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機電一體化技術(shù)與自動(dòng)化發(fā)展趨勢（下篇）

發(fā)布日期：2012-05-29 11:49  瀏覽次數：

一、 執行儀表、運動(dòng)控制及主流伺服系統正成為熱點(diǎn)：
    在過(guò)程控制領(lǐng)域，執行儀表是以電-氣閥門(mén)定位器+氣動(dòng)薄膜調節閥為主，其它有氣缸或調節閥、電動(dòng)執行機構、液動(dòng)執行機構（電-液調節閥）、電動(dòng)調節閥等。總之，是在以管理道化為主的工藝裝備中，以改變閥門(mén)的開(kāi)度為目的直行程和角行程的執行儀表為主流設備。近年來(lái)，以滿(mǎn)開(kāi)/滿(mǎn)關(guān)為主要形式的電磁閥、閥組等也在大量使用。但是離散控制領(lǐng)域的執行部件就形式多樣了，特別是以旋轉設備——電機為主的控制，已經(jīng)得到很大發(fā)展。兩個(gè)領(lǐng)域的執行部件共性是速度反饋和位置反饋的控制技術(shù)。
    變頻柜、軟啟動(dòng)柜等已得到普及，在節能等方面已取得成效，本文不準備進(jìn)一步闡述了。在上世紀中葉，伺服機構、直流閉環(huán)調整系統、交流閉環(huán)調速系統、步進(jìn)電機開(kāi)環(huán)系統已經(jīng)問(wèn)世，從90年代以來(lái)，運動(dòng)控制名詞悄然流行，它是相對于電力拖動(dòng)及電機傳動(dòng)控制而言的一個(gè)分支。運動(dòng)控制是指通過(guò)對電機等機電機構的控制，使機電機構產(chǎn)生期望的運動(dòng)，運動(dòng)控制為轉速、位置、力矩三個(gè)參數的組合控制，較終保證運動(dòng)參數和運動(dòng)軌跡為予定值。它涵蓋于運載工具、數控機床（CNC）、機械加工生產(chǎn)線(xiàn)、包裝設備、紡織、印染設備、機器人及多種機電一體化設備和民用設施，所以受到重視。
    較近交流伺服系統的性能/價(jià)格比已具有競爭力，特別是全數字式交流永磁伺服電機，DSP嵌入式芯片技術(shù)的發(fā)展，受到青睞，所以前景看好。本文要著(zhù)重說(shuō)的，乃是作為主流伺服系統在運動(dòng)控制中要求實(shí)時(shí)性很高，如實(shí)時(shí)響應時(shí)間要求小于1ms、同步傳送和抖動(dòng)小于1ms，在要求更高的地方，可能為納秒（ns）級。分布式交流伺服控制系統已經(jīng)走向市場(chǎng)、羅克韋爾的SERCOS、倫茨的SystemBus及知名的Profibus、Interbus、DevuceNet等均可以完成分布式交流伺服控制，其上層通信仍采用CIP協(xié)議及CIPSync規范，才能獲得更好的實(shí)時(shí)性和可互操作性。
    IEEE1588為用于測量和控制網(wǎng)絡(luò )的分布時(shí)鐘定義了一個(gè)精確時(shí)間同步協(xié)議（Preci Sion Time Protocol，PT），它為在以太網(wǎng)上實(shí)現時(shí)間同步提供了工作原理。CIPSync實(shí)現了網(wǎng)絡(luò )中不同設備的高精度（+100ns）時(shí)間同步以及分布式運動(dòng)控制，即包括多個(gè)伺服控制器的協(xié)同、伺服控制器及多伺服驅動(dòng)器的協(xié)同。它借助CIPSync/IEEE1588對于網(wǎng)絡(luò )上的各伺服驅動(dòng)器的時(shí)鐘，結合帶時(shí)間標記位置信號進(jìn)行伺服同步，它考慮使用基于以及網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò )技術(shù)，并且是適合于精度在微秒范圍內的復雜系統的同步。
    CIPSync以外，還有SynqNet運動(dòng)控制網(wǎng)絡(luò )，由Motion Engineering公司開(kāi)發(fā)，支持高性能集中控制，支持它的伺服電機廠(chǎng)商較多，具有自愈容錯、精確捕獲技術(shù)、易于使用等優(yōu)點(diǎn)，所以分布式和集中式交流伺服控制系統技術(shù)應該互相結合。
   
    二、 工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)發(fā)展進(jìn)入新階段
    上文中基金會(huì )現場(chǎng)總線(xiàn)的FFHSE、CIP或EtherNet/IP均為現在俗稱(chēng)的工業(yè)以太網(wǎng)，還有這次FA/PA展會(huì )上西門(mén)子等公司的PROFINET，三種均通過(guò)IEC61158及IEC61784標準，又2004年1月IEC/C65C/JWG10-13等4個(gè)工作組通過(guò)6種以太網(wǎng)技術(shù)工作IEC的PAS公共可用規范文件，它們是：中國的EPA、德國B(niǎo)eckhoff公司的EtherCAT、IAONA的EPL（EtherNet PowerLink）、日本橫河的V-net、日本東芝的TCnet、法國施耐德的ModbusTCP(RTPS)。當然除這9種以外，采用EtherNet/TCP(UDP)/IP的工業(yè)以太網(wǎng)還很多。EPA（EtherNet for Plant Automation）它采用了分段化結構和確定性通信調度控制策略，解決了通信確定性、互操作性、開(kāi)放性等問(wèn)題，可直接應用于變送器、執行機構、遠程I/O、現場(chǎng)控制柜等現場(chǎng)設備間通信，即做到“E網(wǎng)到底”，目前正處于產(chǎn)業(yè)化階段。
    選擇以太網(wǎng)，還必須把wet技術(shù)等互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在工業(yè)上應用搞到位，也就是說(shuō)，要讓相關(guān)的人們放心的去瀏覽現場(chǎng)數據，從而在地域方面使生產(chǎn)方式發(fā)生變化，促進(jìn)生產(chǎn)力發(fā)展。
   
    三、 系統集成、電控儀控一體化、管控一體化任重道遠：
    系統集成一詞的流行始于80年代末、90年代初，Integrated System和System Integration，在系統解決方案（Solution）流行的今天，已經(jīng)逐漸界限不清了。PLC可編程控制器和人機界面HMI之間，在硬件接口的基礎上，采用DDE動(dòng)態(tài)數據交換發(fā)展到OPC（過(guò)程控制的對象鏈接嵌入），是一大進(jìn)步，近來(lái)將與EDDL結合，解決互操作性問(wèn)題。又IEC61131-3在組態(tài)方面對系統集成也影響很大。隨著(zhù)多種現場(chǎng)總線(xiàn)及工業(yè)以太網(wǎng)的出現，又使通信接口產(chǎn)品豐富起來(lái)，現在不只是一個(gè)產(chǎn)品上有多種接口，而且各種互聯(lián)的接口卡產(chǎn)品也很多，這兩個(gè)展會(huì )上均有多家接口產(chǎn)品，如美國Woodhead公司、Prosoft公司的產(chǎn)品就有幾十種，可以滿(mǎn)足系統集成的需要。
   
    系統集成技術(shù)的發(fā)展，現在已經(jīng)進(jìn)入標準化階段。2003年發(fā)布了ISO15745標準，它解決了系統集成的應用需求和接口兩個(gè)基本問(wèn)題，該標準全稱(chēng)為：工業(yè)自動(dòng)化系統和系統集成——開(kāi)放系統應用集成框架，分為4部分：通用參考描述、以ISO11898標準為基礎的控制系統的參考描述、以IEC61158標準為基礎的控制系統參考描述、以以太網(wǎng)標準為基礎的控制系統的參考描述。先進(jìn)部分提出了開(kāi)放系統的應用集成框架（Application Integration Framework，AIF），它定義了一些元素和規則，構成集成模型來(lái)表示應用需求，并開(kāi)發(fā)應用互操作專(zhuān)用規范AIP，這個(gè)AIP是接口規范的表示形式，并要求開(kāi)發(fā)AIP時(shí)，應用UML、XML等來(lái)拱和表達。這些，對系統集成技術(shù)發(fā)展起到了里程碑式作用。
    系統集成面臨的應用需求中，電控、儀控一體化及管控一體化是首要的問(wèn)題，而各個(gè)用戶(hù)企業(yè)對這兩大主題是既有共性又有個(gè)性的需求。電控儀控一體問(wèn)題通過(guò)上面幾節已經(jīng)有一定了解。管控一體化的三層結構，這是共性，其中MES層是熱點(diǎn)，MESA（Manufacturing Enterprise Solution Association）對MES作如下定義：MES能通過(guò)信息傳遞對從訂單下達到產(chǎn)品完成的整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行優(yōu)化管理。我們以前比較我的注意MES本身，現在，逐漸理解到應該對系統集成的深度給予關(guān)注。由于國內在管控一體化項目中滿(mǎn)意度高者較少，所以形成了曠日持久的局面。一線(xiàn)的應用實(shí)踐與計算機專(zhuān)業(yè)人員的完善化應該同樣受到重視。
   
    系統集成、電儀一體化、管控一體化是技術(shù)問(wèn)題，也是藝術(shù)，要在務(wù)實(shí)和廣義的人機界面友好、人機親和力兩方面同時(shí)努力，才能使管控一體化的重任完成。

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