对运动控制而言,应用程序给数字总线带来了可靠性
许多机器人使用数字化网络分布式控制(如图2)。 ABB机器人公司 产品部经理Per Carlsson指出:“随着数字通信的发展,我们可以将驱动组件分布在远离主控制器的位置,如在机器人内部或机器人手臂上。” 好东西来之不易 当涉及到原始速度时,没有什么能与硬电线相比,因此从硬电线到数字的改变需要特别注意速度要求。位于俄亥俄州,梅森的 Intelligrated公司控制和软件开发部经理Jeffrey Hanna说: “我们的主要挑战是设计总线以保持其在所要求的更新速率上。” 集成供应商提供仓储、分配、邮政、包裹和生产环境的材料处理解决方案。它生产传输、定寸、堆积和排序的机械设备。其系统通常涵盖非常大的地区,使数字化网络设计尤其具有挑战性。 公司的运动系统使用至少80个伺服电机和变频驱动器,所有这些设备都通过Profibus总线连接。“尽管我们的要求不 包含多轴协调运动,但他们需要非常严格的速度控制,我们经常需要多个网络来实现,”Hanna继续说,“根据需求,我们设计具有1毫秒,2毫秒或5毫秒更 新速率的网络。Profibus-DP有固定的信息格式,基于网络速度、节点数量和数据容量的更新速率是可预测的和确定性的。我们以1.5到12Mbps 速度运行网络。电缆长度可能与铜材料有关,因此从控制器到网络的第一个节点,我们使用光纤以满足速度要求。”
数字运动总线优于硬电线的优势 1. 更少的布线 尽管Hanna描述的配置没有同步要求,其他运动控制系统也是如此。“对数字运动总线的时钟周期同步可以采用一种或两种方式实现”, Siemens公司运动控制器产品部经理Zuri Evans解释说,“第一种方式是发送一个中断事件给控制器读取输入或设置输出。该方法的缺点是系统不允许高优先权任务的中断,如运动控制,因此中断必须等到直到高优先权任务完成,其将产生抖动。” 为了减少抖动,分布式设备有自己的高速率系统时钟,其与控制时钟同步。Evans继续说:“当设置输入时,分布式设备捕 获时间戳。然后该设备在同步数字现场总线上发送该时间戳,控制器推算事件发生时的时间位置。这使得抖动达到少于1毫米的精度。这也允许控制器推算出事件发 生时多轴所在的位置,不只是一个轴。”
实现数字总线的挑战 1. 满足速度要求 另外一个网络设计挑战涉及到合理的电缆屏蔽。集成运动公司的Mullins指出:“我们必须 使用正确的电缆和布线方法,以确保数字总线不被电气噪声妥协,我们应该紧密关注制造商推荐的屏蔽措施。” Mullins说,另一个巨大的挑战是需要对不支持通用数字总线协议的不同运动控制器进行集成。他补充说:“在这种情况下,数字总线转换器模块可以被使用,但其提高了成本和复杂性。” 如果只有一个数字网络并且如果所有控制组件与该网络连接,那么集成将变得很容易,但是情况并非如此。“因为网络实现可以改变,所以设备互操作性通常是一个与运动总线相关的问题,” Kollmorgen 产品生产线经理Josh Jensen 指出,“不同的网络具有不同程度的功能验证和设备互操作性测试。这可能会导致延迟并产生费用,但假设坚持相同的规格选择两个设备时,区别可能并不明显。” 为了解决该问题,Jensen说Kollmorgen公司保持SynqNet互操作实验室,继续对所有设备的组合进行测试。 数字化可以做到这一切吗? 从理论上来说,一个具有良好设计的数字网络不需要任何辅助硬电线,但实际上情况并非总是如此。“大多数驱动器让使能输入端采用硬电线,因此即使总线
2. 增加的带宽
3. 更适合于分布式控制
4. 所需维修更少
5. 更好的抗噪声
6. 更好的诊断
7. 更易化的软件/固件运动控制器更新
8. 更精确的同步
9. 增加/减少控制器更灵活
10. 降低设置时间
2. 选择合理的总线
3. 寻找兼容组件
4. 培训人员
5.克服惰性
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