大家在市場上紛紛討論機械控制網(wǎng)絡(luò)解決方案，但是，很多公司仍然徘徊于是否使用這些方法。那么，向你的競爭對手學(xué)習(xí)吧，看看四家機械制造生產(chǎn)商怎樣使用最新的運動總線技術(shù)促進新型機械設(shè)備的設(shè)計，控制它們的運動、邏輯運算、人機接口（HMI）以及工廠間的通信。

以太網(wǎng)將修邊機引向前沿

早期的現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)的解決方案有時無法提供復(fù)雜的、精密的機床所需的加工量。因此，當(dāng)IMA（www.ima.de/eng）的電氣設(shè)計總監(jiān)Günter Redeker考慮將他們的Novimat修邊機試點項目重新設(shè)計時，他打算采取另一種方法，使用最新的PC技術(shù)。

新的機床概念

這種新型的修邊機是一個高性能系統(tǒng)，可用于加工木屑板或輕質(zhì)建筑板材的邊緣。Novimat Concept由各模塊和可配制加工單元組成，能夠進行研磨和修邊、倒角、飾面以及修平等加工。該機床使用連續(xù)軌跡控制方法精確的監(jiān)測并控制工件的位置，可以同時加工多個工件。

應(yīng)用：用于IMA Klessmann GmbH公司家具制造中，專用的修邊機和加工中心。
工程挑戰(zhàn)：高精度的加工量；帶有幾千個I/O口和一百多根軸的復(fù)雜機床的系統(tǒng)架構(gòu)。
控制方法：以太網(wǎng)現(xiàn)場總線控制12根軸和集成I/O口，去掉了PC現(xiàn)場總線卡。

系統(tǒng)概述：

· EtherCAT技術(shù)機床控制網(wǎng)絡(luò)
· 每個機床模塊有12根軸和30個信號通路
· Ethernet-based I/O口和伺服驅(qū)動代替了傳統(tǒng)的現(xiàn)場總線
· 連續(xù)路徑控制
· 輔助CAN-based驅(qū)動使用EtherCAT/CAN網(wǎng)關(guān)

新的控制平臺

當(dāng)重新設(shè)計Novimat時，IMA公司使用了Beckhoff公司(www.beckhoffautomation.com)的用于控制和自動化技術(shù)的實時以太網(wǎng)技術(shù)（EtherCAT）。IMA公司以前的木工機床上，使用的就是一臺Beckhoff公司的PC控制器。這個控制器采用DOS操作系統(tǒng)，光導(dǎo)總線自動化技術(shù)和基于PC機的顯示和控制。每個機械單元都有一個總線端子I/O站通過光導(dǎo)總線耦合，伺服驅(qū)動模塊通過PROFIBUS現(xiàn)場總線耦合進行實際的加工，并通過CAN總線與執(zhí)行機構(gòu)進行通信。

Redeker說他們轉(zhuǎn)向使用新平臺是因為機械安裝設(shè)備非常復(fù)雜，總共有幾千個I/O以及一百多根軸。

他說：“以前，為了通過現(xiàn)場總線系統(tǒng)控制這些機床，我們用四芯的光導(dǎo)總線，在機床要求的單一采樣速率下收集或傳輸大量的數(shù)據(jù)。這樣做是達到要求的唯一方法?！?

根據(jù)Redeker的說法，控制器在處理這些大量數(shù)據(jù)時需要很強的計算能力。它不僅要把數(shù)據(jù)從光導(dǎo)總線下載到內(nèi)存，之后再傳送回光導(dǎo)總線，還要根據(jù)進程圖將輸入/輸出數(shù)據(jù)分類。而使用EtherCAT解決方案后，他說：“DMA控制器控制數(shù)據(jù)在以太網(wǎng)接口和內(nèi)存之間直接傳輸，使我們的系統(tǒng)有了很大的改進?！?

機床的發(fā)展

這種新系統(tǒng)的另一個優(yōu)點是能夠進行連續(xù)軌跡控制。連續(xù)軌跡控制能夠在機床內(nèi)跟蹤工件，實現(xiàn)通路上的精確控制，或者同步快速機床的零件。工件通過機床的速度達到60米/分鐘，對應(yīng)每毫秒移動1毫米并存在潛在的關(guān)聯(lián)偏差。如果連續(xù)軌跡控制的時間為2毫秒，那么完成60米長的機床就會產(chǎn)生2毫米的偏差，這樣的結(jié)果是不精確的，尤其在如今對機床的精度要求越來越高的時候，Redeker將這個值稱為臨界值(borderline value)。

在控制系統(tǒng)架構(gòu)中提供整合的EtherCAT、Profibus和CANopen通訊協(xié)議
Novimat Concept是一個單面，自動的修邊系統(tǒng)。當(dāng)材料通過該機床時，機床對其進行單板整邊，修邊和飾面。

他預(yù)見了在機床上完全實現(xiàn)EtherCAT技術(shù)后的潛力，這樣就能夠利用最新、最強大的工業(yè)計算機技術(shù)。目前大型的生產(chǎn)線需要兩臺電腦：一臺用于用戶接口；另一臺用于實時控制。Redeker補充道：“希望將來在這些系統(tǒng)中能夠只用一臺電腦。同時，如果能夠只使用一種現(xiàn)場總線，那么工程上和維修上也將簡單很多。”

集于一體的建模、仿真和控制

柱面坐標(biāo)測量機床中，將軸承環(huán)與旋轉(zhuǎn)的主軸定心自動化，就是檢測并執(zhí)行動作。但是當(dāng)目標(biāo)精度是1—2微米，給定不同尺寸、重量的軸承，并且零件上可能還有油，同時適應(yīng)系統(tǒng)的摩擦，這樣的機床是很出眾的。

統(tǒng)一的解決方案

克萊蒙森大學(xué)（Clemson University）的國際汽車研究中心（International Center for Automotive Research）總監(jiān)Thomas Kurfess博士說：“盡管這是一個簡單的系統(tǒng)，但在這例應(yīng)用中你還有很多不知道的地方。用PID控制器使控制精度達到1微米是很困難的，原因多是有摩擦的存在。但是現(xiàn)在，可以使用標(biāo)準運動控制平臺來做到。”

Novimat Concept 是一個單側(cè)的，自動直線封邊系統(tǒng)，
專為接縫、封邊和邊沿的精加工使用
Timken 公司 (www.timken.com) 和 National Instrument公司(www.ni.com)合作研究，Kurfess和他的小組減少了自動化系統(tǒng)中熟練技術(shù)工人的工作。

Kurfess說：“使我們能夠一步完成建模、仿真和控制的關(guān)鍵技術(shù)在于尖端的軟件工具。以前我們可以把想要的具有某種功能的系統(tǒng)進行建模和仿真，但是，接下來的控制就不會發(fā)生了。你會問‘為什么不行呢？’，答案是更新你的模型吧?！?

高質(zhì)量的自動直線封邊機實現(xiàn)運動網(wǎng)絡(luò)化控制
需要效率

設(shè)計一個有效的控制系統(tǒng)將人工對中的過程自動化，目的是減少定心所用的周期時間。與手工操作相比，自動化系統(tǒng)只需要人工測量時間的15%。

這個自動控制系統(tǒng)由一個線性滑塊和一個帶有空氣軸承的精密轉(zhuǎn)軸組成，空氣軸承的作用是提高運動精度以及使運動平滑。一個LVDT位移傳感器作為測量裝置安裝在線性滑塊上，與一個固定推桿觸點一起驅(qū)動軸承環(huán)。

一個有效的控制系統(tǒng)使軸承定心的過程自動化,顯著的減少了定心所用的時間。

應(yīng)用：在柱面坐標(biāo)測量機床中，使給旋轉(zhuǎn)主軸上的軸承環(huán)定心的過程自動化。
工程挑戰(zhàn)：減少準備時間；保證在高度動態(tài)機床系統(tǒng)中，給軸承環(huán)定心的重復(fù)誤差為1?到2微米。
控制方法：使用LabView控制設(shè)計和仿真軟件，硬件包括PXI/Compact PCI卡和用于運動控制的Soft Motion驅(qū)動。

系統(tǒng)概述：

● LabView Control Design Toolkit，實時和仿真模塊
● Soft Motion驅(qū)動
● 測量裝置選用LVDT位移傳感器
● 卡爾曼濾波器處理原始數(shù)據(jù)