论伺服和PLC集成系统的发展

2019-05-28 11:25

伺服与PLC的集成现状

(施耐德电气工业自动化运动控制部技术经理)李幼涵先生:伺服和PLC的集成是基于PLC在伺服中做好电流环速度环,在PLC中加入位置控制模板,两种技术的集成可分为三个阶段。

第一阶段,加入板卡,仅包括模拟量控制或脉冲控制,称之为单轴的方案,与板卡的区别是其为PLC编程语言,用户用PLC编程语言编辑伺服传动的实现过程。大型生产厂商,如施耐德、西门子、欧姆龙及三菱都有这种产品。

第二阶段,将原来单独的PC机及控制器等总线方式集成到PLC,此时的PLC不用位置板卡,只需一个总线进行控制。例如CANopen,这种总线技术基于PLC,可控制很多轴,使用一条电缆即可以向多轴的伺服系统发出指令完成工艺过程。

第三阶段,由于产业全球化,便出现了新的集成方案,为SOFT PLC和SOFT MOTION,我们将其做成了专用控制器,软件平台是公共的,符合IEC61131-3国际标准的编程语言,在硬件上可通过通用总线接若干伺服、远程I/O、变频器及一些带有总线标准的设备,这样真正将伺服技术与PLC集成在一起,用公用编程平台制作,施耐德已经将此产品投放市场并正在向这个方面的纵深发展。
(中达电通股份有限公司伺服数控产品处经理)李文建先生:伺服技术在运动控制大的概念中,占据相当重要的地位,伺服是忠实地执行上位控制指令的功能部件,如何做到忠实上位命令,是伺服技术追求的重要指标。使用中小型PLC集成可实现复杂的逻辑控制,整个设备的稳定性会大幅提高。其次,整个设备需要有安全性保障,例如冲压设备,与人身安全有关,对于整体设备要考虑提高其安全性。第三,生产关注效率,整个生产线效率提高,产量自然变大,由于市场竞争激烈,只有提高效率企业才能生存。第四,简化机械结构,降低综合成本。如今PLC与伺服组合越来越多,目前国内发展很快,整体都在进步。
(凌华科技(中国)有限公司量测与自动化产品事业处资深产品经理)丁辰龙先生:一般伺服电机会采用位置控制和速度控制两种模式,对于位置控制则一般采用脉冲控制,对于速度控制则一般采用电压控制。近年来在位置控制方面有了一种新的实现方式,即采用指令式的控制方式。这种控制方式往往采用分布式架构。另外还有些伺服电机可以借助目前通用的控制总线例如MotionBus,DeviceNet等与控制器(例如PC或者PLC)直接相连,这些控制器可以通过指令直接控制伺服电机,各个伺服电机采用级联方式,以减少配线和增大通信距离。

PLC在经历这些年的发展后,通信总线协议空前广泛,对于处理的实时性和传输的高效性的要求越来越高,因此逐渐开始向PAC过渡,即在大家熟悉的操作系统(例如Windows,Linux)上构架原有的PLC控制,同时保证原有的安全性与可靠性。这样采用了PC的强劲处理器、熟悉的HMI界面和PLC的稳定与简单控制。甚至在这种方式下,伺服控制器也被集成在控制器里面了,也就是原来的伺服驱动器被省略了。
伺服和PLC集成的意义

丁辰龙先生:两种技术融合最主要的意义是控制的实时性和稳定性被大大提高了,控制成本也降低了。因此用户可以在系统的接口上得到简化,也可以让控制器更多深入研究行业应用,以提高运动控制在各个领域的精度和速度。同时也存在缺点,控制器被推到了电机前端,信号抗干扰和电磁屏蔽就会变得重要,另外和伺服的接口有很多种类,例如SSCNET,Motionnet等,因此客户还需要针对不同的控制总线进行学习。
李幼涵先生:伺服技术与PLC集成的好处是,将所有元器件放在一个控制柜里。此类发展对机器制造类行业更有优势,将控制柜缩小,安装会更方便,所有信息可通过总线读取,即结构简化,省去很多物理设备。
其次,设计简化,不再需要使用多家编程语言操作。集成的发展使软件企业编制出通用的模块,直接调用功能块即可,将所有的标准典型技术做成功能块,用户只需调用功能块,可以使设计周期缩短。最后,间接成本降低,对用户是有益的。

赵铁男先生:随着伺服电机价格降低,逐渐用伺服结合PLC或专用运动控制器来取代变频已经是目前的发展趋势。伺服技术和PLC技术集成的意义在于提高机器的高科技含量,使速度和精度都有大幅度提高。对于用户的最大好处就是提高竞争力及机器运行效率,不好的地方就是成本有所增加。
  

集成的实现方式

(英国翠欧运动技术公司上海代表处首席代表)赵铁男先生:目前实现伺服技术和PLC集成的方法主要有三种:第一,PLC(运动控制器)发脉冲给伺服驱动器对执行机构进行简单控制;第二,PLC发模拟量给伺服驱动器并从伺服驱动器获得位置反馈信号对执行机构进行闭环控制;第三,PLC通过现场总线对伺服驱动器带动的执行机构实现多轴复杂运动控制。

丁辰龙先生:实现伺服技术和PLC集成的方式主要分为两种:通过通用或者专用的控制总线控制伺服驱动器(当然这里面不乏通过网络或者光纤接口连接的);或者通过自身的集成模块直接控制伺服电机(省略了伺服驱动器)。

李文建先生:实现运动控制中的伺服与PLC集成的方式很多,每一家都不同。目前来讲,PLC会向通用化发展,也会推向平台化,指令集已较为相似。自动化的部分控制在做二次研发,渐渐走向通用化,多控制采用标准也是一种方向。运动控制领域很复杂,市场需求愈来愈多,对PLC的技术要求也越来越高,PLC 整合运动控制也是一个重要的发展方向,例如 台达推出的20PM运动控制产品,主要是针对此类市场需求。我个人认为,伺服和PLC的集成方式没有主流与非主流之分,主要看行业需求,不同的行业,不同的控制对象对于PLC与伺服运动控制的集成方式需求也不同,能保留各行业的特色才是正确的选择。

李幼涵先生:伺服和PLC的集成形式可以是伺服内嵌PLC,也可以是PLC内嵌伺服,两种概念皆有,两种产品皆有。放眼当今市场,更多的产品是将伺服嵌入PLC中。PLC即为控制器,其源于编程的应用。而如今也有伺服需要编程序的,我们也有此项产品。

(上海会通自动化科技发展有限公司总经理)朱建宏先生:在工业控制领域,国外的运动控制主要是定位和高速响应,并结合应用于流程控制和逻辑控制。2008年的发展趋势就是通过网络结合,实现上下游的连接。大公司比如西门子已经搭建好网路平台。

实际上对任何机器来说,不可能仅仅实现逻辑控制就能完成高精控制,运动控制肯定要与其结合起来。国内的北京和利时公司也在搭建这个平台。要搭建这样的平台首先要有PLC,要开发变频器和伺服马达。其次要有网络,才能保证管理层的通信。网络层面遇到很多阻碍,因为我们国内有个概念,就是不需要网络,认为中国人多,每个人操作一台机床即可。但是国内的制造业肯定向前发展,增加网络发展是必然趋势。

技术集成遇到的困难

赵铁男先生:客户希望得到整体的解决方案,没有PLC,传统伺服只能实现简单的位置控制,对于复杂的多轴运动控制系统,PLC是不可缺少的。但伺服技术和PLC的集成也受到阻碍,传统伺服没有集成现场总线在伺服驱动器内,而高端PLC都是通过现场总线方式,例如ETHERCAT,SERCOS等来对伺服驱动实现控制的。

丁辰龙先生:基于自动化产业发展的要求,以及PC,DSP,ARM等芯片技术的发展,伺服技术和PLC的集成成为一种趋势。而阻碍两种技术集成的因素最主要是目前的总线规范太多,没有统一的标准,形成不了发展合力,各自发展,不利于资源的投放。

李幼涵先生:目前在技术使用和推广方面, 并不是所有工程师都了解伺服与PLC集成的技术,在书本与指导说明上对此的著述也很少,用户很难查询。如今采用点对点支持,只有用户使用过此产品才会接触该技术。所以说在技术使用和推广上遭遇瓶颈,工程师更多了解的是脉冲模拟量控制的内容。

朱建宏先生:要建立网络平台涉及到两个方面,一个是资金方面,还有一个技术方面。愿意或已经搭建这个平台的都是大公司,像Beckoff、丹纳赫、艾默生等。只有大公司才有资金实力,生产制造网络平台需要的产品,或者购买平台所需的产品。

技术层面的门槛很多,例如很多知名的大公司,他们有很多没有公开的东西,只有使用其产品的用户才能享用其技术,即便如此,也很昂贵,比如西门子公司的网络平台。

自动化技术集成的趋势

李幼涵先生:未来的自动化在技术集成方面会注重以太网发展,所有的自动控制都会向工业以太网发展,各家厂商的产品可利用公用平台通过以太网交互。工控及无线也会成为发展趋势,施耐德最初提出透明就序,即建立于以太网上,可在任何地点对生产情况与状态进行监控,只需插上以太网输入密码便可直接查询,更加简单快捷。以太网还将渗透到底层的各个元器件,上下层都要建立连接,如今伺服已有使用以太网进行控制的产品。

赵铁男先生:在欧美通过总线方式控制伺服驱动器是发展趋势,因为这可提高连接的可靠性避免传统接线方式可能引起的噪声问题。标准化已经是大家的共识,保守的、不向客户公开的总线是没有前途的。
现在专业运动控制厂商已经开发出了高速(400兆CPU)、高精度(64位精度)的基于现场总线或传统脉冲,模拟量等方式结合的通用运动控制器。例如单CPU可以实现1ms的采样周期对64个伺服驱动器实现闭环控制并实现复杂的插补,实现同步,电子凸轮和高速色标跟踪等功能。因此随着伺服与现场总线技术的结合,具备这类功能的运动控制器(不限于PLC)与伺服技术的结合,是将来的发展趋势。

李文建先生:如今的伺服走向是要将运动控制嵌入至伺服里面。伺服驱动单元功能强大,发展迅猛,很多伺服中都含有运动控制技术,在简单的定位与分度等方面均有体现。

由于当今高速通信的技术发展,很多伺服与PLC间的集成也采用高速通信的方案,实现复杂的运动控制,满足市场的需求。由此能够看出伺服的基本走势,在硬件上预留更多的扩展空间,可令用户有选择性地嵌入一些功能。如嵌入PLC,需要在高速协议与高速通信技术基础上辅佐进行。另一方面,软件功能不断加强,使应用更加方便,使伺服估测负载更加准确,使其功能性能发挥极致。

运动控制在真正的工作自动化环境中单动需求较少,更多的是多轴运动,基于此项技术可实现多轴运动控制,拥有足够的速度,这便是自动化技术集成的一个转变。

丁辰龙先生:随着技术的进步,产业上需要的是自动化控制器,而自动化控制器应该是集成了光机电控制为一体的控制中心,而且方便就近布置(分布式)。因此分布式和模块化是一个技术趋势,而集成视觉检测则就是另外一个技术发展趋势了。

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