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Sigmatek C-IPC在螺栓緊固機(jī)械上的應(yīng)用
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(jìn)行實時的驅(qū)動控制。Stöger 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(dá)進(jìn)行驅(qū)動，并已經(jīng)在今年的Automatica雜志進(jìn)行了專門的報道。為了能夠更好地對螺栓緊固設(shè)備進(jìn)行可視化的控制，他們越來越多地開始采用Sigmatek的產(chǎn)品。“我們已經(jīng)和Sigamtek合作了2年的時間。而且已經(jīng)開始進(jìn)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(biāo)準(zhǔn)的控制系統(tǒng)�！惫镜亩麻L兼總經(jīng)理Lorenz Stöger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(jìn)行高速模擬測量值的采集和對馬達(dá)的高速控制是評價螺栓緊固機(jī)械的終極標(biāo)準(zhǔn)。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(dāng)開始旋入的時候需要盡可能地高速，而快達(dá)到所需的深度或者/以及達(dá)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(jìn)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(dá)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(dāng)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(jī)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(zhǔn)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(jìn)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(zhǔn)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(jìn)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(yuǎn)程控制方面則可以通過Modem和串行通訊口來進(jìn)行。
一種控制理念
Stöger自動化公司設(shè)定了一種新的控制理念，即機(jī)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(kuò)展的I/O模塊則可以根據(jù)需要再進(jìn)行添加。Stöger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(biāo)準(zhǔn)的先進(jìn)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(jī)驅(qū)動的控制：對于控制器來說，馬達(dá)驅(qū)動的種類是無關(guān)緊要的。不論是普通的馬達(dá)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(dá)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(xué)中接受這種面向?qū)ο蟮木幊膛嘤?xùn)。
Stöger Automation GmbH公司的總經(jīng)理Lorenz Stöger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(rèn)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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