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运动控制与工业生产运动控制与工业生产动力传动设备无论是液压的.气动的还是机械的,它都是运动与控制的载体或执行者,它们构成了运动控制系统中的一点.实际上广义的运动控制应该包括无数个相互联系的这样的点这些点所构成的线就是我们所说的生产线.只有当这条”生命线”具有良好的运动与控制的能力的时候它的生产力才能达到最理想的状态.王雄先生:费斯托(中国)有限公司副总经理.控制是手段目的是运动只要满足运动.越经济.越可靠.越简便的控制便是今后控制的发展方向这为今后气动技术的发展开辟更加清晰的理念._22钛蒂J连200417控制是手段目的是运动MM:首先,请您谈谈在工业领域主要都包含哪些运动与控制,以及您对运动与控制的理解.王雄耀先生:当提到工业领域中”运动与控制”这个题目时,我便想起Festo一句着名的广告语:”FirstinMotion”,指的是在自动化运动领域中,Festo是第一的.我认为”第一”一词在此更多是要表达Festo从气动技术刚开始时就认识到控制与运动是密不可分的这一思想.如果从把气动技术(包括气动元件)归于“控制与运动”概念的角度来考虑,整个气动技术的控制流程便是气源,信号输入,信号处理及命令(运动的执行)四大部分.气动技术发展至今,一个显着的特点是:从控制技术的集成来看,它已与计算机,电子,通信,传感,机械等相关控制技术紧密融合在一起;从运动的功能集成来看,这类产品也越来越多如:一个具有Asi总线接口的带阀气缸,它是由一个气缸(运动用),一个二位五通电磁阀(控制用),二个单向节流阀(控制用),二个气缸接近开关(控制用)和一个带Asi总线的多针接口(控制用)组成的.另外,许多气动公司也都已抛弃”一切从气动控制为出发点”的传统观点.以伺服定位技术为例,传统做法是首先考虑用气动伺服控制手段来实现流水线的自动定位要求,而现在许多气动公司已把电的伺服电机和步进马达作为气动产品样本进行销售.”控制是手段,目的是运动”,只要满足运动,越经济,越可靠,越简便的控制便是今后控制的发展方向.这为今后气动技术的发展开辟更加清晰的理念.李卫平先生:在工业领域,尤其是制造领域中,运动和控制可以说是无所不在.没有运动的工厂就是静止不动的工厂,没有控制的工厂就是原始的工厂(即作坊).运动的种类千差万别,千变万化,但也可以分类,例如按运动的自由度可分为单轴运动和多轴运动,按各方向的运动是否需要协调可分为独立运动和插补运动(如直线运动和圆弧运动),按速度是否变化可分为匀速运动和变速运动,按速度大小可分为高速运动和低速运动等.控制也是千变万化,最常用的分类包括液压,气动和电动,数字与模拟,中央和分散等.在现代制造乃至现代社会中,运动的速度越来越快,精度越来越高,电动控制越来越普及,数字控制,分散控制,智能控制等技术越来越被工业界所接受.傅江治先生:运动控制是个系统概念,总体包括计算机控制,现场总线通信和电气传动,机械传动三大部分.它主要关注系统的实时控制特性,具体包括同步传动,准确定位,高动态速度和转矩特性等.具体的系统着眼点不同,但评价任何一个系统特性时要关注系统的最终特性,不能简单的就某一部分的特性代表系统特性.上位控制器和驱动器之间的通信速率,驱动器的驱动能力和数学模型的准确性,传感器的精度和反馈速度,机械系统的惯量等都会影响到系统性能.蒋仕龙博士:运动控制是从早期的伺服控制发展起来的,简单地说,运动控制就是对机械运动部件的位置,速度等进行实时的控制管理,使其按照预期的运动轨迹和规定的运动参数进行运动.根据运动控制的特点和应用领域的不同,可以将运动控制分成以下几种形式:点位运动控制:这种运动的特点是仅对终点位置有要求,与运动的中间过程即运动轨迹无关.相应的运动控制器要求具有快速的定位速度,在运动的加速段和减速段,采用不同的加减速控制策略.连续轨迹运动控制:又称为轮廓控制,主要应用在传统的数控系统,切割系统的运动轮廓控制.相应的运动控制器要解决的问题是如何使系统在高速运动的情况下,既要保证系统加工的轮廓精度,还要保证刀具沿轮廓运动时的切向速度的恒定.同步运动控制:是指多个轴之间的运动协调控制,可以是多个轴在运动全程中进行同步,也可以是在运动过程中的局部有速度同步,主要应用在需要有电子齿轮箱和电子凸轮功能的系统控制中.集中优势扩大应用MM:请谈谈贵公司所处的产品和技术领域,它所发挥的运动与控制的作用.王雄耀先生:Festo公司所有产品和技术的发展都围绕控制技术的五边形模式而展开的,即传感一网络一处理一执行一软件.因此与其他气动公司不同的是,Festo公司早期的产品供应范围便包括了传感器(气传感器,电感式,光电式,光纤式传感器等),软件(PLC,工控机及产品的应用计算软件).这是公司很早便对气动技术”控制与运动”本质认识得出的结果.昊建明先生:作为最基本的传动形式:电气,机械,液压,气动传动有着各自的优缺点和一定的应用领域.随着现代科技的发展,这些基本的传动控制形式也都经历着发展和变革.HOERBIGER公司致力于把新材料新工艺引入到这些传动控制的元器件中.例如公司开发的压电阀,其核心为一块压电材料,利用压电效应实现阀的切换,具有3气动换向阀的功能.这种阀的切换功率仅为1mw,切换周期仅为2ms.这些性能特点使其非常适用于本安防爆的现场总线中.李卫平先生:深圳市雷赛科技是一家专业从事精密运动控制技术研发,销售和服务的高新技术企业,这一技术领域被制造业的同行们俗称为步进伺服,我们的系列运动控制产品包括高性能步进驱动,经济型伺服驱动,运动控制卡,运动控制芯片,步进电机和伺服电机等,主要用于各行各业自动化设备的位置控制.使用我们的高性价比产品后,机器设备可以运转得更准,更快,更平稳,更有竞争力,因此我们的产品已被国内外数千家知名企业和科研院所广泛采用.傅江治先生:德国科比的产品主要定位于,在具有伺服特性技术的领域提供机电传动链上的伺服驱动器,伺服电机,减速箱电机,制动器离合器等.科比不提供上位控制器,但科比在伺服驱动器中集成了同步控制,定为控制,转矩控制,电子齿轮,电子凸轮,套准等伺服驱动所需的所有功能.利用驱动器之间的主从同步控制可以实现多套伺服系统的同步控制,充分发挥本地控制的特点,因为在控制的快速性上总线控制是难以达到的.科比驱动器可以实现一台驱动器驱动同步电机,也驱动异步电机.科比提倡在低动态性能的伺服领域,用异步伺服取代同步伺服.利用科比的电子齿轮功能,可以在某些场合取代机械齿轮和机械凸轮,大大节省系统集成成本和维护成本,并提高系统的可靠性.蒋仕龙博士:一个典型的运动控制系统主要由运动部件,传动机构,执行机构,驱动器和运动控制器构成,整个系统的运动指令有运动控制器给出,因此运动控制器是整个运动控制系统的灵魂.固高科技(深圳)有限公司是从事具有自主知识产权的运动控制器研发,生产和销售的专业公司.固高科技公司生产的具有开放式结构的通用运动控制器产品采用DSP为核心,结合FPGA现场逻辑可编程器件的灵活性完成运动控制的硬件架构.运动控制过程中,由DSP实现运动规划,多轴插补,伺服控制滤波等数据运算和实时控制管理.FPGA逻辑可编程器件和其他相关器件组成伺服控制和位置反馈硬件接口.为了满足市场需求,使运动控制器具有真正面向对象的开放式控制结构和系统重构能力,固高科技公司还可以根据用户的需求进行特殊的产品定制,用户可以将自己设计的控制算法加载到运动控制器的内存中,而无需改变控制系统的结构设计就可以就是原始的Ir(即作坊).24连200417融合现代技术促进高速发展MM:现代科学技术包括数字,电子,IT,总线及以太网等先进技术对运动控制技术的发展带来哪些深远的影响?王雄耀先生:计算机技术的进一步发展引发运动控制器以插卡形式嵌入PC机,即”PC+运微型芯片价格的持续下降.市场上微型芯片技术动控制器”的模式.这样将PC机的信息处理能在分散装置和一些传感器上得到应用.目前,专力和开放式的特点与运动控制器的运动轨迹控家们正全力以赴希望在工业中实现以太网IP数制能力有机地结合在一起,具有信息处理能力据100%的安全传输.如果以太网完成TCD/IP协强,开放程度高,运动轨迹控制准确,通用性好议的优化,可用于机器和系统中.从数据处理的的特点.这类运动控制器充分利用了DSP的高速角度来讲,车间就可以相当容易地与自动化办公数据处理功能和FPGA的超强逻辑处理能力,便室相连.借助于互联网这条数据高速公路,凭借于设计出功能完善,性能优越的运动控制器.这以太网每秒可达l0G的高传输率使得以太网技类运动控制器通常都能提供板上的多轴协调运术最终将成为整个工业自动化领域信息传递的动控制与复杂的运动轨迹规划,实时的插补运载体,可实现对千里之外设备的远程维护.算,误差补偿,伺服滤波算法,能够实现闭环控李卫平先生:现代科技对运动控制技术尤制.由于采用FPGA技术来进行硬件设计,方便其是电动机相关的驱动和控制技术带来了深远运动控制器供应商根据客户的特殊工艺要求和的影响,一方面是大规模地提高了运动控制系技术要求进行个性化的定制,形成独特的产品.统的功能,可靠性和智能性,另一方面则大幅由于SOM(systemonmodule)和SOC度降低了运动控制产品的价格和体积,因此运(systemonchip)的发展,嵌入式Pc运动控制动控制技术在近年中获得了迅猛发展和越来越器获得了良好的发展.嵌入式运动控制器产品广泛的应用.可以很方便地将在Pc上开发的应用系统,不加傅江治先生:信息技术对产业的影响无处任何改动就可以很方便地移植过来.由于嵌入不在,运动控制更是如此,在运动控制中,上位式PC的运动控制平台具有标准PC的接口功控制器处于技术的引导地位,驱动器总是采用能,用户不需要再购买工业Pc就能很方便地组兼容性跟进的方式.比如现场总线通信技术.成他们自己的系统.这种嵌入式运动控制器既蒋仕龙博士:随着集成电路技术,微电子技提高了整个系统的可靠性,有时系统更加简洁术,计算机技术和网络技术的不断发展,运动控和高度集成化.制器已经从以单片机或微处理器作为核心的运随着工业现场网络总线技术的发展,基于动控制器和以专用芯片(ASIC)作为核心处理器网络的运动控制器获得了极大的发展,并已经的运动控制器,发展到了基于Pc总线的以DSP开始应用于多轴同步控制中.越来越多的传统和FPGA作为核心处理器的开放式运动控制器.的以机械轴同步的系统开始采用网络运动控制这类开放式运动控制器以DSP芯片作为运动控器控制的电机轴控制,这样可以减少系统的维制器的核心处理器,以Pc机作为信息处理平台,护和增加系统的柔性.集大成者即成功者MM:运动控制的集成是生产技术的重要发展趋势,这其中包括技术的集成,系统的集成以及功能的集成.请您谈谈运动控制集成技术的发展情况.王雄耀先生:对今后气动元件发展做一个有智能特征的轴,它把控制阀,控制电路和各预测的话,将会有更低功耗的电磁阀问世,以种传感器集成一体.适应Asi总线的控制,以”即插即用”产品为吴建明先生:各种功能或技术的集成是发代表的模块化气动抓取系统装置将越来越多.展趋势,例如把机械,电气和液压技术产品进气缸将不仅仅是纯执行元件,将会成为具行有效组合.HOERBIGER公司的微控液压动力单元就是这样的一种产品.它把电机,液压泵,油箱及液压阀组合在一起,共同形成一个非常紧凑的动力源.虽然其体积极小,但却可以输出巨大的动力,实现所需要运动和控制.它可以应用到机床或生产线的夹紧系统,制动系统和举升系统等多种场合.再如,高度集成的动力模块,它把高压内啮合齿轮泵,高压滤油器,比例溢流阀等相关液压元件都集成在了一个连接法兰上,而此连接法兰可以和电机法兰直接联结,再配上一个油箱,这样就很方便地组成了一个液压动力站.目前,这种组合方式已广泛应用到数控折弯机上.李卫平先生:运动控制产品往往是一些模块或”零件”,如要发挥作用,需要集成起来,也就是形成运动控制系统.我觉得运动控制集成技术主要包括两大要素,一是硬件平台的搭建(即选择控制器,驱动器,电机,传感器等的组合),二是针对具体应用编写应用控制软件.在硬件平台方面,PLC的应用虽然较广,但PC平台由于其无可比拟的数据通信,数据处理,图形显示功能和强大的编程工具而获得越来越多的应用.基于单片机的运动控制系统则由于其低成本而在某些动作简单批量较大的场合获得欢迎.在应用软件方面,由于各行各业的运动动作和加工工艺千差万别,客观上很难有跨行业的通用软件.在具体行业中出现了一些专业的系统集成公司,承接该行业的集成项目或编写该行业的半标准软件.傅江治先生:集成技术使得系统技术更复杂,但集成系统具有更简洁,更可靠,更经济,功能更强大的优点.从集成化的角度,我认为在技术上存在四大争夺:上位控制器和伺服驱动器之间的争夺.作为上位控制器制造商,尽量将运动控制的各种模块集成于其中,在他们看来,伺服驱动器不参与系统功能,只起伺服放大器的功能.但这样的系统必须要求通信速度足够快.由于一些中小型伺服驱动器生产厂家,自己不生产上位控制器.于是将运动控制的模块尽量集成在驱动器中,这样的系统中单个驱动器的价值较大,但对上位控制器和现场通信的要求很低,甚至在中小型系统中可以省略上位控制器和现场总线,系统价值并不很大,控制的快速性也能得到保证.机械和电气的争夺,即当前运动系统大力研发电子齿轮和电子凸轮技术,与原有的机械系统在市场上形成较大的争夺.同步和异步的争夺,即在动态性能要求不高的场合可以用异步电机伺服驱动系统取代同步电机伺服驱动系统.交流和直流的争夺.由于交流电机控制技术的成熟,大量原先用直流电机才能完成的领域,用交流电机就可以完成.蒋仕龙博士:运动控制技术是一种高度集成化的技术,不但包含通用的多轴速度,位置控制技术,而且与应用系统的工艺条件和技术要求紧密相关.根据固高科技公司多年的市场经验,越来越多的OEM厂商希望将他们自己丰富的行业应用经验集成到运动控制中去,针对不同的应用场合和控制对象,个性化设计的运动控制器具有极好的市场前景.固高科技公司已经定制了针对雕刻机,激光加工机械和PCB钻铣床等行业的钻用运动控制器.由于我国的特殊市场需求,一些其他的专用运动控制系统也会越来越多.例如图象伺服控制的专用运动控制器,力伺服的专用运动控制器等.直面差距缩小差距MM:最后,能否简述一下国内外运动控制技术的发展和应用的进程,中国与国外在运动控制产品和技术的供应和生产能力,以及应用上存在哪些差距?又如何缩短这些差距呢?王雄耀先生:中国运动控制技术的发展和应用与国外先进国家之间存在着较大的差距,主要反映在元器件的性能上.采用新技术,新工艺,新材料将是努力缩小差距的一个有效方法.如纳米技术的应用,纳米镀层可大大提高材料的表面质量,硬度,还可大大减小材料之间的摩擦系数和磨损(包括活塞杆和密封件,阀芯和密封圈之间的摩擦系数).因此对气动产品的质量有一种几乎是数量级式的提高,期望阀的寿命趋向”无穷大”,也期望能消除和最大限度改善气动伺服系统中的爬行现象,并提高气动伺服定位控制的精度.同样,纳米镀层及纳米FORUM囝日傅江治先驱动器产品的应用将人人有助于提高气动驱动器的使用寿命.由于用纳米镀层可解决不耐磨的缺陷,因此町用纳米镀层的塑料代替铝制材料,以大大节省金属加工时间.还有一个是关于计算机芯片技术的发展.随着纳米技术的引进,计算机芯片的微型化,一旦大量生产及成本大幅度下降后,许多分散装置,传感器内部都内置了智能芯片,这样每个现场设备都能直接与互联网络连接,其状态在任何时间,任何地点都可以随时查询,远程控制,诊断和维护由此具有了实质性的含义.李卫平先生:在西方,运动控制(也即位置或速度的自动控制)从20世纪40年代的高射炮控制和MITNC控制技术算起已经连续发展了约50年左右,运动控制技术已经发展到无所不在的程度.在西方的工厂里已经很少有批量的手工操作(如有也已经或快要搬到中国),制造业的工作主要由带运动控制功能的自动化机器完成.但西方的运动控制行业仍在不断发展,主要是由于lT技术的发展,导致产品的技术升级尤其是智能化提高.在中国,运动控制技术的发展主要是近十年的事,用普及还在初始阶段,技术水平大约落后西方20年左右,而应用普及性相当于西方40年前的水平.由于经济发展水平的原因,中国市场现在强调的主要是性价比和稳定性,而西方本行业的竞争已是智能化和数据通信功能方面.很明显,中西方差距很大.但由于市场需求越来越苛刻,而竞争越来越激烈,这些差距将会自然缩小.傅江治先生:从应用角度和发展趋势来看,运动控制领域存在两大趋势:伺服驱动大型化.原先几年伺服驱动集中在l2kW的情况已基本改变,10kW,30kW的伺服已不再冷门.伺服驱动普及化.由于伺服技术的价格下降和制造业工艺要求的提高,原来为用伺服驱动的场合也开始大量用伺服驱动,比如机床主轴驱动.蒋仕龙博士:运动控制作为自动化技术的一个重要分支,在20世纪90年代,国际上发达国家,例如美国已经进入快速发展的阶段.由于有强劲市场需求的推动,运动控制技术发展迅速,应用广泛.近年来,随着运动控制技术的不断进步和完善,运动控制器作为一个独立的工业自动化控制类产品,已经被越来越多的产业领域接受,并且它已经达到一个引人瞩目的市场规模.目前,运动控制器从结构上主要分为三大类:基于计算机标准总线的运动控制器,它是把具有开放体系结构,独立于计算