Sigmatek C-IPC在螺栓緊固機械上的應(yīng)用理工論文
自動化系統(tǒng)控制的應(yīng)用具有多面性，區(qū)別僅僅是需求不同而已。有一種特別的應(yīng)用是對速度的挑戰(zhàn)，比如螺栓緊固。在這里，通過模擬量來傳遞位置和扭矩的控制信號，并且進行實時的驅(qū)動控制。
St?ger 自動化公司, 位于慕尼黑的南部, 專注于螺栓緊固和裝配系統(tǒng)的開發(fā)。他們最新的產(chǎn)品是用于螺栓緊固的專用設(shè)備，這臺新式的設(shè)備僅僅使用了一臺馬達進行驅(qū)動，并已經(jīng)在今年的Automatica雜志進行了專門的報道。為了能夠更好地對螺栓緊固設(shè)備進行可視化的控制，他們越來越多地開始采用Sigmatek的產(chǎn)品�！拔覀円呀�(jīng)和Sigamtek合作了2年的時間。而且已經(jīng)開始進行了一些聯(lián)合的開發(fā)計劃。我們希望在我們的產(chǎn)品中今后采用Sigamtek的產(chǎn)品為標準的控制系統(tǒng)。”公司的董事長兼總經(jīng)理Lorenz St?ger先生如是說。
做出這樣至關(guān)重要決定的唯一原因就是對高速度的需要。因為能夠進行高速模擬測量值的采集和對馬達的高速控制是評價螺栓緊固機械的終極標準。一般來說，完成每個螺栓操作的時間為0.8到1秒鐘。減去定位的時間，那么剩下來的旋緊時間僅有0.5到0.6秒。因此，3個模擬參數(shù)：“距離”、“角度”和“扭矩”的測量時間就只有4到5ms了。這3個參數(shù)對于整個旋緊的過程來說是非常重要的，當開始旋入的時候需要盡可能地高速，而快達到所需的深度或者/以及達到了預(yù)設(shè)的旋緊扭矩的時候又需要緩慢地旋轉(zhuǎn)并最終完成整個過程。
高速的總線連接了控制器和伺服驅(qū)動器
這樣的高速度是通過轉(zhuǎn)換時間僅需14μs的高速A/D轉(zhuǎn)換模塊來保證，并且通過內(nèi)部總線傳輸?shù)剿欧?qū)動器。同時，控制器和伺服驅(qū)動器也通過總線和外部的儀器進行連接。
在這里，極短的6 μs訪問時間對于最終完成執(zhí)行的時間來說變得至關(guān)重要，否則的話可能會讓整個的系統(tǒng)反應(yīng)時間達到數(shù)毫秒。以前的控制系統(tǒng)往往需要近100ms來獲取信號，而無法將這個時間縮短到10ms的級別，尤其是當信號在沒有預(yù)兆的情況下到來時，這就意味著在程序執(zhí)行的時候可能沒有辦法處理這些信號。
一臺Sigmatek的C-IPC工業(yè)控制計算機成為這套系統(tǒng)的處理單元，通過內(nèi)置的端口和一排I/O模塊相連接，這其中包括了一個獲取模擬信號的模塊。在這套方案中，模擬模塊的準確性取決于控制系統(tǒng)的時鐘精度。也就是說CPU(C-IPC)發(fā)送出系統(tǒng)時鐘信號，而所有的I/O模塊則在接收到之后進行自動同步。因此這些模塊“知道”下一次的CPU脈沖信號會在什么時候到來，以及CPU會在什么時候發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。所以在這個系統(tǒng)中的每一個模塊都能保證在CPU需要的時間作好準備，并將所有的模擬信號都已經(jīng)完全轉(zhuǎn)換完畢。從而，所有外圍設(shè)備發(fā)送到控制系統(tǒng)的信號實際延遲時間是零。所有這些發(fā)生的事情都是自動地進行處理的，而無需在編程的時候去特別地考慮它。
這臺作為控制核心的緊湊型工業(yè)PC通過DVI接口和帶有觸摸屏的液晶顯示器相連接。同時通過CAN-Bus連接外圍的控制閥。同時，PC的固有結(jié)構(gòu)也讓它帶有了以太網(wǎng)卡和USB接口。在遠程控制方面則可以通過Modem和串行通訊口來進行。
一種控制理念
St?ger自動化公司設(shè)定了一種新的控制理念，即機械的控制系統(tǒng)硬件除了在顯示部分會根據(jù)型號不一而有所不同之外，其余部分都一樣。這套控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)為16路數(shù)字輸入輸出，用于最小的基礎(chǔ)型設(shè)備上。而擴展的I/O模塊則可以根據(jù)需要再進行添加。St?ger公司的技術(shù)人員說：“這一點對我們來說很重要，我們現(xiàn)在能夠從一家供應(yīng)商那里得到我們所需要的所有控制系統(tǒng)。這樣做的好處在于可以一直使用相同的編程語言。我們能夠反復(fù)利用已經(jīng)編寫成熟的程序段，不論是最小的系統(tǒng)還是最龐大的控制單元。”
Helmut Fritz先生，Sigmatek公司德國區(qū)經(jīng)理，解釋道：“C-DIAS系列產(chǎn)品線的可升級性僅僅會體現(xiàn)在CPU上。在Sigamtek，沒有小、中或者大型系統(tǒng)之間沒有性能上的差異，也沒有指令集的區(qū)別。各套系統(tǒng)之間的.不同僅僅在于存儲空間和內(nèi)存的大小不同，接口的數(shù)量多少而已。所以在軟件的執(zhí)行方面，各個系統(tǒng)的性能是一致的�！�
另外一個突出的特點是編程語言。LASAL是一套基于Client-Server技術(shù)，且符合IEC 61131-3標準的先進的編程工具。這套軟件采用高級語言編程，且具備面向?qū)ο蟮拈_發(fā)環(huán)境。由于程序中不永久關(guān)聯(lián)硬件地址，所以保證了程序段可以被任意地重復(fù)使用。一個典型的例子就是電機驅(qū)動的控制：對于控制器來說，馬達驅(qū)動的種類是無關(guān)緊要的。不論是普通的馬達還是伺服驅(qū)動器，只要它具備一個10V的信號接口就可以了。對于軟件來說，只需要關(guān)心必須的設(shè)定參數(shù)就可以了。所以，只要你需要，那么就可以交換和復(fù)制整段的馬達驅(qū)動程序，而不需要去關(guān)心它是如何來實現(xiàn)控制結(jié)果的。Sigamtek公司看到，也許在不久的將來，越來越多的開發(fā)人員將會在大學中接受這種面向?qū)ο蟮木幊膛嘤枴?/p>
St?ger Automation GmbH公司的總經(jīng)理Lorenz St?ger先生衡量性價比的時候說：“以前我們采用的控制系統(tǒng)比較廉價，但是性能并不好，老系統(tǒng)處理模擬信號的速度非常緩慢。在開展了第一次的聯(lián)合開發(fā)計劃之后，我便認識到我們可以從Sigmatek獲得的產(chǎn)品價格不算高，但是所具備的性能則是可以和哪些極為昂貴的系統(tǒng)相媲美。此外，對我們來說可以設(shè)定地址可視化技術(shù)也是非常不錯的。同時要知道，我們自己也并不是在任何領(lǐng)域都是專業(yè)的，Sigmatek是個能夠提供優(yōu)質(zhì)服務(wù)的自動化控制系統(tǒng)合作伙伴�！�
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