运动控制工程

有一段时间，伺服电机被认为是精确但挑剔，低功率运动解决方案降级到实验室。没有更多的。当今强大的，用户友好的，高扭矩伺服电机正在越来越多地取代液压，气动，和感应电机在一系列制造应用，包括木材加工。忘掉过分讲究吧——运动控制在锯木厂、家具制造、甚至造纸生产中执行着关键任务。

记录伍德
在把原木翻成木材之前，必须用圆锯把原木锯成方形。传统上，这项任务是由液压定位锯片。问题是一旦叶片就位，快速重新定位以适应不同直径的原木根本不可行。取而代之的是，工厂必须按尺寸对圆木进行分类，并一次切割一组圆木。

输入运动控制。“有了电子机械，他们可以做他们所谓的扫描和集合“约翰·沃克说，他是Exlar公司（明尼苏达州的Chanhassen）负责销售和市场营销的副总裁。”视觉系统或空间光阵列系统测量原木的轮廓，并确定从中可以得到的最大尺寸的方形原木。当每根原木通过时，执行器移动锯片将其切割至最佳尺寸。液压系统不够快或稳定，无法做到这一点。他们在行动结束时有太多的超调和不稳定因素，无法做出足够快的反应。”

线性执行器在方形的原木切成木材后也会发挥作用。标准2英寸x 4英寸x 16英尺的板可能会从磨机中出来几英寸或十几英寸太长。高速栅栏 - 由线性执行器驱动的一系列佩佩尔斯 - 将电路板压入锯的入口处的适当位置，以便它可以将它们修剪到正确的长度。

整个组件涉及四到八个致动器，需要在同步中运行，因为横向导向的电路板通过输送机通过。第一挡板/致动器通常具有6至10英寸行程。“第一个排队的工作是最大的工作，”沃克说。“大多数板不需要比这更长度更长。需要比第一执行器的行程的长度更长度调节的那些，然后通过下一个等等来调节。“更大的熔点数量越大，线路就可以越快，较低的船板反弹的机会越低。

线性执行器更容易安装，同时提供更少的过冲和更高的稳定性。“这些植物在冬天可以非常寒冷，夏天非常热，”沃克说。“那些大的温度摇摆使得难以保持液压系统的运动稳定性，而不会进行大量连续调整系统。”运动控制的另一个优点是系统可以预先编程一系列板长度，使切换在操作面板上的少量调整方便。“

Exlar的致动器还用于控制锯片的刀片，锯片将原木削成胶合板的单板。

污染的挑战
在制造环境中，污染总是一个问题，但对于木材加工来说，这是一个棘手的问题。锯末和其他微粒到处都是。在锯木厂，树液也成为一个因素。部件需要密封，但表面也必须受到保护。硬铬棒往往能减少sap的问题，但有时这还不够。”沃克说：“实际上，有些客户会在活塞杆上使用间歇性的油滴，以防止汁液粘住。

木屑带来了双重挑战。致动器或电机的污染可能是一个主要问题，实现微粒安全密封并不像听起来那么容易。沃克说:“随着时间的推移，堆积会对任何类型的密封造成挑战。”靴子和保护性风箱可以保护木棒，但靴子的挡板本身就会塞满锯末，从而产生一系列问题。

其中，热问题。房屋或散热器上厚厚的木屑层可以起到隔热的作用，使其更加难以除去多余的热量。沃克指出，幸运的是，过热现象很少发生。“锯木行业是非常保守的，所以我们很少接近边缘的规模，我们可以在一些应用。通常情况下，发动机并没有达到满负荷运转。”

前进，沃克看到了更换液压的运动控制系统，尤其是在上述应用程序中的应用中，转换为绝对编码器。虽然液压装置通常具有绝对线性反馈装置，而大多数线性致动器由配有螺钉的旋转电机组成。“缺点存在，如果它只是[配有旋转变压器或正交编码器，你没有那种反馈的绝对线性组件，”他说。“通过去绝对的编码器，你有那个。绝对编码器提供更高的分辨率和更高的速度，因此它们适用于运动应用。“

木家具
木材一旦被切割成木板，就可以用来制作家具等产品。在工厂里，运动控制被用于做所有的事情，从切割板到弯曲元件，再到把刨花板暴露的边缘打包。“你有几个轴需要非常精确的定位，”Ralph Baran说，他是马达和机电产品经理西门子Energy＆Automation Inc.(亚特兰大,乔治亚州)。“你需要让工具与穿过机器的面板的速度同步。”运动控制提供了一个解决方案。

系统设计的细节取决于应用程序。在某些情况下，例如当应用程序只涉及一个或两个轴时，集成驱动的智能电机提供最佳性能。更常见的情况是，集中控制占据上风。巴兰说:“从价格的角度来看，在多轴系统中进行集中控制更有趣，特别是当你有灰尘很多的木材加工机器时。”

“当你加工木材时，你会得到非常细的颗粒和锯末，这些会铺在驱动系统上。你需要一个干净的表面来冷却驱动器时，它被分配到现场。我们建议与一个单独的面板和驱动器系统，只有电机在现场。然而，在热利用率低的辅助轴中，如数控路由器中的刀具更换器，分布式驱动技术是一种经过验证的解决方案。”

如果你把大量的电子元件装进一个面板，你仍然会产生大量需要散热的热量。最简单、最常用的方法是通过风扇冷却，使用过滤空气交换系统。当然，在处理细颗粒物时，即使是高效空气过滤器也可能无法应对这一挑战。在面板上添加散热片可以吸收一定量的热量，特别是如果散热片是风冷的，如果是内部的，或者只是放在面板外面。当然，后者又会让你陷入木屑绝缘的问题，这意味着散热片需要定期清理。

第三种方法涉及安装在面板内的水冷铝冷板。“你可以通过在面板外面没有空气交换到面板外面的空气交换，所以你真的可以确保没有灰尘，”巴兰说。“当然，水冷的方法增加了复杂性，成本和失败点，因此它往往是最后手段的解决方案。

烘干纸
运动控制也符合纸张加工行业的挑战。一旦木浆变成纸，必须将所得产品干燥并卷入卷轴上。这个过程在所谓的情况下进行干烟草在90摄氏度的温度下保存。

传统系统中使用的感应电动机的问题是它们太大了。为了达到所需的扭矩和速度，1000或2000转/分的电机必须降到200或600转/分，这需要相当大的齿轮箱。因为这条生产线的每一个轮子的高度不同——2米、1.5米、1米等等——电动机和变速箱必须安装在混凝土垫上才能匹配，这意味着占地面积很大。

空间涉及推动福伊特纸，其中一个最大的纸张行业OEM，即用于运动控制解决方案的西门子。“用高扭矩伺服电机，我们将电机直接连接到干辊轴上，”巴兰说。“你不需要有混凝土或其他支持电机的东西，你不再需要变速箱了。因此，福伊特可以将其设计从相对强大的空间设计中改变为节省空间的设计。“

不需要变速箱也能提高效率。对于一个24/7运行的造纸厂来说，即使是5%到10%的电力消耗下降，每年也可以达到数千美元，提供快速的投资回报。此外，更少的组件意味着更少的故障点，从而节省更多的维护和停机时间。

处理热量
客户专门要求在干罩下方的电机，与通常坐在外面的感应电动机和齿轮箱不同。因为干罩的目的是消除水分，所以引擎盖下的区域是无水湿度的，可以高达35％。添加至此，环境温度足够高，不仅降低了电子设备，而且使磁铁造成挑战。

“我们需要制造一台电动机来处理这些温度和高湿度，例如使用一种特殊的磁性材料，”巴兰说我们在磁性材料上涂了一层涂料，以保护它不受高温和潮湿以及空气中除水以外的化学物质的影响，然后我们在电机上涂了一层特殊的油漆，以确保湿度不会对其造成伤害。”他们还添加了一个专为恶劣条件设计的编码器。

尽管存在热量和污染的挑战——更不用说高速从传送带飞出的原木了——运动控制在木材加工行业仍然存在。这项技术在整个食物链中提供了强健、稳定、可靠的运行，客户肯定看到了树木的好处。