驱动和运动控制是有助于实现使制造业比今天更灵活、更可靠和更高效这一重要目标的关键技术之一。这些技术在未来五年将如何发展?事实是，没有人知道。但自动化供应商最新推出的一些产品表明，趋势是更小、更智能、使用更直观的产品。
“全球正面临持续的劳动力短缺，这既是基于经济增长预期，也是基于人口结构的不可避免性，”该公司业务发展主管约翰•科瓦尔(John Kowal)表示贝加莱工业自动化。“然而，商业模式要求为个人消费者定制商品，这往往是高度劳动密集型的。这种大规模定制，小到批量，是自适应机器的领域，它基于生产线上每个产品或套件的独立控制、同步运动。”
科瓦尔表示，更紧密、更精确的电机绕组、缩小的电子和功率半导体以及减少集成工作和挫折的模块化软件的出现，都支持了伺服系统的发展，从而降低了自动化更多制造过程的成本。
他说:“我们需要开始将运动设备视为机电设备，将机械、电气、电子和软件混合成随时可用的模块。”“例如，我们的mapp(模块化应用程序)技术极大简化了运动轴作为软件模块的配置，单个软件组件可以替代每个轴多达20个功能块。我们将看到更多的小型伺服系统，这将使低功耗功能的自动化更具成本效益，例如以前由硬轮、步进器或气缸完成的设置和转换的调整。”
贝加莱最近扩展了其8LS系列紧凑型、高动态同步电机，改进了热设计，展示了小型化伺服的趋势。8LS系列具有高扭矩过载比，适用于塑料加工、印刷机和伺服泵等应用。电机可以与贝加莱的任何变速箱组合在一起，并作为预组装的电机-变速箱组合发货。
贝加莱产品组合中的其他紧紧型产品包括8WS系列，专为需要在有限空间内进行高精度同步和精确定位的应用而设计，以及贝加莱的Acopos P3伺服驱动器，其伺服闭环速率可达50 μs。P3系列还使用正弦波形来优化性能、能源效率和运动健康。无编码器的位置传感减少了组件计数。
大小为单轴驱动，P3模块可支持三台伺服电机。它们具有先进的软件功能，例如易于配置的设置模块和机械异常的自动补偿。已安装系统中的驱动器可以在不重置固件的情况下更换。
小型化伺服的趋势还有其他好处。15年前，一般的伺服外壳包装机可能有四个伺服轴。如果再增加，这台机器的成本就会高得让人望而却步。科瓦尔说:“如今，由于我们不断缩小伺服驱动器的尺寸和成本，并增加了新的功能，一个机箱封隔器可以有16-20个轴，除了产品整理、机箱安装、分度和装载等功能外，还可以实现翻盖折叠、扩边、压缩和格式更改等功能。”“你能负担得起的机器上的运动轴越多，过程的自动化程度就越高，这使得原始设备制造商能够区分他们的机器的成本/性能比。”
贝加莱的SuperTrak运输系统标志着移动设备的另一个趋势。它可以同步轨道穿梭梭周围的机器人和组装模块等设备。SuperTrak系统通过一个控制器独立地将每架航天飞机送入所需的工作站。koval补充道:“第三方oem已经将履带技术与他们自己的执行器相结合，以提供完整的系统解决方案。
跟踪系统旨在通过自适应机器推进批量生产场景，将这种生产能力无缝地与商业联系起来。科瓦尔预测:“未来几年，OPC UA TSN(时间敏感网络)将取代不同类型的工业以太网，允许第三方运动设备之间的互操作性。”它还将带来从基于运动的机器控制系统一直到云端的连续性，使伺服反馈成为边缘设备数据。”
科瓦尔认为，随着动态生产调度软件的加入，自适应机器最终将成为自主机器，该软件可以根据订单和发货日期计算可用的原材料和生产能力，改变制造商运营工厂的方式，并促进多产品区域工厂在当日或次日地面交付的发展。
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贝加莱最新的数字伺服驱动器使用正弦波形来优化性能、能源效率和电机健康。它可以管理多达三个伺服电机。 |
包装电力到更少的空间
客户对占地面积更小、诊断水平更高的机器的需求正在影响原始设备制造商制造新设备的方式。作为回应，机器制造商正在转向伺服驱动器作为一种低成本的替代方案，以维持控制运动的速度和扭矩的基本功率要求。
Beckhoff自动化计划在2019年初推出其AMP8000分布式伺服驱动系统，以帮助oem实现这一目标。“我们认为这是模块化机器概念的主要推动者，”该公司的产品专家马特·普雷利维茨(Matt Prellwitz)解释说。“通过将伺服驱动器直接集成到具有EtherCAT P单线自动化的伺服电机中，新系统提供了超紧凑的设计，同时极大地减小了控制柜的尺寸，甚至完全消除了它们。”
Prellwitz表示，这种方法提高了效率、灵活性和能力，并且仍然能够为客户提供具有成本效益的解决方案。“这些超紧凑的伺服电机与集成驱动器可以迅速减少机器的足迹。单电缆EtherCAT自动化技术降低了安装和材料成本，同时通过一根电缆提供工业级电力和EtherCAT数据。”
倍福的新型分布式伺服驱动系统是可级联的，一个ip65级的配电模块可以将多达5个分布式伺服电机连接到EtherCAT P电缆上。这意味着即使是复杂的运动系统也可以从非常简单的拓扑结构和机柜空间的减少中受益。匹配的伺服电机系列仅长76毫米，因此它们可以应用于新的或现有的机器，几乎没有改变机械设计。
“除了成本和空间功能，新系统还简化了最终用户的运动控制，”Prellwitz说。预装电缆最大限度地减少了布线错误，简化了调试，并减少了控制通信和电力所需的电缆数量。”该系列具有安全扭矩关闭(STO)，安全停止1 (SS1)和其他通过EtherCAT故障安全(FSoE)集成到电缆中的安全功能。
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更直观的自动化和维护是罗克韦尔自动化公司PowerFlex 755T交流驱动器新家族的一个特点。 |
对技能较少的工人进行补偿
经过几十年的裁员，随着婴儿潮一代的大批退休，制造商只能依靠规模更小、更年轻、经验更少的劳动力来维持生产线的生产。自动化供应商正在努力通过内置系统诊断和更简单用户界面的自动配置驱动器等设备来弥补这一缺陷。这些驱动器通常具有共同的外观和感觉，并遵循开放编程和网络标准。
罗克韦尔自动化该公司新的PowerFlex 755T交流驱动器组合显著扩展了其现有的低压驱动器产品，并通过更直观的自动化解决了劳动力技能差距。它还通过永磁电机控制、省煤器模式和能源参数支持等节能功能降低了总拥有成本(TCO)。
罗克韦尔自动化架构驱动全球业务经理Mike Bayer表示:“随着我们不断扩展和发展低谐波、再生和主动前端驱动解决方案组合，我们已经确保了所有马力、电压和电机控制需求的收益。”这包括继续开发与电机不相关的TotalForce技术，该技术结合了高性能电机控制、先进的自我监控功能和当代数字平台，以提供更快、更精确和响应更快的交流驱动器。”
驱动器的自适应控制功能通过自动优化增益和滤波器以获得最佳驱动器性能，减少了驱动器调试和调优所需的专业知识。此外，随着机器或过程在其整个生命周期内持续运行，自适应控制自动适应不断变化的负载和机械共振，使操作员和维护人员更容易保持系统的最佳性能。
通过持续自我分析关键组件(如igbt、电容器和风扇)，监控先进算法，并考虑包括温度、电流、电压、斜坡速率和占空比在内的众多操作方面，驱动器能够更精确地定义其健康状态。这使得它能够更准确地预测何时需要维修组件。
这些新功能意味着通过标准评级和可配置选项提高了应用的灵活性。通过预防性维护和自动化设备配置，资产利用率也得到了提高，最大限度地减少了计划外停机时间。”“自适应控制缩短了调试时间，提高了性能，并消除了调整轴的需要。其结果是提高机器生产率，降低成本，简化控制系统集成和集成安全解决方案，最大限度地延长正常运行时间。”
更直观的自动化也是目标西门子全新的Simatic ET 200SP开放式控制器CPU，这是一个紧凑的控制系统，将控制器的功能与基于pc的平台相结合。CPU集成了处理速度控制和定位轴的运动功能，并支持外部编码器和扩展同步操作功能，包括凸轮和运动学。该控制器适用于特殊设备和系列设备，并可在分布式配置下管理设备。
西门子高级产品营销经理Craig Nelson解释说:“这个单一平台无缝地将PLC(可编程逻辑控制器)、运动控制器、安全控制器、人机界面、电机和驱动器整合在一起。现在，大多数应用程序都可以通过这一单一解决方案来完成，西门子计划扩展这一平台，以满足日益增长的需求。”
自配置驱动器自动读取电子信息存储在电机编码器串行通信，消除大多数参数化。它还将电机动力、制动控制和编码器整合在一根电缆中，而不是通常的三根。
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倍福自动化的AMP8000分布式伺服驱动系统直接集成到伺服电机中，并采用EtherCAT P单线自动化技术。 |
原始设备制造商致力于简化工作
简化工作的目标正在推动最有用的新技术创新，这就是为什么机器制造商已经率先要求更智能、更直观的驱动技术。
“机器制造商想要的解决方案可以通过模块化的运动控制概念和标准化的功能单元来简化复杂的技术，”Daniel Repp解释说，他是ibm自动化解决方案的业务发展经理伦茨美洲．“这些解决方案必须覆盖整个自动化系统，从轴到运动控制、可视化和云连接。模块化和标准化的驱动器已经有助于使复杂的技术更易于管理，而具有先进功能的伺服逆变器积极支持新旧机器的连接。”
伦茨通过推出新的i950伺服逆变器，展示了一种打破基于控制器和基于驱动器的自动化之间障碍的方法。这个基于控制器的平台通过使用标准协议(如OPC UA或MQTT)实现了标准化的数据通信以及云中的数据存储。
新平台具有灵活的可扩展性，具有三种不同的操作模式。它可以被编程，在CiA 402运动控制器下作为驱动驱动器，或者，使用伦茨的FAST应用软件技术，它可以内置到i950中，以便于参数化。其紧凑的设计可以集成到250mm的机柜中，功率高达15kw，功率范围为0.55-110 kW。
虽然基于驱动的分布式智能自动化和基于控制器的集中智能自动化在PLC中是两种截然不同的方法，但由于机器和系统的模块化，两者越来越多地结合在一起。
用集中智能控制生产系统的某些部分是有意义的，而其他机器模块可以被视为配备了自己的分布式智能的网络物理系统(cps)， Repp解释道。
当然，在驱动器和运动控制产品中，“直观”和“简单”等术语也是与集成安全、逻辑、传感器、诊断和通信相关的常见主题。“客户要求他们的技术像他们的智能手机一样直观，较低的调试时间可以减少TCO，”at电机和驱动器产品经理Bryan Sisler表示AutomationDirect．Sisler看到的电机趋势包括更好的材料和轴承技术，以及更多的集成，例如多用途电机，集成驱动/控制电机，以及交流永磁电机，用于更严格的控制和节能应用。
西斯勒补充说:“当技术进步以一种很容易理解的方式实现时，人们自然会倾向于更快地接受。”“提供简单、快速(包括易于购买、应用和使用)、可靠和价格具有竞争力的产品是提高客户接受度的方法。”
