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一個多軸運動控製係統由高階的運動控製器(motioncontroller)與低階的伺服驅動器(servodriver)所組成,運動控製器負責運動控製命令譯碼、各個位置控製軸彼此間的相對運動、加減速輪廓控製等等,其主要關鍵在於降低整體係統運動控製的路徑誤差;伺服驅動器負責伺服電機的位置控製,主要關鍵在於降低伺服軸的追隨誤差。圖1所示是一個多軸運動控製係統的簡化控製方塊圖,在一般的情況下各軸之間的動態響應特性會有相當大的差異,在高速輪廓控製時(contouringcontrol)會造成顯著的誤差,因此必須設計一個運動控製器以整體考慮的觀點來解決這個問題。

圖1多軸運動控製係統簡化控製方塊圖
傳統的運動控製器體係結構存在很多缺陷,如體積過大、結構封閉、不支持網絡通信等,從而導致控製器之間相互孤立,係統升級過程中大量資源浪費。ISP在線可編程技術、Internet技術以及嵌入式實時操作係統等信息技術的發展,使模塊化、網絡化、嵌入式、可重構的開放式智能運動控製器成為當前運動控製領域的一個重要發展方向,Siemens公司HorstKohlbert的預言“嵌入式以太網的現場設備
,以及嵌入的Internet服務器不久都將成為現實”。德國JetterAG、英國的Trio、以色列的ELMO等公司的嵌入式智能運動控製器,宣布了“網絡就是控製器”時代的到來。網絡伺服的特點是:
類似Internet的結構,對數據的實時傳輸不需要編程,不需要考慮網絡的層次結構;
對用戶來說,隻有一組數據和一個程序,所有數據在網絡中隻需表達一次,程序和數據均可以重複使用,網絡扮演真正服務器的作用;
可連接到Internet,實現整個工廠全球化聯網;
以太網既是連接到各種智能模塊的係統總線,又是連接現場設備的現場總線。
圖2嵌入式運動控製器體係結構
嵌入式運動控製器體係結構
以工業局域網技術為基礎的工廠自動化(FactoryAutomation簡稱FA)工程技術在最近10年來得到了長足的發展,並顯示出良好的發展勢頭。為適應這一發展趨勢,最新的伺服係統都配置了標準的串行通信接口(如RS-232C、RS485、RS-422等)和現場總線接口。這些接口的設置,顯著地增強了伺服單元與其它控製設備間的互聯能力。圖2geichuleqianrushiyundongkongzhiqidetixijiegou,zaiyundongkongzhiqizhong,zuiguanjiandebufenshikongzhixinhaoshengchengmokuai,erzhegebufenshixuyaojingchanggaijinheshengjide,caiyongyingjiankezhonggoujishu,baxuyaoshengjidemokuaicongxitongzhongfenlichulairanhouduitajinxingzaixianzhonggou,jikewanchengshengjicaozuo。zaijiyuPC機和運動控製器的體係結構中,通過網關實現通信,解決了網絡通信問題。
圖1中可以看出將運動控製器劃分為網絡通信模塊和運動控製模塊兩個主要部分。其中,網絡通信模塊直接與Internet連(lian)接(jie),並(bing)按(an)照(zhao)預(yu)先(xian)確(que)定(ding)的(de)通(tong)信(xin)協(xie)議(yi)從(cong)控(kong)製(zhi)台(tai)那(na)裏(li)取(qu)得(de)控(kong)製(zhi)命(ming)令(ling),然(ran)後(hou)將(jiang)命(ming)令(ling)交(jiao)給(gei)運(yun)動(dong)控(kong)製(zhi)模(mo)塊(kuai)。運(yun)動(dong)控(kong)製(zhi)模(mo)塊(kuai)則(ze)直(zhi)接(jie)和(he)電(dian)動(dong)機(ji)驅(qu)動(dong)器(qi)相(xiang)連(lian),它(ta)在(zai)對(dui)命(ming)令(ling)進(jin)行(xing)分(fen)析(xi)和(he)判(pan)斷(duan)之(zhi)後(hou),產(chan)生(sheng)相(xiang)應(ying)的(de)電(dian)動(dong)機(ji)控(kong)製(zhi)信(xin)號(hao)傳(chuan)送(song)給(gei)電(dian)動(dong)機(ji)。另(ling)外(wai),命(ming)令(ling)執(zhi)行(xing)的(de)結(jie)果(guo)也(ye)會(hui)返(fan)回(hui)給(gei)網(wang)絡(luo)通(tong)信(xin)模(mo)塊(kuai),由(you)它(ta)再(zai)通(tong)過(guo)網(wang)絡(luo)返(fan)回(hui)給(gei)控(kong)製(zhi)台(tai)。

圖3網絡控製分布式伺服係統
網絡化伺服控製的係統集成
隨(sui)著(zhe)網(wang)絡(luo)通(tong)訊(xun)技(ji)術(shu)的(de)進(jin)步(bu),采(cai)用(yong)實(shi)時(shi)網(wang)絡(luo)通(tong)訊(xun)技(ji)術(shu)的(de)伺(si)服(fu)係(xi)統(tong)也(ye)隨(sui)之(zhi)發(fa)展(zhan)。目(mu)前(qian)已(yi)有(you)多(duo)種(zhong)采(cai)用(yong)不(bu)同(tong)通(tong)訊(xun)協(xie)議(yi)的(de)分(fen)布(bu)式(shi)運(yun)動(dong)控(kong)製(zhi)係(xi)統(tong),如(ru)基(ji)於(yu)以(yi)太(tai)網(wang)的(de)協(xie)議(yi)(EtherNetIP、ProfiNet及EtherCAT)、現場總線標準(ProfiBus、CANopen、Devicenet、InterBus、ControlNet),又如SERCOS、CC-LINK、Real-TimeEthernet、Real-TimeCANbus及製造商專有機製。
應用高速網絡技術於圖3所示的分布式伺服係統有許多優點,諸如更靈活的係統應用、更geng佳jia的de係xi統tong整zheng合he控kong製zhi效xiao果guo等deng等deng。為wei實shi現xian係xi統tong元yuan件jian之zhi間jian有you效xiao而er可ke靠kao的de通tong信xin,位wei置zhi編bian碼ma器qi也ye采cai用yong總zong線xian方fang式shi,目mu前qian應ying用yong還hai麵mian臨lin幾ji個ge技ji術shu挑tiao戰zhan。電dian機ji起qi動dong就jiu是shi其qi中zhong的de一yi個ge,它ta會hui產chan生sheng電dian氣qi噪zao聲sheng並bing且qie具ju有you相xiang對dui較jiao大da的de電dian流liu。此ci外wai,出chu於yu安an全quan性xing及ji可ke靠kao性xing考kao慮lv,控kong製zhi運yun動dong機ji製zhi的de通tong信xin通tong道dao必bi須xu非fei常chang可ke靠kao。與yu運yun動dong應ying用yong相xiang關guan的de挑tiao戰zhan還hai涉she及ji線xian纜lan布bu局ju(可能需要更長的布線)的限製。伺服係統的穩定性也對信號速率有一定的要求。
基於獨立性數字運動控製器的網絡伺服係統的係統集成
獨du立li性xing的de數shu字zi運yun動dong控kong製zhi器qi的de網wang絡luo伺si服fu係xi統tong就jiu是shi在zai運yun動dong控kong製zhi時shi,脫tuo離li計ji算suan機ji或huo工gong控kong機ji的de通tong訊xun操cao作zuo控kong製zhi,直zhi接jie把ba控kong製zhi程cheng序xu和he要yao運yun行xing的de程cheng序xu下xia載zai到dao運yun動dong控kong製zhi器qi本ben身shen所suo帶dai的deFLASHROM裏麵。有設備的外圍觸發信號觸發程序就開始運行,圖4是基於TRIO的網絡伺服係統的係統集成的結構框圖。
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