椅的加工。 对比于液压系统，全电动系统的高可重复性和自动工具调整在所有的优点中最为突出。这意味着当系统成功运行后，全部设定参数可以被储存起来，在后续的生产中能重复使用，而且无需复杂的机械部件的调整。 全电动产品只消耗同等液压产品10-20%的能源，而且启动电流的冲击也大大减小。 新型的驱动技术也使设备运行更安静。Unison公司的新产品只有55-60分贝的噪音，这相当于普通办公室的噪音水平。传统的液压设备不但消耗很多能源，而且工作噪音会达到80-85分贝。 关于ETHERNET Powerlink ETHERNET Powerlink（EPL）是目前唯一的具备微秒级精度的工业实时以太网协议，它是世界范围内广泛使用的一个国际标准，超过十万个以上EPL节点已被应用于标准生产机械。 ETHERNET Powerlink 由EPSG (ETHERNET Powerlink Standardization Group，ETHERNET Powerlink标准化组织)管理，这是一个面向自动化领域最终用户，制造商及研究机构的开放组织。其目的是提供开放的工业以太网标准；此标准使微秒级的实时响应，高可用性及安全机制成为可能。目前，EPSG协会的会员包括ABB机器人公司、阿尔斯通公司（Alston）、Altera、Boldor、贝加莱公司（B&R）、赫斯曼公司(Hirschmann)、KUKA Controls、KW Software、Lenze、倍加福公司(Pepperl+Fuches)和利乐公司（Tetra Pak）等。