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一篇圖文了解「有關伺服驅動產品的定位」

時間:2022-07-12

來源:麥客廳

導語:如何從市面上品類繁多的伺服產品中挑選出適合于自身應用的產品系列,這就涉及到一個有關伺服產品市場定位的問題,也就是需要對各品牌系列的伺服產品的屬性與所處類別有所了解。

  如何從市面上品類繁多的伺服產品中挑選出適合于自身應用的產品系列,這就涉及到一個有關伺服產品市場定位的問題,也就是需要對各品牌系列的伺服產品的屬性與所處類別有所了解。

  那么,該怎么去看待伺服產品的定位呢?還是得從動力和控制這兩個維度來分析的。為什么這么說呢?因為,按照之前反復強調的,伺服產品本身是一種為設備的運動提供控制的動力裝置,因此需要去從動力和控制這兩個方面去看它是怎樣集成到一臺設備中去的。

  首先,從動力的維度看,伺服系統是需要去使用來自于設備系統的電力的。現在的伺服驅動主要有兩類接入設備電力系統的方式:一種是每臺伺服驅動器都有自己的 AC 電源接入端口,可以直接使用設備的 AC 電源,這類產品通常稱為單體獨立型驅動;還有一種,是伺服系統使用整流單元,把設備系統的 AC 電源先轉變成直流電,然后再通過一條或多條共直流母線,把電力傳送到每一個伺服軸的逆變驅動單元,這類產品通常稱為是共直流母線型的。

  再看控制這個維度。為了按照設備工藝要求驅動負載的運動,伺服產品在工作時是需要接收來自于設備控制系統的運動指令的。這也主要有兩種形式:一種是早期比較經典的以脈沖串或模擬量…等電信號為介質的傳輸方式;另一種則是現在比較流行的基于數據總線進行通訊的方式。相應的,這兩種方式所對應的伺服驅動產品分別是脈沖/模擬量型和總線型的。由于通訊總線技術能夠幫助簡化運動控制系統的線路連接,因此隨著生產設備自動化程度的不斷提高,近年來大家普遍比較愿意去使用這類總線型伺服產品。

  因此,從動力和控制的這兩個維度來看,基本可以把伺服產品的定位分成 4 個象限,考慮到左上角象限中這種直流母線型、脈沖/模擬量接口的產品在市面上其實基本是看不到的,所以,伺服產品的定位大致可以被分為三大類。

  但坦率講,以當下工業市場來看,這樣的分類其實還是比較粗曠的,原因在于經過過去十幾年的發展,當前的伺服產品市場已經十分細化了。這個現象和汽車行業中 A 級車和 B 級車之間細化出很多車型是類似的。

  還是從動力和控制的集成度這兩個維度來看。

  動力方面,盡管上面說的共直流母線和單體獨立型的這兩種接入 AC 電源的方式依然存在,但在它們之間,其實已經出現了一些混合型伺服產品,這類產品本身還是單體獨立型的,但除了可以接交流動力輸入,同時也是可以使用共直流母線的動力架構的。

  比如說:西門子前兩年推出的 SINAMICS S210 和博世力士樂近期發布的 AM Drive 就屬于這種類型。

  再從控制這個角度看,脈沖型依然也還是單獨存在,基本沒有太多變化;但對于總線集成型產品來說,它目前至少可分成兩個級別。

  一種是基于實時總線技術(如:EtherCAT、Ethernet POWERLINK、ProfiNET IRT…等)的(運動)同步集成型伺服產品,可以和具備相應總線接口的控制器結合,去完成一些實時的同步運動控制操作,比如:電子齒輪、電子凸輪、平面和空間插補、甚至機器人控制…等功能。

  還有一種,也用了總線技術,不過通訊接口是像 Modbus、DeviceNet、ProfiBus 或者 EtherNet/IP(無 CIP Sync) …這類無時鐘同步的非實時協議。這類產品通常可以幫助去解決一些比較基礎的運動控制功能,如:位置、速度和扭矩控制...,但卻無法去實現電子齒輪、電子凸輪、平面和空間插補…等高動態的實時同步運動功能,可以將此類產品稱為非(運動)同步集成型伺服。

  經過上述這兩個層級的細化,現在就可以用這個九宮格來劃分市面上的伺服產品的類別了。

  考慮到左上角用字母表示的四個區域的產品在市面上是比較少見的,基本上可以把伺服產品分成 5 個級別。

  若是從伺服傳動技術近 20 年的發展看,歐美系伺服產品以往普遍都處于 5 這個級別;

  以日系產品為代表的傳統亞系伺服產品則比較集中在 1 和 2 這兩個級別;

  而最近這幾年各家的產品其實都在快速向 3 這個級別聚攏。

  比如:我們可以看到歐美系的產品開始推出一些 4 甚至是 3 這個級別的產品;

  日系、國產…等一些亞系品牌,也依托于像 EtherCAT 這樣的開放型實時以太網技術,推出了不少 3 級別的產品。可以說,目前市場上處于 3 級別的伺服產品系列是非常之多的,同時各品牌之間在這類產品中的競爭也是極為白熱化的。從這個意義上講,工業伺服運動控制技術其實已經邁入集成化的時代了。

  不過,現階段這個所謂的“集成化”對于不同品牌系列的伺服產品來說,還是有一定差異的。具體來說,在同步集成這一級別的產品中,還可以被細分成“僅運動集成”和“全集成”這兩個級別。

  “僅運動集成”,顧名思義,就是伺服驅動僅僅是在運動控制的指令數據上整合到了自動化控制系統之中,但總體來說,其傳動數據依然還只是局限在自身本體層面的。用戶或許可以借助通訊網絡訪問系統中的控制程序和 I/O、傳感器…等自動化組件的數據,但仍然需要通過專屬的調試端口或驅動器上的操作面板去訪問各個伺服軸的傳動參數(如:PID 整定…)。

  一般來說,通過開放型通訊總線接入第三方控制平臺的伺服驅動產品(如上圖中的 MINAS A6BE/F),大都屬于“僅運動集成”的類型。

  而所謂“全集成”,則是說伺服驅動產品與自動化控制系統之間有著較高的整合度,它們的數據是有機的融合在一個平臺上的,用戶基本上可以通過網絡中的任何一個端口訪問系統中的幾乎所有數據,包括:控制器程序、I/O、傳感器以及各臺伺服驅動器中的傳動參數。不少自動化系統品牌旗下的伺服產品都具備這種“全集成”的特性。

  就目前的觀察看,很多用戶對于伺服產品是“全集成”還是“僅運動集成”,貌似并沒有在應用體驗上感受到太大的差異。究其原因,這很大程度上和他們現階段更加專注于單機設備的控制功能有關。

  目測隨著用戶將視野從單純的運動控制功能的實現逐步轉向整機甚至整廠應用性能和綜合效率的提升,跨設備數據鏈路的打通以及跨系統互操作...等方面需求的增加,全集成型的伺服產品應該是會漸漸普及的。





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