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浅谈运动控制系统的两种结构

发表时间:2019-11-14

       运动控制是控制电机的一门技术科学,它可以影响运动的轨迹。了解运动控制系统架构,可以在决策的过程中,帮助确定是否需要或者什么时候需要使用运动控制网络。

      无论是移动试管,还是切割金属,运动控制器负责规划运动轨迹,驱动和监视马达,定期将状态更新提交给更高一级的控制器。在运动控制系统的设计中,主要使用了两种控制结构:集中式和分布式。

      高速、低成本的数字控制网络的引入,为建造分布式控制系统提供了新的选择。随着具有更高功率、更紧凑的开关放大器的出现,集中化设计使得在同一块印刷电路板上可以布置的控制器数量正在逐步增加。          了解这些技术发展趋势,有助于解释如何以及在什么时候,应用这两种不同的控制结构。

         运动控制应用的类型

 

       集中式还是分布式,哪种控制方式更合适:应用控制问题的特性对其具有决定性的影响。

      在平面运动控制应用领域,马达的控制或多或少的由集中式PC或控制器完成;也有一些分层应用领域,运动轴被分成23组或者更多的功能轴;也有一些单机应用的场合,机床控制器的运行在很大程度上没有与网络连接,不依赖网络的监视。

      平面运动控制的例子:具有多个转轴的印刷机,它的转轴受伺服控制器的控制。在这里,时间是关键因素。主控制器,通常是PC或者是PLC,必须同步驱动所有的轴。典型的指令为:移动轴#1到位置X,移动轴#2到位置Y”等等。

     分级运动控制应用的例子:半导体晶圆处理系统,该系统具有一个主机器人4轴)、晶圆定位器(3轴)和一个阀门控制器(12轴)。在这种结构下,网络一般将就地机器人或者阀门控制器连接至中心网络,但是实际的运动控制由就地机器人、晶圆定位器或者阀门完成。总的机器控制器不会发出类似将机器轴#2移动到位置12345”的指令,而是给出诸如伸展机械臂的指令,该指令由就地机器人控制器来解释和执行。

      单机应用的例子:磁带存档系统,该系统允许操作人员走近控制台,要求检索特定的磁带。这些单机控制器,能够执行一揽子的机械臂运动,该运动基于就地人员发出的指令,如检索磁带#1234”。在该应用中,如果连接了网络,那只是用其实现报告和监视功能,并不是用于控制本身。
 

         增加分布式运动驱动器

 

     了解哪些实际设备可以用于运动控制系统同样十分重要。两个可用的设备是:分布式驱动器和机器控制卡。尽管这些设备有很多不同的变体,但是归纳起来,它们都是上述两种设备中的一种。


 运动控制系统

      

  分布式运动控制器驱动器,有时也被称为智能放大器,通过网络与中心主机通讯,提供一套运动控制功能,比如产生轮廓、回路闭合或者是放大功能。

      根据应用的不同,有两种分布式驱动可供使用。第一种,可称之为紧耦合驱动,应用诸如SERCOSEtherCAT、或EthernetPOWERLINK等高速、确定性的网络。第二种,可称之为松耦合驱动,使用诸如以太网协议、CAN总线和RS485等低速网络。

      紧耦合驱动需要使用运动卡或者通过PC运行专用软件,来同步和协调各个轴的运动。每个驱动器可接收位置和速度的更新信息,其更新速率可达每秒钟数千次。松耦合驱动也是由主机控制,但是驱动器承担更强大的仿形切削,同时也具有更大的延迟。将类似于利用点到点S型曲线,将轴移动到位置X”的指令,发送给每个驱动器。这些驱动器内的交互倾向于自动化,利用就地传感器的输入来启动或停止运动。



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