更多的灵活性，更高的效率，更低的成本——这些都是制造商希望从像Mike Grinager这样的人身上得到的，他是Brenton Engineering公司的技术副总裁。位于明尼苏达州亚历山大市的包装和码垛设备制造商Brenton清楚地收到了这一信息。这就是为什么其最新的侧装式包装机系列采用分散或分布式的运动控制方法——利用当今驱动器中的智能和工程技术。
结果是一个更快和更简单的全伺服设计。“我们竭尽所能降低机器的复杂性，”Grinager说。“我们去掉了气动装置，这是机器最昂贵的部分。我们的工程师拆除了200多个活动部件，降低了三分之一的成本。”
此外，使设计成为可能的集成伺服电机和驱动器是传统伺服系统的一半大小，由一个单独的伺服驱动器和电机组成。因此，与Brenton工程师以前使用过的最小的电机相比，组合单元所需的空间更小。
每个博世力士乐IndraDrive Mi集成伺服电机/驱动放大器单元直接安装在机器上，在控制柜外。由于这些机组经过了硬化处理，并被设计成在控制柜外散热，不仅控制柜更小了25%，而且它们消耗的过滤器更少，空调能耗也减少了25%。该电机驱动平台使用Sercos分布式I/O、IndraMotion MLC运动逻辑控制器和indrtg VEP40人机界面(HMI)。
这种分布式方法还允许Brenton的工程人员利用新型混合电缆来消除新型封隔器上的杂波。现在只有一条电缆从新机器的电气箱中连接到每个电机和驱动单元，提供电力和通信。Grinager说，混合电缆使每台机器的布线减少了大约80%。
“我们的机器有一个更干净的外观，没有所有的电线运行，从电气柜，”Grinager说。“由于小型集成电机驱动单元和更少的电缆，机器采用步入式设计，便于操作人员进行清洁和维护。”
博世力士乐(Bosch Rexroth)产品经理阿卜杜拉•阿尔扎耶特(Abdulilah Alzayyat)表示，除减少机器的整体占地面积外，去中心化的另一个优势是成本更低，通常可以减少约三分之一的成本。这些节省来自于更少的布线和更少的能源消耗。不仅在箱体中需要更少的冷却，而且模块化和雏菊链也允许补偿电机减速时的能量损失。阿尔扎亚特说:“如果一个轴损坏了，你可以用这些能量驱动第二个正在加速的轴。”
其他先进的功能是基于多以太网的主通信，额外的分布式场线I/O，驱动器中符合IEC 61131-3的运动逻辑，以及安全区技术。阿尔扎亚特指出:“我们的分布式运动控制器在船上有可选的安全性。“所以，你可以让安全I/ o直接进入每个轴来创建单独的安全区域，或者你可以有一个包括完整系统的中央安全区域。”一个例子是:在包装机上建立多个安全区域。有了这些区域，操作人员可以在机器的其他部分继续运行的同时，独立地停止一个部分来清除误进或进行一些简单的维护。
两个问题，不是一个
是否去中心化的问题并不总是一个简单的问题，尤其是在复杂的运动控制应用中。原因是这些应用通常需要高度的同步，这意味着，除了功率转换，控制也是微积分的一个重要方面。因此，集中还是分散的问题实际上是两个问题——一个是关于功率转换的问题，另一个是关于控制和通信的问题。
在这两种情况下，工程师必须权衡分布式和集中化的优势和局限性。当涉及到驱动器时，一个更小的电子机柜和节省的冷却和布线成本肯定是去中心化的强大动力。佐治亚州诺克罗斯市西门子工业公司的产品经理克雷格•纳尔逊指出:“但你必须记住，你的电子设备现在也会受到与电机相同的振动和其他环境条件的影响。”“你们的电子元件不仅要有更高的工业防护等级，而且要有更高的质量。”
此外，去中心化在低功率范围(通常小于5kw)的伺服电机应用中更有意义。当功率额定值超过这个阈值时，驱动器开始变得太大，在许多应用中不能放在电机上。
功率也以另一种方式限制了分散方法电机的选择:当减速时，较大的电机比较小的电机产生更多的热量。博世力士乐的阿尔扎亚特指出:“虽然我们有技术在驱动器和电机之间处理这种热量，但这是针对更小的轴。”他说，需要更多的研究来开发适合大型电机的散热技术。
在控制方面，西门子的尼尔森表示，许多工程师选择集中在一个控制单元上，而不是为每个驱动器分配几个较小的控制单元。他解释说:“现在的高性能微处理器的计算能力是十年前的几倍。”“从十个独立的驱动控制处理器到只有一个中央控制器，成本效率和管理能力要高得多。”
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其他可能改变演算的因素包括被驱动轴的数量以及在机器上发送和接收信号的可用带宽。尼尔森解释说:“如果你把东西分散开来，那么无论你是通过网络还是背板，从一个设备到另一个设备接收这些信号都会有延迟时间。”“一般来说，你协调的轴线越多，越倾向于中央控制。”在这些情况下，直接在高性能处理器上处理往往是处理信号以协调运动的最快方式。
问两个问题都有好处
威斯康星州梅诺莫尼瀑布市(Menomonee Falls)杂志和目录印刷商Arandell Corp.的管理层发现，花点时间考虑是否将控制权和电力转换都分散，可以带来丰厚的回报。在系统集成商伊利诺伊州格伦碳FASTechology集团的推荐下。， Arandell决定集中控制和分发驱动器在三台机器上，它已经翻新在装订。
由于这台机器已有30年历史，机械性能良好，FASTechology对其进行了升级，增加了急需的功能和灵活性，同时保留了集成控制和通信功能。该项目的关键目标是实现驱动每台机器上的多级输送机的电机之间的动态调相，因此操作之间的输送机可以在机器运行时进行调整。
在改造之前，传送带的两个部分由一台装有行星齿轮的电机驱动。为了获得理想的灵活性和控制效果，FASTechology公司用两台电机取代了这款电机，用西门子的电子线轴取代了行星齿轮。他们还指定了西门子的Sinamics S120驱动器和它的Simotion D驱动器平台，这是现在整个装订的通用接口。
FASTech的工程师将动态驱动安装在电机上，并将运动、逻辑和驱动控制整合到Simotion D平台中。FASTech的工程副总裁Jeff Mills说:“Simotion的架构，以及集成的运动控制器和PLC控制器，使我们能够在正常的PLC级别逻辑的基础上进行先进的运动控制。”
其结果是对机器两个部分之间的传输有了更大的控制。这不仅使传输在更大的速度范围内更加顺畅，而且还将吞吐量提高了20%。更大的灵活性使机器更容易操作修改。米尔斯还报告说，驱动和控制的模块化使得他的工程师可以将为这台机器开发的功能应用到其他类似的改造中。
模块化的度量
许多机器制造商发现，将集中控制与分布式驱动器混合可以帮助他们在其产品中生成模块化的衡量标准。“如今机器制造商面临的最大挑战是，他们的客户通常想要的东西略有不同，”乔治亚州罗斯韦尔的贝加莱工业自动化公司技术解决方案总监科里·莫顿解释说。“他们必须能够处理几乎每一笔订单的某种程度的定制请求，这意味着他们必须设计出能够轻松做到这一点的机器。”
在这种环境中，完全集中的方法通常不具有成本效益，因为每当添加或删除功能时，构建器可能需要投入工程资源来更改机柜的内容。这些变化也可能影响从中央机柜到机器各个部分的电缆。莫顿指出:“机器制造商既要在成本上具有竞争力，又要在每台出厂的机器上进行大量的工程设计，这是非常困难的。”
因此，为了实现最小限度的工程定制，许多机器制造商正在提供定制功能，作为预先设计好的模块，插入包含机器核心组件的基本单元。因为无论选择的选项是什么，核心的软件和硬件都会在机器中是相同的，所以所有的硬件都不是基础机器设计的一部分，可以分散在可选模块中。
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一个机器制造商在开发下一代旋转拉伸吹塑机生产聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)瓶时采用了这种模块化策略。因为这一代可以有多达36个吹瓶站，每个吹瓶站每小时能生产2250瓶，该公司的工程师把这些吹瓶站设计成模块。除了提供定制所需的灵活性外，模块化方法还允许公司采用所谓的流水线生产来控制成本。
当工程师们将贝加莱的气动和皮带驱动替换为电力直接驱动，以提高机器的速度、精度和功耗时，他们为产生这种模块化奠定了基础。转矩电机代替皮带传动转动机器内的各种定位轮，特殊设计的管状直线电机代替气动装置驱动各工位的伸缩杆。由贝加莱的X20系统中央处理单元(CPU)作为模块的控制器，逆变器来自贝加莱的ACOPOSmulti系列。由于机器制造商可以在每个拉伸工位上安装逆变器，因此可以提前生成整个拉伸工位，并对其进行测试和参数化。
在这种情况下，集中控制与分布式驱动器的混合被证明是最聪明的解决方案。
