Тема с обложки: Интеллектуальное движение: объединение различных точек зрения

Логическое управление, управление мощностью, развитая диагностика, безопасность механизма и общий набор программных инструментов для всех функций выводят системы управления движением на новый уровень интеллекта.

Интеллектуальные сервоприводы обеспечивают точное совмещение печати (Фото любезно предоставлено Bosch Rexroth).

Понятие интеллекта по-разному трактуется разными людьми. Интеллектуальное управление движением в общем случае объединяет движение и логику станка с коммутацией мощности в одном блоке управления. В последнее время ряд таких функций, как упреждающее обслуживание, безопасность станков и расширенные возможности связи, составляют все большую часть понятия архитектур „интеллектуального движения».

По мнению B&R Industrial Automation Corp, интеллект движения реализован в новом поколении приводов, которые объединяют задачи, ранее выполнявшиеся отдельными контроллерами движения или централизованными системами управления. „Те функции, которые ранее невозможно было выполнить, проанализировать и проконтролировать, сейчас выполняются функциями привода синхронно с 400-мкс циклом управления его положением», – отмечает Маркус Зандхёфнер (Markus Sandhoefner), менеджер компании B&R Industry Segment.

Общей тенденцией, по замечанию B&R, является объединение средств управления, визуализации и движения. Быстродействующие процессоры превратились в товар повседневного спроса, поэтому все эти задачи могут выполняться на одном процессоре, что устраняет затраты на инфраструктуру связи и аппаратуру.

Упреждающее обслуживание – одна из новых функций. Новые приводы могут выполнять диагностику в реальном времени, что позволяет пользователям устанавливать область допустимых значений для любого из сотен параметров привода (вращающий момент, скорость, положение, температура и т. д.). Более того, по словам Зандхёфнера, для того, чтобы добиться более точной и надежной работы, несколько параметров можно сконфигурировать в составной параметр (такой, как трение системы) с помощью алгоритмов на уровне привода. Система управления станком может затем сформировать сообщение на экране или даже известить пользователей по электронной почте о создании условий для „обслуживания по требованию”.

Обращается внимание на способность интеллектуального привода работать как „датчик” с целью оптимизации работы станка, используя параметры, присущие приводу. Кроме того, функция оценки качества может быть объединена со способностью привода формировать данные для управления качеством продукта/процесса в реальном времени для отслеживания основной системой управления. Acopos Servo Drive от B&R предоставляет различные интеллектуальные возможности (см. фото).

 

Движение – это не подсистема

Для компании Rockwell Automation под термином «интегрированное движение» понимаются характеристики интеллектуального движения. Брайан Лизер (Brian Lieser), менеджер по маркетингу компании Kinetix Motion Control, говорит: «Интегрированное движение, или Kinetix, описывает архитектуру управления станком, которая объединяет последовательный процесс, движение, управление мощностью и механику в единую платформу». Он разъясняет, что требования управления движением учитывают перспективу (или направление) архитектуры станков, которая существенно отличается от традиционного рассмотрения движения как подсистемы станка.

Одна и та же программа RSLogix 5000 используется для программирования, ввода в эксплуатацию и диагностики всей системы механизма, включая движение. Результатом является упрощенная установка приводов, двигателей и исполнительных механизмов, плюс более легкая реализация интегрированных решений. «Разработка и обслуживание традиционных отдельных неинтегрированных систем перегружает как производителей оборудования (OEM), так и пользователей задачами, которые не дают увеличения цены и вместе с тем ограничивают возможности применения новшества и повышения производительности», – добавляет Лизер.

Интеллектуальные приводы Bosch Rexroth локально замыкают контуры положения и скорости для точного управления двигателем. Регистрация полотна полностью синхронизирована с интеллектуальным движением с целью идеального выравнивания цвета на печатающей линии «без вала».

Kinetix Integrated Motion сосредоточивает внимание на всем жизненном цикле станка, от проектирования системы движения производителем до выбора производительности станка пользователем. Основная выгода для OEM и пользователей обусловлена следующим:

  • сокращение времени выхода на рынок и более быстрое расширение сферы применения;
  • повышенные скорости, обеспечивающие увеличение производительности;
  • «бесшовная» передача информации о движении по всей линии станок/производственная линия с целью сокращения простоя и оптимизации процесса;
  • более низкие системные затраты, обусловленные меньшими размерами панели и необходимых соединений.

Подразделение Electric Drives & Controls компании Bosch Rexroth использует линию продукта IndraDrive для определения «интеллектуального движения» через большую производительность обработки данных, реализованную на уровне привода для расширения общих возможностей станка. IndraDrive включает цифровой сигнальный процессор (DSP) для управления обратной связью двигателя с целью оптимизации замкнутого контура. Логический контроллер в приводе добавляет интеллектуальности, в то время как дополнительная Rexroth IndraLogic с программированием в соответствии с IEC 61131 и функциональными блоками упрощает одно- и многоосную логику движения. Основное назначение – управление сервоприводом, шпинделями и регулирование скорости.

Дополнительная безопасность, обслуживание

«IndraDrive замыкает циклы позиционирования и скорости вместо основной системы управления и обслуживает двигатель в рамках его команд», – констатирует Рик Рэй, менеджер по продукции фирмы Bosch Rexroth.

Компания рассматривает интегрированную технологию безопасности и упреждающего обслуживания как часть архитектуры интеллектуального движения. Распределенное управление размещает интеллект в каждом приводе, обеспечивая выполнение контроля безопасности, обслуживание и другие функции на локальном уровне. «Интеллекта прибавляет еще один привод, а не распределение заданных ресурсов централизованной системы», – продолжает Рэй.

«Функция безопасности выполняется для персональной защиты в соответствии с Европейским стандартом EN 954, категория 3 без дополнительного оборудования или косвенных решений в управлении», – говорит он. Если оператор входит в рабочую область станка, то датчики системы передают информацию об этом на приводы с целью замедлить (или остановить) вращение в соответствии с требованиями, затем дают команду станку продолжить нормальную работу без дополнительного простоя после того, как рабочая область освободится.

Упреждающее обслуживание позволяет проверить условия трения, жесткость оси и люфт механической системы. Интеллектуальный привод может передать предупреждение на основной контроллер (или интерфейс оператора), чтобы показать вероятную неисправность «прежде, чем проблема обострится или будет нанесен ущерб машине», – отмечает Рэй.

Взгляд Baldor Electric на интеллектуальное движение выдвигает на первый план возможность удовлетворения многочисленных требований с помощью программного обеспечения. «Предоставляя открытый программный интерфейс, разработчики свободно могут создавать программное обеспечение точно в соответствии с потребностями, работать с различными входными условиями и действовать соответственно», – говорит Джон Мазуркевич (John Mazurkiewicz), менеджер сервопродукции Baldor. По его мнению, «Свобода разрабатывать программное обеспечение в соответствии с требованиями конкретного станка позволяет конструкторам преодолеть ограничения, обусловленные заранее заданными последовательностями». Интеллектуальное движение также дает конструктору свободу программировать станки для многочисленных продуктов или условий, например, для таких случаев, когда происходит частое изменение размера изделия. В результате уменьшаются простои, связанные с механическим переключением.
Разнообразные продукты Baldor удовлетворяют различным потребностям. Сообщается, что предварительно запрограммированное последовательное позиционирование легко установить с помощью табличных значений в Flex+Drive. С вариантами размеров продукции достаточно просто работает MintDrive, программируемый через вход панели HMI, в то время как автономные контроллеры Baldor обслуживают одно- или многоосные станки.

Интеллектуальное движение осуществляется в изделиях Baldor с помощью Mint (Motion INTelligence) – полнофункционального Basic-подобного языка программирования для решения задач движения, настройки входов/выходов и человеко-машинного интерфейса.

Гибкость Mint позволяет программировать различные сценарии работы оборудования. Считается, что набор программ с разными возможностями обработки облегчает программирование. «С помощью Mint поддерживаются различные типы движения, такие как периодический поворот на определенный угол (indexing), «летающие ножницы» (flying shears), программные коробки скоростей и профилирование по шаблону. Это предоставляет конструкторам гибкость в определении совокупности параметров движения для оптимизации производительности станка, – отмечает Мазуркевич. – Модульное программирование Mint позволяет сформировать приложение в виде управляемых блоков».

Компания Triangle Package Machinery Co (Чикаго, Иллинойс) применила технологию Kinetix от Rockwell Automation, чтобы сократить время переключения с изделие на изделия на упаковочной линии FlexCell с четырех часов до 10 минут. Широко используются цифровые системы управления движением – сервоприводы ControlLogix, Ultra3000 и серводвигатели MP-Series (слева, в центре)

Определение в программном обеспечении

Интеллектуальное движение – «возможность определить каждый аспект контроллера движения в программном обеспечении и развернуть его на аппаратуре в соответствии с выбором пользователя», – говорит Рауль Кулкарни (Rahul Kulkarni), менеджер по продукции Industrial Control в National Instruments (NI). NI предлагает свою платформу LabView с SoftMotion и технологиями реконфигурируемых входов/выходов в помощь пользователям в создании заказных контроллеров движения на базе операционной системы реального времени (RTOS) или же на основе программируемой пользователем логической матрицы (FPGA) – в зависимости от соотношения цена/производительность отдельного приложения.

Создатели станков с высокоскоростными приложениями могут идти по пути FPGA с ее быстродействием в 200 кГц, что примерно в 10 раз быстрее стандартного контроллера движения, отмечает Кулкарни. Кроме того, FPGA повышают надежность конструкции. Они позволяют в случае необходимости вносить изменения в стратегию управления устройством, например, добавлять в алгоритм условие аварии.

Помимо определения диспетчерского контроля, формирования траектории и сплайн-интерполяции SoftMotion Development Module для LabView позволяет пользователям включить прикладные алгоритмы или адаптивное управление вне зависимости от модели (MFA control) для управления позицией и скоростью. Кулкарни ссылается на один из примеров. Cybosoft, NI Alliance Partner, применяет SoftMotion для согласования нескольких осей, но расширяет ПИД-регулирование положения и скорости своим MFA-алгоритмом для высокоточных/скоростных приложений в нанотехнологии и производстве полупроводников.

Джозеф Хаммер (Josef Hammer), менеджер по продукции Simotion в Siemens Energy & Automation Inc., отмечает, что ранее устройства управления оптимизировались для решения частных задач, т. е. ПЛК – для логических задач, контроллеры перемещения – для задач движения и т.д. Чтобы получить полностью работающий станок, было необходимо, но далеко не просто, объединить различные базовые методологии управления, интерфейсы и средства проектирования.

Станки, в которых особое значение придается интеллектуальному движению как оптимальному решению, должны выйти за рамки управления движением и «объединить все другие возможности управления, необходимые для автоматизации всего станка в едином ключе», – объясняет Хаммер. Далее он характеризует «интеллектуальное движение» как предложение, открытое для нескольких аппаратных платформ, нацеленное на гибкость пользователя и предоставляющее самые последние методы доступа, такие как OPC и TCP/IP для объединения с бизнес-системами и Web-службами.

Технология интеллектуального сервопривода Acopos от B&R Industrial Automation включает связь Ethernet Powerlink и единый программный инструмент Automation Studio для осуществления управления движением, визуализации и функций логики и управления.

«Simotion от Siemens нацелен именно на такое интеллектуальное движение, – говорит Хаммер. – Он является оптимизированным решением, в котором объединены и слиты управление движением, логическое управление и другие технологические функции». Simotion представлен в трех аппаратных версиях (PC-, контроллер- или платформы на основе привода) в соответствии со специфическими требованиями пользователя. Изменение платформы может быть проведено почти без воздействия на разработанное ранее программное обеспечение приложения.

Хаммер связывает все выгоды использования интеллектуального движения с уменьшением стоимости, обусловленным либо сокращением сроков проектирования и более компактными системами, либо лучшим доступом для поддержки по всему миру.

 

Мозги и мускулы

Луи Ламбруччи (Lou Lambruschi), менеджер по продукции компании Danaher Motion, характеризует интеллектуальное движение с точки зрения производителей приводов как «объединение мозгов программируемого контроллера с мускулами твердотельных устройств регулирования мощности для создания комплексного привода, пригодного для широкого ряда приложений». Он поясняет, что точное управление позицией и скоростью достигается путем соединения логической секции на базе DSP с секцией высокопроизводительного потокового векторного привода (и соответствующего двигателя). «После ввода пользователем последовательности операций, аналогичной программе ПЛК, привод будет выполнять сложную последовательность движений, обусловленную входами, и выдавать полезные результаты для контроля процесса», – говорит Ламбруччи. Новые серии приводов FX4000 Fusion от Danaher реализуют эти возможности вместе с гибкостью запуска индукционных и синхронных двигателей переменного тока, а также бесщеточных двигателей постоянного тока.

Ламбруччи выделяет четыре преимущества, которые дает пользователю объединение управления движением и привода. Так, в частности, более легкая начальная установка обусловлена тем, что должно собираться, коммутироваться и программироваться только одно устройство. Отдельные компоненты потребовали бы многочисленных соединений, большего места на панели и, возможно, множества программных пакетов. Одно устройство также означает единый источник ответственности для технического обслуживания и исключение проблемы совместимости оборудования от разных производителей. Заключенная в корпус монтажная схема интеллектуального привода предполагает большую надежность с меньшим числом соединений по сравнению с отдельным приводом и контроллером. Это приводит к сокращению числа обрывов или ошибочных соединений и ослаблению потенциальных электрических помех (EMI/RFI). Ламбруччи также говорит о более низкой начальной цене и меньшем времени начальной установки по сравнению с обычным приводом с отдельным контроллером.

Поль Дерстайн, менеджер по движению в GE Fanuc Automation, полагает, что «интеллектуальное движение» для основных приложений управления движением обычно включает объединение в одном устройстве различных элементов: управление движением (планирование пути и управление циклом), логическое управление, функции ввода/вывода и усилитель мощности двигателя. В качестве одного из примеров таких устройств он приводит контроллер серво/шагового двигателя S2K компании GE Fanuc.

Далее он говорит о «некоторых действиях, направленных на то, чтобы включить двигатель в эту смесь», но делает вывод, что жесткие производственные условия и высокие рабочие температуры двигателя ограничивают сферу применения, в которой это может дать пользователю долгосрочные выгоды. Действительно, число таких имеющихся на рынке продуктов указывает на то, что на сегодняшний день другие, не технические рыночные проблемы ограничивают интеграцию двигателя и контроллера.

Выгода от использования интеллектуального движения в простых станках с ограниченным согласованием осей основана на сокращении межсоединений и уменьшении проблем интеграции оборудования от разных производителей. Дерстайн поясняет, что если доступны достаточные логические возможности и точки ввода/вывода, то один контроллер может обслуживать весь станок. «Часто цель интеллектуального движения состоит в достижении распределенного управления, чтобы уменьшить число проводных соединений двигателя и входами/выходами, связанными с движением, на протяженных поточных линиях или станках, – говорит он. – В этом случае централизованный контроллер движения и логики и «интеллектуальные» усилители, распределенные по высокоскоростной волоконно-оптической линии связи, могут представлять наиболее эффективное решение». Смешанные архитектуры этого типа обеспечивают централизованное программирование в сочетании с достоинствами распределенного движения.

 

На пути к большей интеллектуальности

Лизер из Rockwell Automation полагает, что тенденция устанавливать интегрированное движение на общую платформу будет расти по мере того, как все большее число изготовителей оборудования и пользователей осознают связанные с этим выгоды. «Они внесут дополнительные нововведения в сетевые соединения и информацию для дальнейшего распространения систем движения на другие станки и производственные линии», – отмечает он.

Марк Крокер из Baldor UK Ltd утверждает: «В течение следующих пяти лет будет наблюдаться сближение таких технологий, как ПЛК и контроллеры движения. Децентрализованное управление станет более привычным явлением, превратившись вместе с Ethernet в доминирующую промышленную сеть».

Мастера программирования, вспомогательные средства для написания приложений и методы графического программирования превратятся в обычное явление. Языки и среды управления движением начнут догонять среды программирования на базе PC, объясняет Крокер. Программируемое движение также станет более распространенным, чему будут способствовать более мощные, экономичные компьютеры и наступление Ethernet. «Мы, вероятно, станем свидетелями того, что такие традиционные языки программирования PC, как Visual Basic, C++ и C#, станут популярными и для программирования движения. Интерфейсы к управлению движением и устройствам ввода/вывода будут осуществляться через элементы управления ActiveX (или их будущие производные)», – также отмечает Крокер.

B&R Industrial Automation рассматривает тенденции интеллектуального движения через призму функций распределенного привода, стандартизованной связи, автоматического обновления программно-аппаратных средств и интегрированных сред программирования, что требует серьезного вклада в них. Зандхёфнер предполагает, что «эти тенденции будут преобладать и усиливаться с использованием дополнительных стандартов информационных технологий в управлении станками».

Для связи с приводом в реальном времени B&R применяет свой протокол Ethernet Powerlink. Зандхёфнер также считает, что «в будущем, приводы смогут публиковать информацию как децентрализованные Web-серверы, доступные через Интернет. Это открывает новый диапазон функций, которые могут выполняться на уровне привода».

Далее будет достигнута полная прозрачность от привода до ведущего узла линии, что облегчит доступ к данным о работе станка и снизит стоимость системы. Например, при обслуживании определенных частей механизма сигнал тревоги может приходить прямо с привода по электронной почте.

Цифровой сервоусилитель S2K Series от GE Fanuc преобразует вращающий момент, скорость или импульсный сигнал от внешнего контроллера в соответствующий ток для управления серводвигателем. Вращающий момент изменяется в диапазоне 5,7 – 322 фунтов∙дюйм (0,64 – 36,3 Нм).

Рэй из Bosch Rexroth отмечает, что отрасли упаковки и полиграфии уже получили выгоду от приводов, снабженных интеллектом. Он предвидит, что в следующие несколько лет и в других отраслях произойдет расширение применения интеллектуального движения в сервоприводах многоосных станков: «На пути вперед конструкторы продолжат внедрение интеллектуального движения в станки систем, более гибко реагирующих на изменения производства».

Говоря о разработках ближайшего будущего, Хаммер из Siemens отмечает растущую модульность станков с распределенной логикой и управлением движением. Один из многих интеллектуальных контроллеров движения в системе будет управлять специфическим модулем станка , который будет осуществлять распределение/обмен данными через высокоскоростную сеть реального времени. По его мнению, эти интеллектуальные модули будут, вероятно, мобильными, поэтому они смогут обслуживать при необходимости различные поточные линии.

Хаммер также предвидит появление новых систем безопасности станков. Они привнесут в интеллектуальные системы управления и датчики все возможности, включая резервные проверки, необходимые для перевода станка в безопасное состояние в случае несанкционированного вторжения в его рабочее пространство. Интеллектуальное управление безопасностью имеет потенциал для сокращения потерь за счет устранения существующих энергозатратных решений.

National Instruments ожидает, что интеллектуальное движение в большей степени будет включать эффективные системы управления движением с контурами регулирования без ПИД-регуляторов в таких гибких технологиях, как FPGA и RTOS, в различных конструктивах. Частью этой тенденции, согласно выводу Кулкарни, будет также «бесшовная интеграция с другими дисциплинами, такими как техническое зрение, аналоговые и цифровые модули ввода/вывода и коммуникации». E pluribus unum (один из многих) будет, вероятно, неплохим модельным представлением этой тенденции развития.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *