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运动控制10年回顾

发布日期:2011-09-27   来源:kconline   作者:Loren Shaum   浏览次数:27339
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【摘   要】:当我们在六月连续举行10周年纪念时,资深编辑Loren Shaum回顾了驱动、电机和运动控制器在过去10年的变化。过去的10多年,在机器自动化上有重大的进步。例如,视觉技术的进步,也许是在那段时间映入脑海的所有自动化技术中最创新的技术。


当我们在六月连续举行10周年纪念时,资深编辑Loren Shaum回顾了驱动、电机和运动控制器在过去10年的变化。过去的10多年,在机器自动化上有重大的进步。例如,视觉技术的进步,也许是在那段时间映入脑海的所有自动化技术中最创新的技术。

在运动控制发展中,我们能感觉到的发展的滞后是由于过去10多年其在工业中的应用保守。保守减少了创新的数量,企业家模式的公司降低到极点。这留给机器制造商更多的有价值的,更多品牌解决方案的有限选择,而不是最好的解决方案。因此,对许多机器类型来说,竞争性的解决方案的空间已导致机器各个轴更高的成本。

运动控制设计在过去10年取得了一些重大的进步,一些突出的进步包括:
·从模拟驱动到数字驱动的转变;
·高效的供电设备;
·更快、更便宜的微处理器和DSP;
·通过现场总线的进步,更分布的驱动解决方案;
·集成到电机的供电电流;
·可选的智能反馈设备;
·创新的驱动算法开发,允许一个驱动带任何电机;
·驱动带更多I/O,I/O具有运动能力;
·广泛的选型软件,允许任何电机/驱动综合考虑几乎所有机械配置;
·实时以太网协议包的出现。

很明显,现在很多机器使用电子、伺服控制取代主传动轴、气压和液压解决方案。

控制设计杂志的最早版之一——98年2月版,开始确定机器控制的出现趋势。在八个趋势之间,缺少对真正驱动技术发展的展望。然而,论文认为一些事物正在来临。在它的“这些怎样?”的其他选项,它提到“把驱动、控制器和电机集成作为一个单元,变频功能必须安装在小空间里,这种理论正变得流行。对开环矢量控制来说,逆变器的元件的小型化和新的反馈算法能把高达20马力(HP)的小步距驱动应用到实际中。”毫无疑问,它不会保持不前。

我们都习惯于在电子驱动技术描述中寻找整流器二级管、功率晶体管、半导体晶闸管、门关断晶闸管(GTO)、绝缘栅双极晶体管(IGBT)。然而,在1998年六月的期刊时,我们检查了一项技术,它“声称是世界上最小的标准中压交流驱动系统——根据功率和电压相对于尺寸来说——现在已面世。通过使用集成门极换流晶闸管(IGCT)半导体开关来实现紧凑的尺寸。IGCT包括一个处理电源的设备,即集成设备控制电路的门极换流晶闸管(GCT)。一致的开关消除缓冲器的需要。”我们报告声明IGCT极快地传递开关和高收益,适合高达4.16 kV,400马力到6500马力之间的功率转换。由ABB 工业系统开发的IGCT技术吹捧可在高达1000HZ下运行,在全负荷下比以前功率设备快4倍。

电子功率和效率
在2001年六月的期刊中,当我们对Milacron的全电子注塑机报道时,我们感觉到电子驱动和电机正变得有能力,公司声称比常规机器的能量效率高2到4倍,并能节省电力8,900,000 MWh。

Ferromatik Milacron北美公司的技术副主席,Barr Klaus说:“一些最大的全球公司已经在他们的应用中要求全面的能量降低,因为他们想一步到位地实现节省成本。是常规机器效率的三倍,所有电子注塑技术在这些能量减少中有强大的组件,我们资源中心会提供重要的,节省时间的方法加速过程的有效性。”

Klaus声明说,虽然听起来矛盾,但是所有电子注塑机实际上比常规液压机器的效率高三倍,那是因为所有电气机器的电机仅当它们工作时使用能量,不像常规液压机器,空闲时电机也消耗能量。仅在加利福尼亚,所有新的电气注塑机的使用期待节省大约700,000 MW,年能量节省42,000,000美圆。

所有人都强调驱动电子,控制设计不会忘记电机。2001年9月编辑栏目针对的是那些依赖大电机和带重型循环的驱动的机器制造商,他们通过鼓励电机的使用来满足高效的标准从而能帮他们客户大忙。
初夏,CEE、电机制造商协会、同业协会、电气行业、政府机构,开始“电机决定一切”活动,从而鼓励更多的电机管理来削减成本。

编辑称:“基于《1992年能源政策法》的电机标准, 将新 NEMA Premium 30马力电机的效率确定在92-93%左右,而目前使用的电机平均效率为88%。NEMA Premium定义单速、多相、1-500马力、两、四或六极、鼠笼感应电机NEMA设计A或AB,额定连续运行的电机。

非常明显,促进更昂贵的,效率更高的电机对机器制造商来说是精明的选择,他们必须以高昂的成本销售给客户。然而,专栏这样说:“CEE报告说能量显示多达97%的电机总生命周期运行成本。能源部门说,现在使用的典型的30马力电机每年在连续使用的情况下,按照每度电0.1美圆计算,消耗22,000美圆的电费。”

Baldor Electric公司主席,John McFarland在一个月前访问了我们的办事处,强调Baldor是CEE活动的发起者,并报告说:依赖循环周期,从能量节省角度考虑,30马力电机的回报少于18个月。

关于机械的组成部分,杂志在2003年的期刊中提到,供应商正把在滚珠丝杠设计和制造中的改进作为改进机器性能和精度的关键。“滚珠丝杠在设计和制造中的进步在改进机器性能上有更大的影响,但是假如有更多的配套和运动零件,匹配零件的公差在长距离上保持精度是相当关键的。滚珠丝杠更好的适合需要高加速度和减速度的应用。” 这些改进已产生更简单的、更精密的机器。现在,即使在许多非常精密的机器中,不再要求线性编码器,它曾经是校对机器精度(复制安装在电机轴上的编码器的反馈)的需要。

增长和更多的转变
控制设计用论文寻找创新,例如“电机驱动寻找成功”。这个2004年的产品摘要报告,“机器制造商寻找新的高级驱动和运动控制系统来遵守一些——任何—由于可用的新产品的缺乏,几分标准可能是令人沮丧的。” 论文指出,通过每个供应商的推动来建立它自己的私有架构和网络方案。这种情形持续到今天。

在2005年,一切都显得特别好。11月份的驱动摘要 提到一种新的ARC顾问小组研究,它显示:电机、驱动和运动控制技术的市场在接下来的五年里稳定在以6.1%的世界范围的年度增长率增长。ARC的高级分析师Himanshu Shah说:“然而,供应商在接下来的五年里会受到区分他们自己并为工业OEM提供更好的建议的挑战,扩展用户各种要求市场非常关键。”

在2006年2月的一篇论文中提到交流电机完成直流电机曾经完成的任务,当他们看见电机制造商怎样调整产品线时,对机器制造商来说变得更明显。由于直流电机的下滑的利润和销售,Emerson工业电机在两年前放弃它的直流业务。Emerson工业电机的市场总监Rob Boteler说:“遵守NEMA标准的交流电机产品,客户现货购买,连接到驱动上得到应用要求的性能。”

从我近来在此领域的经验来看,我认为Axis New England,波士顿地区的一家自动化解决方案中心,使用创新的运动控制技术,从而利用Axcelic技术操作300mm晶片。在六个月时间内完成的这个应用,提供多达14个机器人的轴,外上10个额外轴的运动。使用旧技术要求多达五个控制器。相对于10年前,那是一个巨大改变。

 
 
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