工業(yè)4.0下的現(xiàn)代的驅(qū)動系統(tǒng)介紹

隨著工業(yè)4.0應(yīng)用的快速增長，機(jī)器制造商們對于使用更少的人員為先進(jìn)的機(jī)器提供更短的開發(fā)時間感到壓力。利用實(shí)時的數(shù)據(jù)為運(yùn)行決策制定提供必要信息的需求正在不斷增長。與工業(yè)4.0 相關(guān)的關(guān)鍵字是連接性（在生產(chǎn)過程中所有參與者之間的連接），即使是在還沒有應(yīng)用工業(yè)4.0 的工廠里也是如此。很重要的一點(diǎn)是組件或系統(tǒng)至少要能與工業(yè)4.0的要求相兼容，并且可以與內(nèi)部和外部網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接和通訊。

盡管使用新的組件很容易實(shí)現(xiàn)，但是將所有現(xiàn)有的系統(tǒng)都進(jìn)行替換來確保兼容性并不現(xiàn)實(shí)。這導(dǎo)致了各種設(shè)備的開發(fā)，這些設(shè)備至少提供了與工業(yè)4.0系統(tǒng)的基本連接，而不會影響自動化邏輯。

傳動的發(fā)展使制造商可以通過內(nèi)置的技術(shù)來配置各種功能，這些技術(shù)消除了對于外部PLC的需求，這反映出了對提供有限功能的上一代傳動所進(jìn)行的改變。

現(xiàn)代的驅(qū)動系統(tǒng)已經(jīng)具備了足夠的智能化來完成位置位移和速度控制。這些功能的實(shí)現(xiàn)會像通過手機(jī)來查看電子郵件一樣簡單。工業(yè)4.0帶來的另一個期望是，驅(qū)動系統(tǒng)可以獲取機(jī)器功能和性能方面的數(shù)據(jù)，然后配置數(shù)據(jù)并向外界呈現(xiàn)這些數(shù)據(jù)。

先進(jìn)的驅(qū)動制造商可以通過內(nèi)置的技術(shù)來配置各種功能，這些技術(shù)消除了對于外部可編程邏輯控制器（PLC）的需求。例如，目前最新的伺服驅(qū)動包括國際電工技術(shù)委員會（IEC）61131-3可編程控制器操作系統(tǒng)。這反映出了對提供有限功能的上一代驅(qū)動所進(jìn)行的改變。

要想全部了解驅(qū)動器中這些先進(jìn)性的含義還需要一些時間，不過現(xiàn)在的智能驅(qū)動有能力解決實(shí)時的控制挑戰(zhàn)，這也是工業(yè)4.0的一個主要方面。去掉了PLC，直接進(jìn)入到驅(qū)動器可以消除時間間隔，而且優(yōu)化了周期時間和產(chǎn)品的一致性。

即便一套驅(qū)動系統(tǒng)確實(shí)包含了一定的解決問題的工具或者功能塊，還是要面對將一臺機(jī)器上的多個運(yùn)動同步起來的挑戰(zhàn)。在使用的總線系統(tǒng)不確定的情況下，可以采用的解決方案是讓驅(qū)動器之間進(jìn)行通信，而不必返回中央控制系統(tǒng)。這也是例如SERCOS III這類確定性的總線系統(tǒng)自成一體的地方。一套確定性的系統(tǒng)并不是應(yīng)用工業(yè)4.0的必要的先決條件。驅(qū)動器可以存儲實(shí)時數(shù)據(jù)并以一種非確定性的方式發(fā)送給上行系統(tǒng)。

現(xiàn)在驅(qū)動內(nèi)有了各種先進(jìn)的工具可供使用，因此選擇正確的工具是很重要的。目標(biāo)應(yīng)該是使沒有特定經(jīng)驗(yàn)的機(jī)器制造商編程人員可以訪問和使用這些功能。建議使用經(jīng)過試驗(yàn)和測試過的PLC功能塊，它們可以用在IEC 61131-3標(biāo)準(zhǔn)下的PLC，甚至可以與梯形邏輯編程合并起來。

現(xiàn)在有各式各樣的功能塊可用，可以根據(jù)每個應(yīng)用的需求而進(jìn)行選擇。它們能做到的包括從收集傳送帶上產(chǎn)品的位置信息、繞線機(jī)的控制到閉環(huán)套準(zhǔn)控制，甚至為橫切割機(jī)和交叉封口機(jī)創(chuàng)造完整的運(yùn)動軌跡。

人機(jī)界面（HMI）是工業(yè)4.0的另一個關(guān)鍵組件。在過去，為機(jī)器和操作員創(chuàng)建接口需要中央PLC和總線系統(tǒng)的介入，總線系統(tǒng)用于將關(guān)鍵的機(jī)器設(shè)定信息和變量發(fā)送到驅(qū)動上去。在顯示到HMI上之前，診斷和機(jī)器狀態(tài)信息會被重新導(dǎo)入到PLC中去。

雖然現(xiàn)代的總線系統(tǒng)可以完成這個功能，不過它可能需要大量的編程工作，并且當(dāng)驅(qū)動系統(tǒng)中包含所有所需信息時可能是不必要的。為解決這個問題，許多驅(qū)動系統(tǒng)都包含創(chuàng)建HMI所需的所有工具。在某些情況下，中央PLC可能都不需要，因?yàn)轵?qū)動可以使用全范圍的輸入和輸出，以往它們一般都會連接到PLC上。

必須控制的關(guān)鍵因素是設(shè)置和調(diào)試機(jī)器所需的時間。 智能驅(qū)動器現(xiàn)在提供了許多工具，可以通過優(yōu)化的軸運(yùn)動和過程同步來減少啟動時間。

這些快速啟動工具的設(shè)計(jì)讓傳動在機(jī)器調(diào)試的前期就可以動起來，甚至在機(jī)器控制軟件還還沒有安裝到系統(tǒng)中的時候。這帶來的結(jié)果是僅僅使用基本的IT工具（如移動電話或平板電腦），就可以快速簡單地測試機(jī)器的機(jī)械性能。

智能的驅(qū)動系統(tǒng)可以參與主動維護(hù)策略，因?yàn)樗鼈冊诠┴洉r可以與一整套完整的、可以進(jìn)行關(guān)鍵預(yù)測性維護(hù)功能的關(guān)鍵工具整合在一起，將額外的編程工作量降到最低。這個軟件可以設(shè)置成持續(xù)監(jiān)控實(shí)時的機(jī)器性能狀態(tài)以及工藝狀況。這包括通過分析溫度變化進(jìn)行的波形分析，以及檢查是否有反沖、摩擦增加或者過程過載等。

如果出現(xiàn)故障情況，會生成一個代碼并發(fā)送到HMI上。如果發(fā)現(xiàn)需要機(jī)器停止運(yùn)行的關(guān)鍵問題，則可以在驅(qū)動器內(nèi)做出決定，從而最大限度地減少生產(chǎn)損失和機(jī)器損壞的風(fēng)險。

工業(yè)4.0為智能傳動提供了增強(qiáng)的處理能力以及改進(jìn)的功能性。這為制造企業(yè)優(yōu)化編程、生產(chǎn)以及維護(hù)帶來了更多機(jī)會。因?yàn)樵谠S多情況下對PLC需求都降低了甚至不再需要了，因此可以在更短的時間內(nèi)創(chuàng)建更先進(jìn)的機(jī)器。（作者：Mike Loma）