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固高科技以全互联gLink-II,打造国人自己的工业总线技术

--gongkong专访固高科技副总经理、固高系研究院院长吕恕

供稿:固高科技(深圳)有限公司 2021/1/18 10:26:45
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自信息化时代开启的数十年里直至现在,无论是以现场总线为代表的工业信息网络,还是商业利益至上的技术壁垒,标准林立、互不兼容的排他性现实,为全球特别是中国的工业产业,制造着越来越严重的信息共享障碍和转型升级成本。中国制造想要实现自主可控,需要自己的工业总线技术。

以技术立社的固高科技,由香港科技大学三位在芯片、机器人和运动控制领域的国际知名学者共同创立,一直致力于运动控制技术、伺服驱动技术、机器视觉技术、工业现场总线,以及工业设备物联云平台五个方面的核心技术研究。经过十多年钻研与积累,固高科技陆续推出了自主知识产权的gLink-II总线及其配套产品,为我国实现全互联智能制造提供了坚实的技术支撑。

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固高科技副总经理、固高系研究院院长吕恕

 

突出重围,打造中国自主可控的工业总线技术

固高科技为什么要自主研发glink总线技术?

“早期中国发展工业总线技术,就是为了便于现场设备连接,特别是远距离的设备连接。工业总线技术不光保证了信号传输的可靠性与高效率,也实现了工业现场的简单布线。”固高科技副总经理、固高系研究院院长吕恕说,“市场上主流的工业现场总线大都是外资品牌,中国要有自己的总线技术。固高创立之初的slogan就是:Control and Network of the Factory,并从2004年就对工业总线技术进行布局。”

首先,在技术层面,固高科技定位在工业网络通讯协议,通过对国外主流品牌现场总线协议的分析,找到其中存在的共性和瓶颈问题,并以此着手进行研究突破。

其次,在商业模式上,吕恕表示,“市场主流工业总线技术存在两端封锁(开发、应用),使用成本极高,使得工业现场控制变得更加复杂,当下很多的协议转换模块为了解决协议层的互联互通,在转换过程中带来了很多信息延时、数据异步、采样失真、带宽降低等技术上的应用障碍,使得整体工业互联网的生态体系无法构建。固高科技要做真正意义上的全互联网络技术平台,实现自底向上高带宽动态可观可测可控的业务模式,以及自顶向下柔性可重构的生态模式。”

为满足客户工业现场应用,固高科技自主研发了网络协议gLink,目前该协议已经升级到高性能千兆gLink-II。gLink-II采用环形冗余拓扑结构,实现数据冗余和链路冗余,保证了系统的高速实时响应和大数据传输,提高了系统的通信可靠性。

 

诊治“顽疾”,行业铺设稳步推进

能落地才是真创新。同样,对于gLink总线技术而言,落地和应用才是它真正能够生根发芽的关键所在。如何与国外主流工业总线技术PK?固高科技选择解决工业现场沉疴痼疾,突破行业技术壁垒。

“印刷行业是我们通过五六年的努力,实现gLink总线技术真正意义上大规模地深化应用,并将该技术优势发挥到了极致。”吕恕举例说,印刷行业存在一个顽疾,它包含张力控制、套色控制以及传动控制,三者之间通过IO来连接,线缆数量众多且系统响应慢;同时在印染时,主轴线体处于高速运动状态,如果多色印滚轴在微距离内超高速同步控制不到位,印花质量就马上下来了。

gLink总线技术以千兆以太网、高通信带宽进行高速控制,保证一台印刷机几十个滚子作业的平滑性,分布式控制的方式解决了每个套色组本地百微秒级实时控制,增强系统的可靠性;从站与主站保持沟通的同时采用多节点微秒级同步,单独进行误差补偿和张力调整,确保每个滚子作业轨迹的高精度,控制灵活性更强;支持从站与从站超带宽数据采集与交互,实现环路数据纳秒级事件触发功能;gLink-II环形结构避免单通路发生故障,影响印刷机正常运行,提高系统的安全性。

机器人行业,固高科技承接了一个国家科技部的项目,是GTRC系列大型机器人驱控一体机在500kg重载机器人搅拌摩擦焊中的应用。

搅拌摩擦焊是随着铝合金材料的应用普及而发展起来的一种无填丝焊接工艺,它通过大功率电主轴驱动搅拌针在金属材料内部高速旋转摩擦,产生热量软化金属之后完成焊接。在焊接过程中,搅拌针在金属材料内部高速旋转中推进,由此产生巨大的阻力和强烈的振动,这不仅要求机器人本体刚性要好,而且对机器人的控制平稳性和控制精度提出极高要求。目前,国内搅拌摩擦焊机器人大多是进口设备。

“我们与国内知名机器人厂家联合设计开发了可以控制16轴的开放式高性能机器人控制系统,充分发挥出gLink总线的技术特性。”固高科技机器人事业部经理刘宗礼介绍说,该系统采用3台GTRC系列大型机器人驱控电柜,划分不同组别,利用gLink总线技术对等通信功能,实现对六轴机器人、龙门变位机、电主轴、三维视觉驱动共计12台电机的联合控制,以纳秒级速度精确控制各个工作组之间的运动关系。

据介绍,GTRC系列大型机器人驱控一体是固高科技针对50kg~1500kg负载机器人所推出的驱动与控制一体化解决方案,它采用开放式、网络化、模块化、可重组设计。该驱控一体控制器与驱动器之间,控制器与示教器、IO模块之间,皆通过固高科技自主研发的gLink高速总线实现全互联。

“我们将GTRC系列大型机器人驱控一体机的运动控制做到了芯片级,轨迹规划运算都放在底层芯片中,0.5ms内作出运算,控制运动频率,细化密度非常高,设备作业更加平稳。”刘宗礼说,500kg负载、臂展3m的大型机器人焊接空间曲线,轨迹控制精度达到0.3mm,重复定位精度达到0.04mm,远远超过项目指标。

据吕恕介绍,固高科技gLink总线技术目前已经在印刷、纺织、机器人、数控系统、半导体、激光加工、电子加工等行业形成突破,下一步将重点发力行业纵深应用,立足解决行业痛点问题,进一步提升自动化设备水平,引领行业技术进步。

开放式架构,客户定制突破技术壁垒

想要突破工业总线技术在开发与应用环节的两端封锁,固高科技gLink总线技术势必要走开放平台之路。

“每个行业、每个客户总要定义自己的一块‘自留地’,形成一定程度的技术壁垒。每一个应用场景对于工业总线技术的需求是不同的,gLink总线技术到底哪部分开放给客户,我们一直在实践中探索,但总的趋势是开放和共享。”吕恕坦言,“只有将gLink总线技术做成开放共享平台,客户才能利用你的技术开发更多的应用落地,进而实现未来的无限发展与延伸。”

以中高端数控机床为例,五轴数控机床多采用国外数控系统,这就面临实际囧境:且不说价格高昂,高端数控系统对境外输出设有限制,或直接禁止输出,或不出售技术领先产品;一旦机床位置发生移动需要提前报备,否则系统直接锁死,无法使用;客户虽然购买了通用型数控系统,但机械硬件容易被抄袭,竞争优势容易被复制,同质化竞争严重。一系列“卡脖子”举措,致使中国高端数控机床加工精度受限,其所加工的核心零部件质量或不达标,直接影响我国制造业整体水平。

为突破技术封锁,固高科技推出了全互联互通开放式数控系统。此举得益于两方面:其一,固高科技是国内少数拥有成套核心技术自主知识产权(控制器、伺服和主轴驱动、总线技术、云平台技术等)和自主配套能力的数控系统厂商;其二,公司一直深耕数控和运动控制核心技术的研发与应用,该数控系统满足中高端机床要求的高速、高精、复合、多轴联动等控制,能够实现国产替换。

“我们与客户紧密合作,针对某些数控机床机型与客户在算法、控制、工艺方面进行联合开发,这些机型的加工性能和加工效率都实现了突破。”固高科技数控事业部经理陈俊恒说,更重要的是固高科技会根据客户需求,开放gLink的某些端口,方便客户在全互联互通开放式数控系统上做核心技术的二次开发,将老师傅的工艺变成数据参数写入系统,而这正是国外数控系统无法满足的一点。通过定期举行研讨会,固高科技还帮助客户培养技术团队,提升团队的应用开发能力。

“现在的数控系统不单单是单机的问题,需要与自动化上下料等关联设备互联互通。”陈俊恒说,采用gLink-II总线技术的全互联互通开放式数控系统,可以满足设备之间高速高实时的大数据交互,让周边设备的连接和控制更加简单,更容易实现自动化;多节点微秒级同步、高速高精控制算法、前瞻预处理算法、多种补偿功能、振动抑制功能,确保机床的高速、高效率、高性能加工水平;提供多轴多通道联动,如支持五轴联动和RTCP刀尖跟随功能,支持4通道加工,满足复合机床的同步加工需求,可集成数控和机器人控制;在设备预测性维护、远程维护方面亦能发挥功用。

受访人:

固高科技副总经理、固高系研究院院长吕恕

固高科技机器人事业部经理 刘宗礼

固高科技数控事业部经理 陈俊恒

工控小编说

国产替代路漫漫,固高科技gLink总线技术以润物细无声的方式在不同行业生根发芽。

一方面,固高科技以聚焦工业现场沉疴,打破开发与应用环节的两端封锁,深耕垂直行业的方式纵向延展,带给客户的是以技术、工艺为导向的差异化竞争优势和更高的附加价值。

另一方面,庞大的中国市场、林林总总的细分行业为国产控制系统的成长与崛起提供沃土。通过在不同行业的深耕与积累,国产控制系统能够在应用的全面性上媲美国外控制系统。

当然,这需要时间,而固高科技一直在路上。(文/gongkong张丽莹)

审核编辑(李娜)
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