機(jī)電一體化技術(shù)與自動(dòng)化發(fā)展趨勢(shì)(下篇)

發(fā)布日期:2012-05-29 11:49  瀏覽次數(shù):

一、 執(zhí)行儀表、運(yùn)動(dòng)控制及主流伺服系統(tǒng)正成為熱點(diǎn):
    在過程控制領(lǐng)域,執(zhí)行儀表是以電-氣閥門定位器+氣動(dòng)薄膜調(diào)節(jié)閥為主,其它有氣缸或調(diào)節(jié)閥、電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)、液動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)(電-液調(diào)節(jié)閥)、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥等??傊?,是在以管理道化為主的工藝裝備中,以改變閥門的開度為目的直行程和角行程的執(zhí)行儀表為主流設(shè)備。近年來,以滿開/滿關(guān)為主要形式的電磁閥、閥組等也在大量使用。但是離散控制領(lǐng)域的執(zhí)行部件就形式多樣了,特別是以旋轉(zhuǎn)設(shè)備——電機(jī)為主的控制,已經(jīng)得到很大發(fā)展。兩個(gè)領(lǐng)域的執(zhí)行部件共性是速度反饋和位置反饋的控制技術(shù)。
    變頻柜、軟啟動(dòng)柜等已得到普及,在節(jié)能等方面已取得成效,本文不準(zhǔn)備進(jìn)一步闡述了。在上世紀(jì)中葉,伺服機(jī)構(gòu)、直流閉環(huán)調(diào)整系統(tǒng)、交流閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)、步進(jìn)電機(jī)開環(huán)系統(tǒng)已經(jīng)問世,從90年代以來,運(yùn)動(dòng)控制名詞悄然流行,它是相對(duì)于電力拖動(dòng)及電機(jī)傳動(dòng)控制而言的一個(gè)分支。運(yùn)動(dòng)控制是指通過對(duì)電機(jī)等機(jī)電機(jī)構(gòu)的控制,使機(jī)電機(jī)構(gòu)產(chǎn)生期望的運(yùn)動(dòng),運(yùn)動(dòng)控制為轉(zhuǎn)速、位置、力矩三個(gè)參數(shù)的組合控制,較終保證運(yùn)動(dòng)參數(shù)和運(yùn)動(dòng)軌跡為予定值。它涵蓋于運(yùn)載工具、數(shù)控機(jī)床(CNC)、機(jī)械加工生產(chǎn)線、包裝設(shè)備、紡織、印染設(shè)備、機(jī)器人及多種機(jī)電一體化設(shè)備和民用設(shè)施,所以受到重視。
    較近交流伺服系統(tǒng)的性能/價(jià)格比已具有競(jìng)爭(zhēng)力,特別是全數(shù)字式交流永磁伺服電機(jī),DSP嵌入式芯片技術(shù)的發(fā)展,受到青睞,所以前景看好。本文要著重說的,乃是作為主流伺服系統(tǒng)在運(yùn)動(dòng)控制中要求實(shí)時(shí)性很高,如實(shí)時(shí)響應(yīng)時(shí)間要求小于1ms、同步傳送和抖動(dòng)小于1ms,在要求更高的地方,可能為納秒(ns)級(jí)。分布式交流伺服控制系統(tǒng)已經(jīng)走向市場(chǎng)、羅克韋爾的SERCOS、倫茨的SystemBus及知名的Profibus、Interbus、DevuceNet等均可以完成分布式交流伺服控制,其上層通信仍采用CIP協(xié)議及CIPSync規(guī)范,才能獲得更好的實(shí)時(shí)性和可互操作性。
    IEEE1588為用于測(cè)量和控制網(wǎng)絡(luò)的分布時(shí)鐘定義了一個(gè)精確時(shí)間同步協(xié)議(Preci Sion Time Protocol,PT),它為在以太網(wǎng)上實(shí)現(xiàn)時(shí)間同步提供了工作原理。CIPSync實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)中不同設(shè)備的高精度(+100ns)時(shí)間同步以及分布式運(yùn)動(dòng)控制,即包括多個(gè)伺服控制器的協(xié)同、伺服控制器及多伺服驅(qū)動(dòng)器的協(xié)同。它借助CIPSync/IEEE1588對(duì)于網(wǎng)絡(luò)上的各伺服驅(qū)動(dòng)器的時(shí)鐘,結(jié)合帶時(shí)間標(biāo)記位置信號(hào)進(jìn)行伺服同步,它考慮使用基于以及網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù),并且是適合于精度在微秒范圍內(nèi)的復(fù)雜系統(tǒng)的同步。
    CIPSync以外,還有SynqNet運(yùn)動(dòng)控制網(wǎng)絡(luò),由Motion Engineering公司開發(fā),支持高性能集中控制,支持它的伺服電機(jī)廠商較多,具有自愈容錯(cuò)、精確捕獲技術(shù)、易于使用等優(yōu)點(diǎn),所以分布式和集中式交流伺服控制系統(tǒng)技術(shù)應(yīng)該互相結(jié)合。
   
    二、 工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)發(fā)展進(jìn)入新階段
    上文中基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線的FFHSE、CIP或EtherNet/IP均為現(xiàn)在俗稱的工業(yè)以太網(wǎng),還有這次FA/PA展會(huì)上西門子等公司的PROFINET,三種均通過IEC61158及IEC61784標(biāo)準(zhǔn),又2004年1月IEC/C65C/JWG10-13等4個(gè)工作組通過6種以太網(wǎng)技術(shù)工作IEC的PAS公共可用規(guī)范文件,它們是:中國的EPA、德國Beckhoff公司的EtherCAT、IAONA的EPL(EtherNet PowerLink)、日本橫河的V-net、日本東芝的TCnet、法國施耐德的ModbusTCP(RTPS)。當(dāng)然除這9種以外,采用EtherNet/TCP(UDP)/IP的工業(yè)以太網(wǎng)還很多。EPA(EtherNet for Plant Automation)它采用了分段化結(jié)構(gòu)和確定性通信調(diào)度控制策略,解決了通信確定性、互操作性、開放性等問題,可直接應(yīng)用于變送器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、遠(yuǎn)程I/O、現(xiàn)場(chǎng)控制柜等現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備間通信,即做到“E網(wǎng)到底”,目前正處于產(chǎn)業(yè)化階段。
    選擇以太網(wǎng),還必須把wet技術(shù)等互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在工業(yè)上應(yīng)用搞到位,也就是說,要讓相關(guān)的人們放心的去瀏覽現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù),從而在地域方面使生產(chǎn)方式發(fā)生變化,促進(jìn)生產(chǎn)力發(fā)展。
   
    三、 系統(tǒng)集成、電控儀控一體化、管控一體化任重道遠(yuǎn):
    系統(tǒng)集成一詞的流行始于80年代末、90年代初,Integrated System和System Integration,在系統(tǒng)解決方案(Solution)流行的今天,已經(jīng)逐漸界限不清了。PLC可編程控制器和人機(jī)界面HMI之間,在硬件接口的基礎(chǔ)上,采用DDE動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)交換發(fā)展到OPC(過程控制的對(duì)象鏈接嵌入),是一大進(jìn)步,近來將與EDDL結(jié)合,解決互操作性問題。又IEC61131-3在組態(tài)方面對(duì)系統(tǒng)集成也影響很大。隨著多種現(xiàn)場(chǎng)總線及工業(yè)以太網(wǎng)的出現(xiàn),又使通信接口產(chǎn)品豐富起來,現(xiàn)在不只是一個(gè)產(chǎn)品上有多種接口,而且各種互聯(lián)的接口卡產(chǎn)品也很多,這兩個(gè)展會(huì)上均有多家接口產(chǎn)品,如美國Woodhead公司、Prosoft公司的產(chǎn)品就有幾十種,可以滿足系統(tǒng)集成的需要。
   
    系統(tǒng)集成技術(shù)的發(fā)展,現(xiàn)在已經(jīng)進(jìn)入標(biāo)準(zhǔn)化階段。2003年發(fā)布了ISO15745標(biāo)準(zhǔn),它解決了系統(tǒng)集成的應(yīng)用需求和接口兩個(gè)基本問題,該標(biāo)準(zhǔn)全稱為:工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)和系統(tǒng)集成——開放系統(tǒng)應(yīng)用集成框架,分為4部分:通用參考描述、以ISO11898標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)的控制系統(tǒng)的參考描述、以IEC61158標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)的控制系統(tǒng)參考描述、以以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)的控制系統(tǒng)的參考描述。先進(jìn)部分提出了開放系統(tǒng)的應(yīng)用集成框架(Application Integration Framework,AIF),它定義了一些元素和規(guī)則,構(gòu)成集成模型來表示應(yīng)用需求,并開發(fā)應(yīng)用互操作專用規(guī)范AIP,這個(gè)AIP是接口規(guī)范的表示形式,并要求開發(fā)AIP時(shí),應(yīng)用UML、XML等來拱和表達(dá)。這些,對(duì)系統(tǒng)集成技術(shù)發(fā)展起到了里程碑式作用。
    系統(tǒng)集成面臨的應(yīng)用需求中,電控、儀控一體化及管控一體化是首要的問題,而各個(gè)用戶企業(yè)對(duì)這兩大主題是既有共性又有個(gè)性的需求。電控儀控一體問題通過上面幾節(jié)已經(jīng)有一定了解。管控一體化的三層結(jié)構(gòu),這是共性,其中MES層是熱點(diǎn),MESA(Manufacturing Enterprise Solution Association)對(duì)MES作如下定義:MES能通過信息傳遞對(duì)從訂單下達(dá)到產(chǎn)品完成的整個(gè)生產(chǎn)過程進(jìn)行優(yōu)化管理。我們以前比較我的注意MES本身,現(xiàn)在,逐漸理解到應(yīng)該對(duì)系統(tǒng)集成的深度給予關(guān)注。由于國內(nèi)在管控一體化項(xiàng)目中滿意度高者較少,所以形成了曠日持久的局面。一線的應(yīng)用實(shí)踐與計(jì)算機(jī)專業(yè)人員的完善化應(yīng)該同樣受到重視。
   
    系統(tǒng)集成、電儀一體化、管控一體化是技術(shù)問題,也是藝術(shù),要在務(wù)實(shí)和廣義的人機(jī)界面友好、人機(jī)親和力兩方面同時(shí)努力,才能使管控一體化的重任完成。

 

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