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伺服系統受機器人產業強勁驅動,千億市場藍海正“觸手可及”

時間:2016-08-12

來源:中國傳動網

導語:伺服控制是一個整體的系統和解決方案,核心部件包括控制器、伺服電機及驅動器等。系統集成商根據客戶需求進行設計編程、輔件組裝、安裝調試等工作,業務量通常是核心部件的2—2.5倍。

近日,匯川技術公布了2016上半年財報關鍵數據:實現收入14.65億元,同比增長31.75%;歸屬股東凈利潤3.89億元,同比增長17.7%,對應當前股本下EPS0.24元。

其中最大的看點是,匯川技術業績高增長主要由新能源汽車電機控制器、通用伺服系統、通用變頻器等產品貢獻。專用伺服、通用伺服系統分別實現營業收入8666萬元(+17%)和1.44億元(+40%),可以說伺服系統占據了其業績“半邊天”。

伺服系統作為工業自動化的重要組成部分,隨著近年來工業機器人、電子制造設備等產業的快速擴張,伺服系統在新興產業的應用規模也將加快。當前伺服控制的產品+系統集成市場約650億元,到2020年有望翻一倍達到超1300億元的規模。

伺服控制是一個整體的系統和解決方案,核心部件包括控制器、伺服電機及驅動器等。系統集成商根據客戶需求進行設計編程、輔件組裝、安裝調試等工作,業務量通常是核心部件的2—2.5倍。

那么伺服系統究竟有哪些要素構成呢?

伺服系統主要由伺服控制器、伺服驅動器和伺服電動機組成,交流伺服系統主要有三種控制模式:

1、工作的位置控制模式時的系統

當交流伺服系統工作在位置控制模式時,能精確控制伺服電動機的轉數,因此可以精確控制執行部件的移動距離,即可對執行部件進行運動定們控制;

2、工作在速度控制模式時的系統

當交流伺服系統工作在速度控制模式時,伺服驅動器無需輸入脈沖信號也可正常工作,故可取消伺服控制器,此時的伺服驅動器類似于變頻器

3、工作在轉矩控制模式時的系統

當交流伺服系統工作在轉矩控制模式時,伺服驅動器無需輸入脈沖信號也可正常工作,故可取消伺服控制器,通過操作伺服驅動器的輸入電位器,可以調節伺服電動機的輸出轉矩(又稱扭矩,即轉力)

從市占率來看,目前國外伺服企業在我國的市場占有率達75%。其中,日本品牌占比為50%;歐美品牌占比達25%。而國產品牌只占據了20%左右的市場份額。伺服系統的關鍵性能指標永遠都是先進性比較的首要因素。而國內廠家的產品很多連基本要求都尚未達到,所以國內伺服系統市場仍由國外企業占據大半壁江山,國產伺服任重而道遠,還需努力追趕。

作為當前工業領域最火爆的工業機器人,伺服系統正是其核心零部件之一。工業機器人的控制系統和自動化產品主要涉及伺服電機、減速機、控制器和傳感器等。目前,機器人的關節驅動離不開伺服系統,關節越多,機器人的柔性和精準度越高,所要使用的伺服電機的數量就越多。機器人對伺服系統的要求較高,必須滿足快速響應、高起動轉矩、動轉矩慣量比大、調速范圍寬,要適應機器人的形體做到體積小、重量輕、加減速運行等條件,且需要高可靠性和穩定性。目前,工業機器人使用的較多的是交流伺服系統。

近年來,工業自動化水平的提高以及機器人技術的普及,伺服系統將隨著機器人銷量的持續提升得到放量。相關數據顯示,2012-2015年亞洲機器人銷量年均增長15%,遠高于美洲和非洲6%的增長速度。2015年,亞太地區工業機器人銷售超過14萬臺。2014年中國、日本、韓國和泰國的工業機器人新裝機量占亞洲地區總量的75%。分別在全球排名第一、第二、第四和第八位。這其中,伺服系統成本在工業機器人占比高達24%,僅次于減速機。

伺服電機是一個典型閉環反饋系統,減速齒輪組由電機驅動,其終端(輸出端)帶動一個線性的比例電位器作位置檢測,該電位器把轉角坐標轉換為一比例電壓反饋給控制線路板,控制線路板將其與輸入的控制脈沖信號比較,產生糾正脈沖,并驅動電機正向或反向地轉動,使齒輪組的輸出位置與期望值相符,令糾正脈沖趨于為0,從而達到使伺服電機精確定位的目的。

伺服電機內部的轉子是永磁鐵,驅動器控制的U/V/W三相電形成電磁場,轉子在此磁場的作用下轉動,同時電機自帶的編碼器反饋信號給驅動器,驅動器根據反饋值與目標值進行比較,調整轉子轉動的角度。伺服電機的精度決定于編碼器的精度(線數)。

一般來說,伺服電機在選型上需要以下計算數據:

一、轉速和編碼器分辨率的確認。

二、電機軸上負載力矩的折算和加減速力矩的計算。

三、計算負載慣量,慣量的匹配,安川伺服電機為例,部分產品慣量匹配可達50倍,但實際越小越好,這樣對精度和響應速度好。

四、再生電阻的計算和選擇,對于伺服,一般2kw以上,要外配置。

五、電纜選擇,編碼器電纜雙絞屏蔽的,對于安川伺服等日系產品絕對值編碼器是6芯,增量式是4芯!

未來幾年,從產品上看,伺服驅動器和電機以及編碼器等高精尖類,預計將保持20%以上的市場增速;工業機器人的快速增長將程度上刺激伺服電機市場的發展,預計,未來五年,我國伺服系統行業受益于產業升級的影響,將保持較快增長,國產替代空間還很大,伺服系統千億市場藍海正變得“觸手可及”!

(本文綜合百度百家、高工機器人、中國傳動網傳動論壇資料,由中國傳動網整編而成)

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