既通用又可扩展的技术解决方案

作者:Christian Berger 文章来源:MM《现代制造》 点击数:456 发布时间:2018-03-14
当今,机器和设备大多为模块化结构。但是迄今为止,很多模块还必须要借助一个中心控制器来进行调节。由于现在出现了一种带有集成控制器的创新伺服驱动装置,因此首次拥有了一个既通用又可扩展的技术解决方案。
既通用又可扩展的技术解决方案

如果机器生产厂家想要使工业制造中的机器和设备实现模块化结构,现在还需要做出妥协,由一个中心控制器对多个模块进行调节。而这会导致软件结构的复杂化,从而产生费用高和维护困难的问题。而今,Lenze公司消除了这一弊端。现在,通过扩展自动化系统,使一个新的带有集成控制器的创新驱动装置为仅带有一根运动轴的最小机器模块直至综合性多轴系统的技术解决方案所应用。

通过扩展自动化系统使一个新的带有集成控制器的创新驱动装置为仅带有一根运动轴的最小机器模块直至综合性多轴系统的技术解决方案所应用

图1 通过扩展自动化系统使一个新的带有集成控制器的创新驱动装置为仅带有一根运动轴的最小机器模块直至综合性多轴系统的技术解决方案所应用

决定产品上市时间的重要标准

只有实现组合系统的通用性,才能保证所有机器设备模块相同的应用软件的使用。原始设备制造商(OEM)能够使用最简单的方法而且能够在系统断开的情况下,对每个应用状况作出全面灵活的反应。这样便形成能够单个运行且可任意连接的自主机器设备模块。不需要与仅有的软件编码进行适配,便可首次实现机器设备功能单元老版本“即插即用”(“Plug-and-play”)功能的应用。

几十年来,机器设备生产厂家主要是将自己的注意力集中在以下三个方面:机器设备的性能、可使用性和质量。而今天对机器设备生产厂家来说,产品的上市时间成为一个具有决定性意义的挑战:一部机器如何在用户那快速投入运行呢?这也与原始设备制造商(OEM)如何灵活的应对其用户的特殊应用要求密切相关。而仅仅能够灵活的应对用户的特殊应用要求还不够:鉴于当前技术的转变非常快速,对于用户来说,快速实现技术创新或满足技术创新对时间和费用方面的要求便成了决定性的重要标准。

工业4.0所形成的发展趋势为机器设备生产厂家提供了因竞争而产生的差异性和改善自身市场地位的机遇。传感器层面的全面数字化、IT基础设施和云服务的连接以及整条生产线的各个机器的通用化集成、包括连接进企业资源规划(ERP)系统和制造执行系统(MES)都需要向原始设备制造商(OEM)提出最重要的软件技术应用要求。此外,还必须提出因机械和动力层面的复杂性日益加大而产生的要求。生产中所要求的灵活性以昂贵的运动控制器和不断增多的轴的个数为前提条件,当由相对僵硬的机械单元来承担生产任务时,例如,当由灵活的机器人运动件来承担相对僵硬的机械单元的任务时,便要求一个昂贵的运动控制器和不断增加轴的个数。

一个带有中心控制器的机器模块通过多轴驱动器i700的自动化拓扑

图2 一个带有中心控制器的机器模块通过多轴驱动器i700的自动化拓扑

为了能够在短时间内实现这些,许多原始设备制造商(OEM)便努力追求机器的模块化,并且研发能够简单重复利用的相应的标准化功能单元。这样的功能在绘图板上能够快速嵌入。每部机器补充添加附加功能的必要前提是能够在一个锁闭的功能单元中进行集成,而且与现有模块不存在匹配问题。

机械件、电子件和软件浑然一体

模块化只有在机械件、电子件和软件浑然为一体时才能成功实现。这样,控制和驱动技术件便能够区别应对单轴的机器模块,或是需要多个同步轴甚至需要带有多轴的一个复杂驱动结构件。每个单个具体模块必须根据应用来发挥自己的功能。此外还有一个问题,那就是集成进驱动器中的非中心控制器是否能够发挥控制功能,或是模块由一个中央智能件进行控制。

满足各种不同应用情况的可扩展的产品配置

这意味着为各种不同的模块提供具有不同层次性能的可扩展的功能控制器的产品配置,以便使机械件、电子件和软件浑然成为一体,具有相同的功能。迄今为止,Lenze公司的自动化专家们既在一个驱动器里集成了中心控制系统,也在一个驱动器里集成了分中心控制系统。

Lenze公司借助其研发的Servo-Inverter i900(伺服逆变器i900)告诉世人,其公司研发了一个带有集成控制器的可完善自动化系统的新伺服驱动系统,排除了两个拓扑之间的断裂。这样便能够总使用相同的应用软件和相同的工程工具(Engineering-Tool)。

Lenze公司演示了如何用一个可扩展的模块化自动化系统和一个全面的标准单元专用软件模块来实现灵活的机器设计方案,以及如何借此大大降低机器设计方案的技术费用。Lenze公司利用跨生产厂家的标准和先进的通信界面使模块简单且同步进行合作。在此,水平集成可使用Ethercat、Profinet、Ethernet/IP或也可使用OMAC的Automation-ML和Pack-ML。对于带有上一级控制的垂直集成来说,则是按照OPC UA或MQTT的标准执行。

使用的模块可选择中心控制或分中心控制

这样,通过自动化系统的扩展,一个带有集成控制器的创新伺服驱动器便首次实现了可用于仅带有一根运动轴的最小机器模块以及综合性多轴系统的通用可扩展的技术解决方案。现在, Lenze公司既在控制器层面又在驱动器层面满足了其客户对技术解决方案的通用性要求。

一个集成在伺服逆变器里带有中心控制器的机器模块的自动化拓扑

图3 一个集成在伺服逆变器里带有中心控制器的机器模块的自动化拓扑

Lenze公司的Servo-Inverter i900(伺服逆变器i900)充当了分中心和中心智能之间的桥梁。这样在一部机器里使用的模块便既可选择中心控制又可选择分中心控制,由此克服了必须从中心控制和分中心控制进行二选一的问题。因为客户能够由硬件和软件建造一个紧密的产品配置,对于客户来说,两个拓扑同样能够使用,由此,机器设备生产厂家完全能够根据应用,灵活的对客户的要求作出反应。

这样,Lenze公司的Servo-Inverter i900(伺服逆变器 i900)可作为分中心智能件作出反应,该分中心智能件像Lenze 公司产品组合的其他控制器一样通过应用软件工具箱“Fast”(Application-Software-Toolbox “Fast”)实现程序化,并且能够集中到模块的控制上,在模块上加以应用。在需要时,没有新编程序的情况下也可实现一部复杂机器的跨模块同步。迄今,在中央控制器上实施的应用软件在Servo-Inverter i900(伺服逆变器 i900)平台上没有变化。尤其是当扩展机器设备时模块的个数增加,这使得控制的轴的个数增多,采取这样的途径可减少应用的复杂性,并能够简化技术。

对于程序化,借助于应用软件工具箱 “Fast”(Application -Software-Toolbox “Fast”),有一个标准单元提供机器结构里的典型应用。机器专有的技术模块具有如定位、举升、卷绕以及切割等功能,或为汽车目的市场上的对机器进行铅封、以及在内部物流、消费品、印刷&兑换和纺织品上打印的功能。在此,用户不再需要进行程序化,而仅需要调整应用的专门参数。Lenze公司已经对应用软件工具箱 “Fast”(Application-Software-Toolbox “Fast”)的应用进行了大量应用测试和检验,用户可随即使用应用软件工具箱 “Fast”(Application-Software-Toolbox “Fast”)。

借助Lenze公司这一通用且可扩展的自动化产品,可在短时间内为每个机器模块研发一个标准单元式技术解决方案。这样,原始设备制造商(OEM)便能够在独特功能的程序化中插入所获得的时间,这些独特的功能同样能够很方便的集成到应用软件工具箱 “Fast”(Application-Software-Toolbox “Fast”)里。

将一个中心控制的拓扑应用软件工具箱 “Fast”(Application -Software-Toolbox “Fast”)应用集成到Servo-Inverter i900 (伺服逆变器 i900)平台上的技巧是在CiA 402的基础上的标准化的系统界面API (Application Programming Interface)里。当控制器借助Ethercat与驱动器进行通信时,这个接口也在i900里实施。这样,应用软件工具箱 “Fast”(Application-Software-Toolbox “Fast”)的基础模块便同样能够按照PLC Open或IEC 61131-3在该系统上无缝反映出来。Lenze公司由此便能够对已经完成的编程提供完全的反向兼容性