伺服产品本身就是一种为设备的运动提供控制的动力装置,所以我们需要从动力和控制两个方面来看它是如何集成到一个设备中的。
首先,从动力的角度来说,伺服系统需要使用来自设备系统的动力。我们目前的伺服驱动主要有两种方式接入设备的电源系统:一种是每个伺服驱动都有自己的交流电源接入端口,可以直接使用设备的交流电源。这类产品通常称为单独立驱动;另一种是伺服系统先用一个整流单元将设备系统的交流电源转换成DC电源,然后通过一条或多条普通的DC总线将电源传输到每个伺服轴的逆变驱动单元。
看控制的维度。为了根据设备工艺要求驱动负载的运动,伺服产品在工作时需要接收设备控制系统的运动指令。主要有两种形式:一种是以脉冲串或模拟量等电信号为媒介的早期经典传输方式;另一种是基于数据总线的流行通信方式。相应地,这两种模式对应的伺服驱动产品分别是脉冲/模拟型和总线型。由于通信总线技术可以帮助简化运动控制系统的电路连接,随着生产设备自动化程度的不断提高,近年来人们普遍愿意使用这种总线伺服产品。
所以从动力和控制两个维度,基本上可以把伺服产品的定位分为四个象限。考虑到市场上基本看不到左上象限DC总线型和脉冲/模拟接口的产品,伺服产品的定位大致可以分为三类。
但坦率地说,在目前的工业市场上,这种分类其实是相当粗糙的,因为经过过去十年的发展,目前的伺服产品市场已经非常详细了。
或者从动力和控制一体化两个维度。
在功率方面,虽然上述两种接入交流电源的方式依然存在,但两者之间已经出现了一些混合伺服产品。这些产品也是独立的,但它们不仅可以连接交流电源输入,还可以使用普通DC总线的电源架构。
例如,西门子两年前推出的SINAMICS S210和博世力士乐发布的AM Drive就属于这种类型。
一种是基于实时总线技术的(运动)同步综合伺服产品(如以太网、以太网电力线、IRT ProfiNET…)等。),可以与具有相应总线接口的控制器结合,完成一些实时同步运动控制操作,如电子齿轮、电子凸轮、平面和空间插值,甚至机器人控制等。
还有一种也是采用总线技术,但是通信接口是没有时钟同步的非实时协议,比如Modbus、DeviceNet、ProfiBus或者EtherNet/IP(无CIP同步)。这类产品通常可以帮助解决一些基本的运动控制功能,如位置、速度和扭矩控制...,但不能实现电子齿轮、电子凸轮、平面和空间插补等高动态实时同步运动功能。我们可以称这类产品为非同步集成伺服。
经过这两个层次的细化,我们现在可以用这个九宫格对市场上的伺服产品进行分类了。
考虑到左上角字母表示的四个区域的产品在市场上比较少见,我们基本上可以把伺服产品分为五个等级。
从近20年伺服驱动技术的发展来看,欧美的伺服产品曾经处于5级水平;
以日本产品为代表的传统子系统伺服产品集中在两个层面:1、2;
我们可以看到欧美产品已经开始推出一些4甚至3的产品;
一些亚洲品牌,比如日本品牌、国产品牌,也是依靠EtherCAT等开放实时以太网技术,推出了很多三级产品。可以说,目前市场上有很多三级的伺服产品系列,这类产品不同品牌之间的竞争异常激烈。从这个意义上说,工业伺服运动控制技术实际上已经进入了一个集成化时代。
但现阶段所谓的“一体化”,对于不同品牌的伺服产品是不一样的。具体来说,同步集成层面的产品也可以细分为“仅运动集成”和“完全集成”两个层次。
“仅运动集成”,顾名思义,就是伺服驱动只在运动控制的指令数据上集成到自动控制系统中,但总体来说,其传输数据还是局限在自身本体层面。用户可以访问控制程序和自动化组件的数据,如输入/输出、传感器等。在系统中借助通信网络,但仍需要访问传输参数(如PID整定等。)通过专用调试端口或驱动器上的操作面板。一般来说,通过开放式通信总线连接到第三方控制平台的伺服驱动产品(如上图中的MINAS A6BE/F)大多属于“仅运动集成”类型。
所谓“全集成”,就是伺服驱动产品和自动控制系统之间高度集成,它们的数据有机地集成在一个平台上。用户基本上可以通过网络中的任何端口访问系统中几乎所有的数据,包括控制器程序、I/O、传感器和每个伺服驱动器中的传输参数。许多自动化系统品牌拥有的伺服产品都具有这种“完全集成”的特性。
从目前的观察来看,对于伺服产品是“完全集成”还是“仅运动集成”,很多用户在应用体验上似乎并没有太大的差别。究其原因,很大程度上与他们目前更侧重于单机设备的控制功能有关。视觉上,随着用户逐渐将视野从纯运动控制功能的实现转移到整机甚至全厂的应用性能和综合效率的提高,跨设备数据链的开放和跨系统互操作性等。,全集成伺服产品应逐步推广。