Контроллеры движения стали более интегрированными и программируемыми, чем когда-либо, благодаря расширяющимся возможностям как ASIC, так и FPGA обрабатывать входы и выходы для управления движением. Некоторые электронные устройства даже позволяют конечным пользователям настраивать обратную связь для управления по замкнутому циклу. Отрасли, стимулирующие внедрение контроллеров для всех типов оборудования, — это упаковка, производство бумаги и насосов, а также медицина. Первое требует оборудования, способного обеспечить более высокую производительность и гибкость, чем когда-либо.

“Изменения в компонентах движения можно наблюдать в каждой отрасли по мере того, как мы вступаем в эпоху постоянно растущего регулирования”, — сказал Дэн Дибберн, член команды робототехников Omron Automation and Safety. “В случае упаковочной промышленности существуют строгие требования к тому, чтобы объем содержимого соответствовал тому, что указано на упаковках. Это побуждает производителей заменять старые системы новым оборудованием, которое использует точные сервоприводы вместо физических кулачков и приводов линейных валов; обеспечивает более быструю переналадку производства; и обеспечивает модульную гибкость для работы с новыми продуктами и размерами упаковки”, — добавил он.

Наличие сервоприводов, управляющих работой и перемещением машин — например, вертикальных формовочно-пломбировочных машин, — позволяет упаковщикам убедиться, что машина заполняет пакеты нужным количеством продукта перед запечатыванием и разрезанием упаковки. По словам Лауры Студвелл из Omron Automation and Safety, сервоприводы обеспечивают достаточный уровень производительности и помогают сократить количество брака и отходов.

Точно так же современные приложения для испытаний и контроля определяют тенденцию к внедрению интегрированных контроллеров, особенно в приложениях для проверки реакции материалов на напряжение и деформацию. Здесь больше сервоконтроллеров, чем когда-либо, соединяются с линейными двигателями для получения сложных профилей движения и более высоких усилий.

Одной из важных и продолжающихся тенденций в области контроллеров движения является использование сетей на базе Ethernet. Интегрированное движение Rockwell по Ethernet/IP и сетевые стандарты, основанные на протоколах Ethernet (такие как стандарт EtherCAT от Beckhoff), продолжают лидировать. Одна из причин заключается в том, что стандарты, основанные на Ethernet, позволяют производственным цехам легче координировать свои действия с другими инструментами компании, такими как системы планирования ресурсов предприятия (ERP). Стандарты, основанные на Ethernet, также позволяют инженерам интегрировать управление движением с безопасностью, технологическими процессами и дискретным управлением машиной.

Интернет вещей выводит подключение контроллера на новый уровень. Использование облачных технологий приведет к двузначному росту в течение следующих нескольких лет. Это уже меняет настройки контроллеров движения, поскольку многие из них теперь должны обеспечивать больше функций обратной связи и интернета вещей. Рассмотрим, как Omron уже предоставляет возможность сбора данных на уровне контроллеров движения и автоматизации вместо датчиков и сервоприводов для поддержки первых пользователей Интернета вещей и индустрии 4.0.

“Наш контроллер автоматизации машин серии NJ/NX обладает встроенными возможностями прямого подключения к нескольким серверам баз данных без использования промежуточного программного обеспечения или дорогостоящих сторонних SCADA-систем”, — сказал Дибберн. Эта возможность сбора данных на уровне контроллера дает инженерам точную информацию для систем Интернета вещей.

Спрос со стороны инженеров-конструкторов также стимулирует появление нового поколения компактных контроллеров движения. “По сути, мы обнаруживаем, что инженеры сегодня стремятся снизить свои затраты. Здесь интеграция многоосевого управления в единый пакет помогает снизить стоимость проектирования по каждой оси”, — сказал Дэвид Гудин, президент AllMotion.

Вот почему AllMotion недавно выпустила привод-контроллер EZServo4BLDC, который может выдавать мощность до 1600 Вт. Выходная мощность 410 Вт на двигатель означает, что плата размером с ладонь может приводить в действие и управлять четырьмя щеточными или бесщеточными серводвигателями постоянного тока одновременно.

Другие производители предлагают комбинации контроллера и привода. “Мы видим, что многие производители оборудования в машиностроительной отрасли стремятся объединить высокопроизводительные функции управления движением в распределенные компоненты сервоприводов — особенно в области автономного оборудования”, — сказал Билл Фабер, директор по маркетингу продукции IABG и развитию бизнеса в Северной и Южной Америке в Delta Products. Фабер объяснил, что это самая быстрая тенденция в развивающейся индустрии упаковочного оборудования, чтобы:

• Сократите объем работ по проектированию и программированию

• Устраните ненужную сложность и сократите количество компонентов

• Ограничьте системную интеграцию и общую площадь управления

• Устраните задержки и повысьте производительность

• Параметризуйте обычное, но сложное управление движением.

“Во многих случаях мы видели, что можно отказаться от контроллеров движения верхнего уровня и ПЛК, потому что сервопривод — когда он имеет встроенные возможности управления движением — может выполнять все необходимые функции eCAM / eGEAR, регистрацию, динамический сдвиг фазы, пересчет таблиц сплайн-интерполяции, синхронизацию выходов PLS и даже электронныепрекратите процедуры восстановления”, — добавил Фабер.

В сочетании с тенденцией к созданию более интеллектуальных машин использование таких приводов обусловлено нехваткой инженерного персонала и необходимостью снижения общих затрат на оборудование.

Есть некоторые предостережения. “Некоторые дизайнеры не заботятся о тесно интегрированных опциях привода и контроллера, потому что они используют только одну или две оси. В этом случае они просто использовали бы традиционную установку, такую как одна или две одноосные платы AllMotion, а затем подключили бы их к daisychain”, — сказал Гудин. Но на недавней выставке MD&M West 2016 компания AllMotion представила четырехосевые установки, работающие с шаговыми двигателями от плат EZServo. Станки продемонстрировали ценность (и даже необходимость) тесно интегрированных осей.

По словам Гудина, на другой недавней выставке—конференции Общества автоматизации лабораторий и скрининга (SLAS), также известной как Lab Automation show, — многие инженеры-проектировщики заявили, что пространство для стендов очень важно. “Настройки уже ограничены в том, что они могут включать. Другие производители предлагают устройства с приводом-контроллером размером с компьютерную мышь для управления одним двигателем, но четыре или пять таких устройств не поместятся в обычный лабораторный прибор.”

Гудин привел в пример крошечную машину для обработки образцов жидкости AllMotion, показанную в MD&M. В этом случае одна из четырехосевых плат управления приводом компании (плоская и плотно интегрированная) управляет всеми осями. «Это типичная тенденция — использовать компактные элементы управления с большей удельной мощностью для приведения в действие двигателей с большей полезной нагрузкой на более высоких скоростях», — добавил Гудин.

Такие крошечные машины, как настольный процессор для обработки образцов, также обычно являются автономными. EZServo4BLDC поддерживает такие настройки благодаря встроенной памяти. Пользователь может ввести на нем программу, и затем машина может начать выполнение своих действий после ввода триггеров.

По словам Дибберна, система управления движением продолжает развиваться в трех направлениях: пропускная способность системы, системные возможности и простота использования. Более высокие коэффициенты инерции и увеличенная пропускная способность сервопривода приводят к увеличению времени отклика системы. Это относится не только к самому контуру сервоуправления, но и к сетям между контроллером и сервоприводом.

“У одного из наших клиентов есть многоосевое приложение, которое должно реагировать на внешнее событие менее чем за одну миллисекунду”, — сказал Дибберн. “Десять лет назад цифровые сети были быстрыми, если они работали в диапазоне 4 мс. Теперь мы используем сервопривод Omron G5, сконфигурированный с частотой обновления 250 мксек.”

Платформы управления движением десятилетней давности также не могли выполнять сложную кинематику, подобную современным контроллерам машинной автоматизации. “Еще более важным, чем их доступность на наших контроллерах, является простота, с которой пользователь может использовать эти возможности”, — сказал Дибберн. Внедрив языки программирования IEC-61131 и функциональные блоки PLCopen, Omron и другие производители значительно расширили круг пользователей, которые могут использовать функции motion. “В программном обеспечении Sysmac Studio элементы основаны на тегах для решения множества деталей, таких как назначение правильных типов данных для входных данных функционального блока”, — добавил он. ”Таким образом, пользователь может сосредоточиться на своем приложении больше, чем на деталях программирования».

Кроме того, поскольку многие конечные пользователи в течение ряда лет сокращали свой инженерный персонал, потребность в бригадах технического обслуживания для программирования высокопроизводительных движений становится все более распространенной. Десять лет назад для создания системы управления движением потребовалось бы несколько различных компонентов программного обеспечения и специализированных функциональных контроллеров (от различных поставщиков). По словам Дибберна, сегодня полностью интегрированное моделирование с обширными точками тестирования сокращает время отладки и ввода в эксплуатацию, что приводит к быстрой доставке оборудования.

Поскольку контроллеры движения в контексте автоматизации связаны с общими тенденциями в сфере труда, производители подчеркивают их преимущества.

“Delta считает автоматизацию ключевым достижением в области общей производительности, устойчивости и образа жизни, необходимым в условиях постоянно растущей глобальной экономики”, — сказал Фабер. По его мнению, автоматизация приносит наибольшие преимущества операциям, требующим точных или повторяющихся операций, или там, где часто происходит смена работы из-за усталости или отсутствия интереса. Другие высказывают аналогичные соображения.

“Вместо того чтобы нуждаться в ком-то для выполнения повторяющихся сборочных работ, которые приводят к долговременному физическому износу, а также к угрозам безопасности, американцы создают, обслуживают и ремонтируют высокотехнологичное автоматизированное оборудование”, — сказал Дибберн.

Кроме того, некоторые операции считаются запатентованными, поскольку именно это делает производителя конкурентоспособным в своей отрасли. “Здесь частая смена работы приводит к риску передачи запатентованных знаний конкурентам”, — добавил Фабер. “Во многих случаях это невидимые преимущества автоматизации, которые, в свою очередь, становятся проблемой для коммуникации”.

По словам Дибберна, преимущества для общества определяют технологии, разрабатываемые Omron, и продукты, которые их включают. “Без автоматизации производство многих товаров, производимых в настоящее время в Северной Америке, было бы недоступно, поэтому без автоматизации связанных с этим рабочих мест не существовало бы”, — добавил он. Автоматизация не только позволяет производить продукцию внутри страны, но и создает более высокооплачиваемые рабочие места.