有关伺服驱动产品的定位「图文版」

   日期:2020-05-23     来源:麥總mcrazy 智造商    浏览:164    评论:0    
核心提示:伺服产品本身是一种为设备的运动提供控制的动力装置,因此我们需要去从动力和控制这两个方面去看它是怎样集成到一台设备中去的。

之前「伺服选型是个怎样的过程」一文中,我们曾提到在进行伺服系统的选型设计之前,有必要从市面上品类繁多的伺服产品中挑选出适合于自身应用的产品系列。而这就涉及到一个有关伺服产品市场定位的问题,也就是我们需要对各品牌系列的伺服产品的属性与所处类别有所了解。

那么,我们该怎么去看待伺服产品的定位呢?个人觉得还是得从动力和控制这两个维度来分析的。为什么这么说呢?因为,按照我们之前反复强调的,伺服产品本身是一种为设备的运动提供控制的动力装置,因此我们需要去从动力和控制这两个方面去看它是怎样集成到一台设备中去的。

有关伺服驱动产品的定位「图文版」

PicSource:ESTUN | PronET SUMMA

首先,从动力的维度看,伺服系统是需要去使用来自于设备系统的电力的。我们现在的伺服驱动主要有两类接入设备电力系统的方式:一种是每台伺服驱动器都有自己的 AC 电源接入端口,可以直接使用设备的 AC 电源,这类产品我们通常称为单体独立型驱动;还有一种,是伺服系统使用整流单元,把设备系统的 AC 电源先转变成直流电,然后再通过一条或多条共直流母线,把电力传送到每一个伺服轴的逆变驱动单元,这类产品我们通常称为是共直流母线型的。

有关伺服驱动产品的定位「图文版」
PicSource:Rockwell Automation | Kinetix 5700

再看控制这个维度。为了按照设备工艺要求驱动负载的运动,伺服产品在工作时是需要接收来自于设备控制系统的运动指令的。这也主要有两种形式:一种是早期比较经典的以脉冲串或模拟量…等电信号为介质的传输方式;另一种则是现在比较流行的基于数据总线进行通讯的方式。相应的,这两种方式所对应的伺服驱动产品分别是脉冲/模拟量型和总线型的。由于通讯总线技术能够帮助简化运动控制系统的线路连接,因此随着生产设备自动化程度的不断提高,近年来大家普遍比较愿意去使用这类总线型伺服产品。

有关伺服驱动产品的定位「图文版」

因此,从动力和控制的这两个维度来看,我们基本可以把伺服产品的定位分成 4 个象限,考虑到左上角象限中这种直流母线型、脉冲/模拟量接口的产品在市面上其实基本是看不到的,所以,伺服产品的定位大致可以被分为三大类。

但坦率讲,以当下工业市场来看,这样的分类其实还是比较粗旷的,原因在于经过过去十几年的发展,当前的伺服产品市场已经十分细化了。这个现象和汽车行业中 A 级车和 B 级车之间细化出很多车型是类似的。

还是从动力和控制的集成度这两个维度来看。

有关伺服驱动产品的定位「图文版」

动力方面,尽管上面说的共直流母线和单体独立型的这两种接入 AC 电源的方式依然存在,但在它们之间,其实已经出现了一些混合型伺服产品,这类产品本身还是单体独立型的,但除了可以接交流动力输入,同时也是可以使用共直流母线的动力架构的。

有关伺服驱动产品的定位「图文版」
PicSource:Siemens | SINAMICS S210

比如说:西门子前两年推出的 SINAMICS S210 和博世力士乐近期发布的 AM Drive 就属于这种类型。

再从控制这个角度看,脉冲型依然也还是单独存在,基本没有太多变化;但对于总线集成型产品来说,它目前至少可分成两个级别。

有关伺服驱动产品的定位「图文版」
PicSource:Bosch Rexroth | IndraDrive Cs

一种是基于实时总线技术(如:EtherCAT、Ethernet POWERlink、ProfiNET IRT…等)的(运动)同步集成型伺服产品,它们可以和具备相应总线接口的控制器结合,去完成一些实时的同步运动控制操作,比如:电子齿轮、电子凸轮、平面和空间插补、甚至机器人控制…等功能。

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PicSource:Rockwell Automation | Kinetix 5100

还有一种,也用了总线技术,不过通讯接口是像 Modbus、DeviceNet、ProfiBus 或者 EtherNet/IP(无 CIP Sync) …这类无时钟同步的非实时协议。这类产品通常可以帮助去解决一些比较基础的运动控制功能,如:位置、速度和扭矩控制...,但却无法去实现电子齿轮、电子凸轮、平面和空间插补…等高动态的实时同步运动功能。我们可以将此类产品称为非(运动)同步集成型伺服。

有关伺服驱动产品的定位「图文版」

经过上述这两个层级的细化,我们现在就可以用这个九宫格来划分市面上的伺服产品的类别了。

有关伺服驱动产品的定位「图文版」

考虑到左上角用字母表示的四个区域的产品在市面上是比较少见的,我们基本上可以把伺服产品分成 5 个级别。

有关伺服驱动产品的定位「图文版」
PicSource:Bosch Rexroth | IndraDrive M

若是从伺服传动技术近 20 年的发展看,欧美系伺服产品以往普遍都处于 5 这个级别;

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PicSource:YASKAWA |∑-7

以日系产品为代表的传统亚系伺服产品则比较集中在 1 和 2 这两个级别;

而最近这几年各家的产品其实都在快速向 3 这个级别聚拢。

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PicSource:Bosch Rexroth | AM Drive

比如:我们可以看到欧美系的产品开始推出一些 4 甚至是 3 这个级别的产品;

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PicSource:Mitsubishi Electric | MELSERVO JE T

日系、国产…等一些亚系品牌,也依托于像 EtherCAT 这样的开放型实时以太网技术,推出了不少 3 级别的产品。可以说,目前市场上处于 3 级别的伺服产品系列是非常之多的,同时各品牌之间在这类产品中的竞争也是极为白热化的。从这个意义上讲,工业伺服运动控制技术其实已经迈入集成化的时代了。

有关伺服驱动产品的定位「图文版」 

不过,现阶段这个所谓的“集成化”对于不同品牌系列的伺服产品来说,还是有一定差异的。具体来说,在同步集成这一级别的产品中,还可以被细分成“仅运动集成”和“全集成”这两个级别。

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PicSource:Panasonic | MINAS A6

“仅运动集成”,顾名思义,就是伺服驱动仅仅是在运动控制的指令数据上整合到了自动化控制系统之中,但总体来说,其传动数据依然还只是局限在自身本体层面的。用户或许可以借助通讯网络访问系统中的控制程序和 I/O、传感器…等自动化组件的数据,但仍然需要通过专属的调试端口或驱动器上的操作面板去访问各个伺服轴的传动参数(如:PID 整定…)。一般来说,通过开放型通讯总线接入第三方控制平台的伺服驱动产品(如上图中的 MINAS A6BE/F),大都属于“仅运动集成”的类型。

有关伺服驱动产品的定位「图文版」
PicSource:Siemens | SINAMICS S120

而所谓“全集成”,则是说伺服驱动产品与自动化控制系统之间有着较高的整合度,它们的数据是有机的融合在一个平台上的,用户基本上可以通过网络中的任何一个端口访问系统中的几乎所有数据,包括:控制器程序、I/O、传感器以及各台伺服驱动器中的传动参数。不少自动化系统品牌旗下的伺服产品都具备这种“全集成”的特性。

就目前的观察看,很多用户对于伺服产品是“全集成”还是“仅运动集成”,貌似并没有在应用体验上感受到太大的差异。究其原因,这很大程度上和他们现阶段更加专注于单机设备的控制功能有关。目测随着用户将视野从单纯的运动控制功能的实现逐步转向整机甚至整厂应用性能和综合效率的提升,跨设备数据链路的打通以及跨系统互操作...等方面需求的增加,全集成型的伺服产品应该是会渐渐普及的。

以上我们简单谈了伺服驱动产品的定位。当然,这听上去其实还是比较抽象的。之后我们会结合一些品牌的产品来和大家去进一步探讨这个话题...

 
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