如果機(jī)器生產(chǎn)廠家想要使工業(yè)制造中的機(jī)器和設(shè)備實(shí)現(xiàn)模塊化結(jié)構(gòu)，現(xiàn)在還需要做出妥協(xié)，由一個中心控制器對多個模塊進(jìn)行調(diào)節(jié)。而這會導(dǎo)致軟件結(jié)構(gòu)的復(fù)雜化，從而產(chǎn)生費(fèi)用高和維護(hù)困難的問題。而今，Lenze公司消除了這一弊端。現(xiàn)在，通過擴(kuò)展自動化系統(tǒng)，使一個新的帶有集成控制器的創(chuàng)新驅(qū)動裝置為僅帶有一根運(yùn)動軸的最小機(jī)器模塊直至綜合性多軸系統(tǒng)的技術(shù)解決方案所應(yīng)用。
圖1 通過擴(kuò)展自動化系統(tǒng)使一個新的帶有集成控制器的創(chuàng)新驅(qū)動裝置為僅帶有一根運(yùn)動軸的最小機(jī)器模塊直至綜合性多軸系統(tǒng)的技術(shù)解決方案所應(yīng)用
決定產(chǎn)品上市時間的重要標(biāo)準(zhǔn)
只有實(shí)現(xiàn)組合系統(tǒng)的通用性，才能保證所有機(jī)器設(shè)備模塊相同的應(yīng)用軟件的使用。原始設(shè)備制造商(OEM)能夠使用最簡單的方法而且能夠在系統(tǒng)斷開的情況下，對每個應(yīng)用狀況作出全面靈活的反應(yīng)。這樣便形成能夠單個運(yùn)行且可任意連接的自主機(jī)器設(shè)備模塊。不需要與僅有的軟件編碼進(jìn)行適配，便可首次實(shí)現(xiàn)機(jī)器設(shè)備功能單元老版本“即插即用”(“Plug-and-play”)功能的應(yīng)用。
幾十年來，機(jī)器設(shè)備生產(chǎn)廠家主要是將自己的注意力集中在以下三個方面：機(jī)器設(shè)備的性能、可使用性和質(zhì)量。而今天對機(jī)器設(shè)備生產(chǎn)廠家來說,產(chǎn)品的上市時間成為一個具有決定性意義的挑戰(zhàn)：一部機(jī)器如何在用戶那快速投入運(yùn)行呢?這也與原始設(shè)備制造商(OEM)如何靈活的應(yīng)對其用戶的特殊應(yīng)用要求密切相關(guān)。而僅僅能夠靈活的應(yīng)對用戶的特殊應(yīng)用要求還不夠：鑒于當(dāng)前技術(shù)的轉(zhuǎn)變非常快速，對于用戶來說，快速實(shí)現(xiàn)技術(shù)創(chuàng)新或滿足技術(shù)創(chuàng)新對時間和費(fèi)用方面的要求便成了決定性的重要標(biāo)準(zhǔn)。
工業(yè)4.0所形成的發(fā)展趨勢為機(jī)器設(shè)備生產(chǎn)廠家提供了因競爭而產(chǎn)生的差異性和改善自身市場地位的機(jī)遇。傳感器層面的全面數(shù)字化、IT基礎(chǔ)設(shè)施和云服務(wù)的連接以及整條生產(chǎn)線的各個機(jī)器的通用化集成、包括連接進(jìn)企業(yè)資源規(guī)劃(ERP)系統(tǒng)和制造執(zhí)行系統(tǒng)(MES)都需要向原始設(shè)備制造商(OEM)提出最重要的軟件技術(shù)應(yīng)用要求。此外，還必須提出因機(jī)械和動力層面的復(fù)雜性日益加大而產(chǎn)生的要求。生產(chǎn)中所要求的靈活性以昂貴的運(yùn)動控制器和不斷增多的軸的個數(shù)為前提條件，當(dāng)由相對僵硬的機(jī)械單元來承擔(dān)生產(chǎn)任務(wù)時，例如，當(dāng)由靈活的機(jī)器人運(yùn)動件來承擔(dān)相對僵硬的機(jī)械單元的任務(wù)時，便要求一個昂貴的運(yùn)動控制器和不斷增加軸的個數(shù)。
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圖2 一個帶有中心控制器的機(jī)器模塊通過多軸驅(qū)動器i700的自動化拓?fù)?/p>
為了能夠在短時間內(nèi)實(shí)現(xiàn)這些，許多原始設(shè)備制造商(OEM)便努力追求機(jī)器的模塊化，并且研發(fā)能夠簡單重復(fù)利用的相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)化功能單元。這樣的功能在繪圖板上能夠快速嵌入。每部機(jī)器補(bǔ)充添加附加功能的必要前提是能夠在一個鎖閉的功能單元中進(jìn)行集成，而且與現(xiàn)有模塊不存在匹配問題。
機(jī)械件、電子件和軟件渾然一體
模塊化只有在機(jī)械件、電子件和軟件渾然為一體時才能成功實(shí)現(xiàn)。這樣，控制和驅(qū)動技術(shù)件便能夠區(qū)別應(yīng)對單軸的機(jī)器模塊，或是需要多個同步軸甚至需要帶有多軸的一個復(fù)雜驅(qū)動結(jié)構(gòu)件。每個單個具體模塊必須根據(jù)應(yīng)用來發(fā)揮自己的功能。此外還有一個問題，那就是集成進(jìn)驅(qū)動器中的非中心控制器是否能夠發(fā)揮控制功能，或是模塊由一個中央智能件進(jìn)行控制。
滿足各種不同應(yīng)用情況的可擴(kuò)展的產(chǎn)品配置
這意味著為各種不同的模塊提供具有不同層次性能的可擴(kuò)展的功能控制器的產(chǎn)品配置，以便使機(jī)械件、電子件和軟件渾然成為一體，具有相同的功能。迄今為止，Lenze公司的自動化專家們既在一個驅(qū)動器里集成了中心控制系統(tǒng)，也在一個驅(qū)動器里集成了分中心控制系統(tǒng)。
Lenze公司借助其研發(fā)的Servo-Inverter i900(伺服逆變器i900)告訴世人，其公司研發(fā)了一個帶有集成控制器的可完善自動化系統(tǒng)的新伺服驅(qū)動系統(tǒng)，排除了兩個拓?fù)渲g的斷裂。這樣便能夠總使用相同的應(yīng)用軟件和相同的工程工具(Engineering-Tool)。
Lenze公司演示了如何用一個可擴(kuò)展的模塊化自動化系統(tǒng)和一個全面的標(biāo)準(zhǔn)單元專用軟件模塊來實(shí)現(xiàn)靈活的機(jī)器設(shè)計(jì)方案，以及如何借此大大降低機(jī)器設(shè)計(jì)方案的技術(shù)費(fèi)用。Lenze公司利用跨生產(chǎn)廠家的標(biāo)準(zhǔn)和先進(jìn)的通信界面使模塊簡單且同步進(jìn)行合作。在此，水平集成可使用Ethercat、Profinet、Ethernet/IP或也可使用OMAC的Automation-ML和Pack-ML。對于帶有上一級控制的垂直集成來說，則是按照OPC UA或MQTT的標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。
使用的模塊可選擇中心控制或分中心控制
這樣，通過自動化系統(tǒng)的擴(kuò)展，一個帶有集成控制器的創(chuàng)新伺服驅(qū)動器便首次實(shí)現(xiàn)了可用于僅帶有一根運(yùn)動軸的最小機(jī)器模塊以及綜合性多軸系統(tǒng)的通用可擴(kuò)展的技術(shù)解決方案。現(xiàn)在， Lenze公司既在控制器層面又在驅(qū)動器層面滿足了其客戶對技術(shù)解決方案的通用性要求。
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圖3 一個集成在伺服逆變器里帶有中心控制器的機(jī)器模塊的自動化拓?fù)?/p>
Lenze公司的Servo-Inverter i900(伺服逆變器i900)充當(dāng)了分中心和中心智能之間的橋梁。這樣在一部機(jī)器里使用的模塊便既可選擇中心控制又可選擇分中心控制,由此克服了必須從中心控制和分中心控制進(jìn)行二選一的問題。因?yàn)榭蛻裟軌蛴捎布蛙浖ㄔ煲粋€緊密的產(chǎn)品配置，對于客戶來說，兩個拓?fù)渫瑯幽軌蚴褂茫纱耍瑱C(jī)器設(shè)備生產(chǎn)廠家完全能夠根據(jù)應(yīng)用，靈活的對客戶的要求作出反應(yīng)。
這樣，Lenze公司的Servo-Inverter i900(伺服逆變器 i900)可作為分中心智能件作出反應(yīng)，該分中心智能件像Lenze 公司產(chǎn)品組合的其他控制器一樣通過應(yīng)用軟件工具箱“Fast”(Application-Software-Toolbox “Fast”)實(shí)現(xiàn)程序化，并且能夠集中到模塊的控制上，在模塊上加以應(yīng)用。在需要時，沒有新編程序的情況下也可實(shí)現(xiàn)一部復(fù)雜機(jī)器的跨模塊同步。迄今，在中央控制器上實(shí)施的應(yīng)用軟件在Servo-Inverter i900(伺服逆變器 i900)平臺上沒有變化。尤其是當(dāng)擴(kuò)展機(jī)器設(shè)備時模塊的個數(shù)增加，這使得控制的軸的個數(shù)增多，采取這樣的途徑可減少應(yīng)用的復(fù)雜性，并能夠簡化技術(shù)。
對于程序化，借助于應(yīng)用軟件工具箱 “Fast”(Application -Software-Toolbox “Fast”)，有一個標(biāo)準(zhǔn)單元提供機(jī)器結(jié)構(gòu)里的典型應(yīng)用。機(jī)器專有的技術(shù)模塊具有如定位、舉升、卷繞以及切割等功能，或?yàn)槠嚹康氖袌錾系膶C(jī)器進(jìn)行鉛封、以及在內(nèi)部物流、消費(fèi)品、印刷&兌換和紡織品上打印的功能。在此，用戶不再需要進(jìn)行程序化，而僅需要調(diào)整應(yīng)用的專門參數(shù)。Lenze公司已經(jīng)對應(yīng)用軟件工具箱 “Fast”(Application-Software-Toolbox “Fast”)的應(yīng)用進(jìn)行了大量應(yīng)用測試和檢驗(yàn)，用戶可隨即使用應(yīng)用軟件工具箱 “Fast”(Application-Software-Toolbox “Fast”)。
借助Lenze公司這一通用且可擴(kuò)展的自動化產(chǎn)品，可在短時間內(nèi)為每個機(jī)器模塊研發(fā)一個標(biāo)準(zhǔn)單元式技術(shù)解決方案。這樣，原始設(shè)備制造商(OEM)便能夠在獨(dú)特功能的程序化中插入所獲得的時間，這些獨(dú)特的功能同樣能夠很方便的集成到應(yīng)用軟件工具箱 “Fast”(Application-Software-Toolbox “Fast”)里。
將一個中心控制的拓?fù)鋺?yīng)用軟件工具箱 “Fast”(Application -Software-Toolbox “Fast”)應(yīng)用集成到Servo-Inverter i900 (伺服逆變器 i900)平臺上的技巧是在CiA 402的基礎(chǔ)上的標(biāo)準(zhǔn)化的系統(tǒng)界面API (Application Programming Interface)里。當(dāng)控制器借助Ethercat與驅(qū)動器進(jìn)行通信時，這個接口也在i900里實(shí)施。這樣，應(yīng)用軟件工具箱 “Fast”(Application-Software-Toolbox “Fast”)的基礎(chǔ)模塊便同樣能夠按照PLC Open或IEC 61131-3在該系統(tǒng)上無縫反映出來。Lenze公司由此便能夠?qū)σ呀?jīng)完成的編程提供完全的反向兼容性。
