Контроллеры движения становятся все лучше просто потому, что современная промышленная автоматизация нуждается в более эффективных средствах управления. Это послание, исходящее в наши дни от ветеранов киноиндустрии.

“Количество программируемых функций, которые могут быть встроены в ПЛИС, продолжает расти”, — сказал Джозеф Профета, директор группы систем управления в Аэротех Инк., поставщик систем управления движением, позиционирования и автоматизации для медицинского, промышленного, военного и исследовательского применения. “Это увеличение в четыре-восемь раз за последние несколько лет позволяет загружать гораздо больше функций в ПЛИС при запуске, поэтому на одной и той же аппаратной платформе могут быть реализованы различные наборы функций”.

Курт Уилсон, вице-президент по инженерным разработкам Delta Tau, согласился. “Растущая скорость и плотность цифровой логики как в ASIC, так и в FPGA открыли новые возможности для обработки входных и выходных данных, необходимых для управления движением”, — сказал он.

Более производительная электроника также позволяет конечным пользователям настраивать сигналы обратной связи для управления по замкнутому контуру. Примером может служить Билл Савела из Delta Computer Systems. “Контроллеры Delta теперь могут переключаться между резервными датчиками в случае сбоя одного из них, так что производство может продолжаться. Это обеспечивает определенную степень отказоустойчивости машин в суровых условиях эксплуатации и позволяет проводить техническое обслуживание по расписанию, а не в случае поломки. Контроллеры Delta также могут переключаться между датчиками, которые реагируют на разные диапазоны измерений или обеспечивают разную чувствительность”, — сказал он.

А некоторые отрасли промышленности стали катализаторами совершенствования конструкций контроллеров. Например, для работы на лесопильных заводах Delta Computer добавила инструкции для кривых и шлицев, которые облегчают передвижным пилам обработку изогнутых бревен. Delta Computer также предоставляет своим контроллерам возможность синхронизировать несколько осей, что позволяет оборудованию для обработки лесоматериалов изменять скорость обработки бревен в режиме реального времени, помогая лесозаводам обрабатывать бревна различного качества.

Аналогичные тенденции делают упаковочное оборудование более производительным. “Индустрия упаковочного оборудования продолжает совершенствовать систему управления движением, что обусловлено потребностью в упаковочных машинах с более высокой производительностью и большей гибкостью их функций”, — говорит Профета из Aerotech. “Кроме того, приложения для тестирования и инспекции в большей степени используют управление движением. Для тщательного тестирования оборудования и материалов требуется сложное движение. В связи с этим многие испытательные машины — например, для испытаний на напряжение и деформацию — рассматривают линейные двигатели с управлением движением для замены механического или гидравлического привода. Возможность применять сложные профили движения и более высокие усилия (или крутящие моменты) к испытуемому образцу побудила к переходу на испытательные машины с сервоприводом.”

Электрогидравлические испытатели наблюдают аналогичный переход. “Простые машины прикладывали давление или усилие по синусоидальной схеме к тестируемому устройству в течение определенного количества циклов. Контроллеры движения с замкнутым контуром теперь повышают точность и повторяемость, используя различные профили тестовой нагрузки. Они также собирают данные о том, как устройства реагируют на нагрузку – важный фактор при проверке новых составов материалов и повышении эффективности конструктивных решений”, — сказала Савела из Delta Computer.

Курт Уилсон из Delta Tau отметил, что производство зубных протезов — коронок и имплантатов — является еще одной областью, получающей выгоду от развития сервотехнологий. Зубные слепки традиционно отправляются в центральную лабораторию, где создаются протезы со сроком изготовления, измеряемым неделями. Весь этот процесс переносится в стоматологический кабинет с перерывом в час или два. Усовершенствованные контроллеры теперь управляют небольшими, недорогими, но высокопроизводительными зубофрезерными станками, которыми зубные техники могут управлять прямо в офисе.

Уилсон также сказал, что значительное увеличение скорости вычислений и объема памяти позволяет современным контроллерам выполнять обширный мониторинг и анализ в режиме реального времени во многих различных областях. Они включают в себя анализ характера ошибок сервопривода как для адаптивного управления, так и для выявления проблем (таких как чрезмерная вибрация). Многоядерные процессоры позволяют использовать отдельное ядро для избыточного мониторинга безопасности, а алгоритмы автоматической настройки сервоприводов становятся все более распространенными, сказал он.

Аналогичные настроения высказываются Дэвидом Гудином, владельцем поставщика систем движения AllMotion. “Технология DSP также улучшилась. Более высокие скорости обработки, а также внедрение периферийных устройств, необходимых для управления двигателями, сделали драйверы компактнее и более производительными”, — сказал он. “Возможность выполнять работу в небольших пакетах также способствует использованию передовых средств автоматизации. Например, наш новейший четырехосевой приводной контроллер имеет встроенную поддержку дельта-робота. То есть вы просто вводите нужные координаты XYZ на доску. Он заботится о перемещении концевого привода в нужное место, вычислении траектории и преобразовании углов поворота двигателя в режиме реального времени.”

По словам менеджера по продажам Trio N.A. Эда Новака, в Trio Motion Technology LLC важными тенденциями являются добавление программного обеспечения IEC 61131-3 и интерфейсов привода на базе Ethernet. Границы между традиционным ПЛК и контроллером движения стираются, поскольку оба становятся более полнофункциональными платформами управления машинами. Кроме того, стандарт программирования IEC за последние несколько лет привнес программирование в стиле ПЛК в мир движения. По словам Новака, в результате у инженеров, разбирающихся в ПЛК, появляется больше стимулов рассмотреть возможность использования контроллера движения в ситуациях, которые в прошлом, возможно, не рассматривались.

Trio также отмечает стремительный рост числа интерфейсов приводов на базе Ethernet. Одна из причин заключается в том, что этот тип интерфейса привода является гибким и может снизить затраты за счет упрощения подключения. Основным протоколом, который Трио видит в ascendance, является EtherCAT. Первоначально разработанный компанией Beckhoff Automation, EtherCAT был принят на вооружение более чем 130 компаниями по производству приводов и продолжает расти. По словам Новака, другие протоколы на основе Ethernet, такие как EtherNet/IP Аллена Брэдли, также используются, но не превосходят их в высокоскоростном детерминированном сервоуправлении.

В частности, поскольку потребности машиностроителей и производителей в управлении движением продолжают усложняться, произошел переход к управлению на базе ПК. “Промышленные ПК и встраиваемые ПК с возможностью монтажа на DIN-рейку эффективно используют многоядерные технологии”, — сказал Рид Бейлке, специалист по промышленным ПК в Beckhoff Automation.

“Например, программы для многоосевого управления движением, ПЛК, ЧПУ, робототехники, HMI и многое другое могут запускаться на одном промышленном ПК с помощью динамических программных платформ, таких как TwinCAT 3, которые назначают отдельные задачи отдельным ядрам, равномерно распределяя нагрузку на центральный процессор”, — пояснил Бейлке. Благодаря многоядерной технологии обычно можно управлять целыми машинами и роботом с помощью одного аппаратного контроллера на базе ПК. “Целые машины и несколько машинных модулей на заводе могут совместно использовать одно аппаратное устройство в зависимости от области применения”, — сказал он.

В целом, системы управления движением на базе ПК начинают во многом походить на автономные системы. И это в какой-то степени меняет то, как они продаются и распределяются. И Aerotech, и AllMotion заявили, что независимо от того, как производитель продает, инженеры-прикладники все равно в конечном итоге помогают пользователям в выборе компонентов управления движением и часто играют значительную роль в последующем применении оборудования. Однако в Trio Motion отметили, что чем более полное управление машиной может обеспечить система motion, тем больше вероятность того, что аппаратное и программное обеспечение будут поставляться в комплекте и предлагаться в качестве решения. И этот вид упаковки подходит для продажи через дистрибуцию, а не напрямую от производителей. Это объединение также способствует разработке будущих функций. Например, по словам Эда Новака из Trio, один дистрибьютор запросил улучшенную поддержку HMI. “Итак, мы внедрили интегрированную систему HMI. Часто дистрибуция стимулирует разработку продукта таким образом, чтобы лучше удовлетворять потребности отрасли”.