驱动器的新趋势

有一个时间驱动器有一个角色 - 以运动控制器决定向电机发送电流。其他功能，如条件监控，质量控制和规划必须由其他组件执行。今天的驱动器具有板载存储器和处理能力，使其能够提供更大的功能。它们可以在组件故障之前检测轴承缺陷，使操作员能够清除JAM而不调用锁定标记，甚至充当菊花链式驱动器网络的主控制器。最新一代的驱动器包括旨在提高性能，生产率和可用性的修改。让我们仔细看看。

性能
更小的尺寸
今天的驱动器变小了。这部分受到移动应用的增长的部分激励。智能仓库和工厂的广泛实施导致了自动化导向车辆（AGVS）的广泛部署。远程呈现机器人漫游医院走廊，无人机漫游天空，休闲车漫游后台。几乎所有这些都是电池操作和空间受约束。根据应用，它们可能需要高扭矩或高速操作。

为了服务于这一增长的全球市场，已经出现了一类超紧凑的驱动器。由于它们正在关闭电池电量，因此它们旨在以高效率执行。电池供电明显更小的电压，而不是壁插塞电源。驱动器的电压限制了它可以产生的电流，这反过来限制了电动机可以产生的速度和扭矩。例如，经常需要高扭矩的ATV和休闲车，这需要提供提供高功率密度的驱动器。“有驱动器可以在一个适合手掌的包装中提供160个AMPS，其中包含在手掌中，”John McLaughlin说：艾尔摩运动控制（Nashua，New Hampshire）。“这是移动明智的巨大优势。为什么？减轻重量，从该低电压运转的能力并提供高功率。“

在其他情况下，速度不是扭矩，是问题。来自AB动力学的导向软目标（GST）是用于测试高级驾驶员辅助系统的泡沫和乙烯基车辆样机（见图1）。它由低调的机器人平台推动。GST旨在产生与汽车相同的视觉和雷达信号。如果正在测试的车辆会影响GST，壳体剪切，试验车在平台上滚动而不会损坏。

该应用程序空间有限，但电机需要快速运行，以推动平台在高速公路的速度。该驱动器采用了一种称为磁场弱化或相位提前的技术，使电机以额定速度的数倍运行。在正常情况下，当驱动给定子绕组通电时，它们在转子磁铁中产生反电动势。这种电动势引入了滞后的转矩产生能力的电流，降低了电机的速度。Phase-Advanced技术纠正了这一问题，使电机以显著更高的rpm运行。

全局系统并不是唯一具有大小限制的机器。工厂里的房地产总是供不应求。特别是在机器人方面，驱动器需要尽可能小和轻量化。一些机器人应用需要高扭矩来移动较大的负载，因此需要关注高功率密度。另一些则需要低惯性和动态响应的高速运行。考虑一个用于电子组装的拾取和放置delta机器人。“如果你在移动表面贴装组件，你需要非常快速和动态的设备，”Technosoft(位于密歇根州坎顿市)北美销售副总裁约翰•钱德勒说。“你不一定需要2马力的东西。”

振动控制
每块设备具有由运动励磁基础设施形成的自然共振光谱。这些居住程度随着速度，任务配置文件等的负载和运动特性而变化。此外，驱动器也可以作为智能传感器执行。机器练习轴，捕获并分析光谱，驱动器修改任务轨迹以避免令人兴奋的共振。该方法具有各种用例，防止液体液体液体以最小化起重机中的摇摆（见图2）。

生产率
如今，制造商将重点放在了运营有效性(OEE)上，即产品的可用性、性能和质量。驱动器具有越来越多的功能，使它们能够提高OEE，从而提高生产率。

可用性
它从函数开始促进可用性。多年来，驱动器有能力监控电机的当前需求。正确分析，此数据可以提供即将到来的设备故障的预警。以这种方式可以标记的问题包括堵塞，磨损或损坏的轴承和润滑剂故障。

集成了数据记录器和连接的智能驱动器可以将数据导出到边缘设备，以进行进一步处理和警报。这支持向预测性维护的过渡，使公司不仅能够避免灾难性故障的成本，还能更有效地利用其维护人员和资源。

质量
如果你曾经看过纳斯卡的比赛，你就会看到那些模糊的活动，那就是进站。维修站的工作人员蜂拥而起，给车加油，换轮胎。后一项任务是一门艺术。如果从一个螺母到另一个螺母的扭矩不匹配，就会造成不平衡，这种不平衡只会在汽车高速行驶时表现出来，影响性能和操控，并可能导致碰撞。最初，赛车队依靠技术(希望)防止问题。最近，他们通过将气枪的扭矩曲线与预先设定的曲线进行比较，来保持稳定的性能。当两者匹配时，轮子就平衡了。

制造已经开始应用类似的技术来通过驱动器进行质量监控。例如，考虑机床。在生产开始时，运营团队在生产过程中捕获了良好的部分，记录停留时间，速度等的制造数据，在加工时，驱动器收集每个后续部分的数据。驱动器将数据导出以通过将其与标准值进行比较的边缘设备进行处理。如果他们通过，卡被认为是好的。如果没有，它需要进一步的行动。

“他们拥有他们回馈的所有信息，电流，扭矩，所以就可以基本上讲述了产品是否在规格内，”高级产品营销经理Craig Nelson说：Craig Nelson说西门子工业(格鲁吉亚诺)。“这是一种更有效的监控生产的方式。立即，你可以很容易地判断产品是否生产正确。如果没有，我们可以进行纠正，或者把产品从生产线上撤下来。”

使用情况不同 - 该技术可用于过程控制，基于样品的批量检查，甚至接受测试。它节省了时间和金钱，否则将致力于百分之百的检查。它减少了废料和返工。通过智能驱动器和基于边缘的分析，实现是直接实现的。

安全
有时候机器安全意味着物理传感器与在侵犯某些条件时将电源的电力绑定到设备。今天的安全最常通过电机控制实现。它不再是一个响应（削减功率），而是一个过程（仅在这个信封内移动，不在此速度上方工作）。该方法可以保护工人，设备和过程本身。

最初的实现涉及控制“哑”驱动器的安全plc。最初的功能是安全扭矩关闭，这防止了轴产生扭矩，但没有拉动电源。这将导致更快的重启和减少停机时间。

最近，与安全相关的驱动已经开始接管安全功能。它们超越STO调用更复杂的功能，如:

• 安全有限的速度（SLS）：设置最大速度。
• 安全方向（SDI）：限制运动方向。
• 安全有限增量（SLI）：限制运动增量以支持慢跑操作。

这些类型的功能可以通过减少停机时间直接提高生产率。例如，SLI可以让操作者利用机器的动力来清除堵塞。SDI和SLS使涉及人员的操作能够在保持严格的安全条件下迅速进行。轴向操作人员的手移动可能是危险的，但向远离操作人员的手移动可能要快几倍。能够在驾驶过程中为速度和方向设定阈值，使这些类型的安全方案易于实施。

安全额定驱动器通常具有内置连接，以便于实现。该方法减少了布线，速度速度，并除去故障点。几乎所有主要的工业现场总线协议都有安全版本，旨在检测任何通信问题，然后才能损害该系统的反应。

对本文采访的所有来源都同意该技术正在推出早期采用阶段。“验收现在真的很扩大，因为它提高了生产力，”纳尔森说。“最终用户可以从用于要求锁定标记的事件中快速恢复。”他还指向连接性和易于安装作为主要优势。“之前，OEM必须订购和安装安全继电器，为他们生产的每种机器都能安装。他们不得不做所有的布线，这可能会变得非常昂贵，而且它们会产生它们所建造的每台机器的成本。通过安全集成技术，在控制驱动器的相同通信网络上，连接已经存在。软件需要写一次。之后，它只是每个未来的机器下载。这是OEM和一个大型区分的竞争优势。“

可用性
除了提高性能和生产力外，今天的驱动器旨在使OEM更轻松地让生活更轻松。进步包括自动调整以进行快速调试。

曾几何时，调整伺服轴既是一门艺术，也是一门科学。这是一个过程，必须发生在调试实际的机器和负荷。自动调优涉及PID循环调优，有时甚至需要几个小时，即使是经验丰富的技术人员。驱动器行业的回应是自动调优。钱德勒说:“我们的客户每天都在为不同的应用调试新机器。“自动调优已经成为常态。我认为这对设备制造商来说是有好处的，他们需要迅速委托机器，而不必从工厂请来专家。”

早期版本的自动调优驱动器承诺的比实际交付的要多。他们给你一个初步的估计，但仍然需要大量的手工工作和技能。目前的自动调优驱动器已经得到了极大的改进(见图3)。“机器制造商需要这些工具工作，他们需要它们的健壮性，”Chandler补充道。“只要按下一个按钮，在30秒左右的时间内，你就能达到95%的完美效果。如果你真的想优化它以保持稳定，或者优化它的平滑度或低噪音，你可以从那里手动调整。”

自动调整不仅有助于调试。更复杂的驱动器可以动态地适应保持性能，即使在变化的条件下也可以保持性能，例如如果皮带松散，轴承或滚珠丝杠螺母失去其预加载等。这些类型的自动调谐驱动器可以检测到问题，修改调整到减轻问题，并向维护发送警报，以便在环境许可时能够解决潜在的原因。

其他可用性趋势包括为整个产品线提供统一管理软件以简化配置。在某些情况下，公司正在构建可以从任何连接设备通过Web服务器编程的组件，或者使用传统的高级语言，如c++。“我们试图在这里推广的是易于安装、易于维护、易于诊断、易于与工业4.0集成，”Joaquin Ocampo说博世力士乐(霍夫曼地产,伊利诺斯州)。“原始设备制造商应该只寻找易于安装和立即运行的产品。”甚至连布线都变得更容易了，因为只有一张表可以同时携带电力和数据。

驱动架构
没有关于驱动器趋势的对话将在没有快速状态检查分布式与集中式架构的进度的情况下完整。这可以考虑两个级别：

• 分布式硬件：将驱动器放在电机旁边的机器上，而不是将它们定位在带有运动控制器的气候控制柜中。
• 分布式智能：通过驱动器控制轴而不是使用单个集中式PLC /运动控制器来形成路径规划并传输到驱动器以进行执行。

分布式硬件
集中式架构一直是传统的解决方案。保持气候控制柜中的驱动器和控制器可以保护它们免受热挥杆，污染和冲击和振动。集中控制将自身带到非常高的性能运动或同步运动。在下行，集中硬件需要更多布线，这增加了成本，安装时间，错误的机会，以及失败点。机柜采用地板空间，消耗能量，用于气候控制，以消散由大量电子元件产生的热量。

分布式硬件架构的控制器只需要一个机柜即可。驱动器位于电机附近，这将最大限度地减少电缆和相关成本、时间和复杂性。

分布式智能
集中控制是默认的方法。它特别适合高度复杂的同步或协调运动。也就是说，它给控制器带来了巨大的处理负担，无论是PLC还是运动控制器。这增加了成本和规模。分布式控制体系结构提供了一种替代方案。

十年前，普通智慧持有的分布式控制仅为低轴计数和简单的动作可行。其他任何东西需要集中控制。然而，现在多年来，配备以太网连接的智能驱动器已经提供足够的性能来处理各种应用程序。

将性能级别添加到上面的列表中，分布式体系结构应在此时毕竟将进入广泛部署。然而，正在进行的克制是谁？明年。

解决方案背后的原因不是技术的函数，有些建议，这么多被市场循环驱动的。“它提供了很多优势，但它真的很慢，”纳尔逊说。““我们真的看到了很多客户只是保持传统的方法。”他建议，在某种程度上，它可以粉笔倒入最低阻力的路径。“他们没有人力或资源来利用该技术。他们说;这一切都很棒，但我太忙了。“

在某些情况下，这是简单的实用主义。在当前平台中可能没有空间在机器上安装驱动器。在集成电机驱动和其他看起来很有前途但市场份额增长缓慢的技术方面，这一点可能尤其大胆。

“许多机器在电机轴上没有足部打印空间，以能够集成电机和驱动器，因此这肯定是通过集成驱动器和电机的采用发生在某些行业中的速度很慢，“兰迪Summerville说，Simotics Motion Control Motors Siemens产品经理。他指出了该技术的成长领域，成为大型输送系统和航空航天制造。

在许多情况下，问题不是技术性能和成本优势，而不是仅仅是一个时序之一。机器制造商通常每10到15年一次修改其平台。这是他们更有可能拥抱需要更改设计的新组件的点。“你必须在合适的时间得到它们，”Ocampo说。“切换确实需要重新设计机器。因此，一旦OEM决定是时候升级或重新设计了，就是这是一个关于福利的良好对话的时候。“

在我们结束之前，最后一个驱动器趋势，这不是一个好的。通过蓬勃发展的全球经济驱动，加上了从事互联网等新兴技术的飙升的需求，这是一种电子元件的全球短缺。电容器和电阻器等的超时时间甚至是平凡的装置在20和40周内运行。这似乎不是泡沫。许多电子产品制造商在经济衰退期间缩减并改变他们的库存商业模式。因此，他们无法满足意外的高需求。

短缺有显着影响推动市场。期待有限的可用性，长期交货时间和更高的价格。在尽早获得订单并尽早，随着驱动器的交货时间可能几乎是作为电子产品的发毛时期。

在这个特殊的小故障之外，驱动器市场正在增长强劲。机器建设器和最终用户可以利用各种技术来提高性能，生产力和可用性。特别是当转移到下一代平台时，OEM和机器建设者应该利用集成新技术的机会。通过添加的技术，他们可以大大提升其设备的价值主张。