让你的应用程序与运动控制的下一个层次

闭环运动促进了非传统应用，如材料处理和过程控制。

大约十年前，一位有创新精神的思想家想出了一个聪明的主意:在风扇上安装一个变频驱动器。他们可以调整风扇的转速，让风扇按照需要运转，或者干脆不运转。结果呢?更低的电力消耗，更少的故障，更少的停机时间，更少的维护，所有这些加起来的成本节省远远超过了最初的资本支出。今天，这是一种常见的策略，但在当时，它给最初的创新者带来了巨大的竞争优势。随着运动控制变得越来越友好和实惠，这种情况正在悄然开始在许多应用程序中重复。继续读下去，看看你是否能将其应用到自己的行业中。

今天的运动
如果你不是一个机器制造者，你可能会专注于你的核心价值主张，而不是运动本身。幸运的是，最新一代的运动组件被设计为简化入口点，具有许多特性:

• 连通性：一些运动总线和网络协议促进组件之间的通信。这简化了连接和更新，同时提高了安装和维护的效率。通常，供应商和系统集成商可以登录到机器进行远程诊断和故障排除。组件不仅在网络内通信，而且从网络发送数据从车间到顶楼．弹性环架构还可以防止单个设备的故障导致整个系统崩溃。
• 智能：在组件中添加板载存储器和处理电力驱动器电机大大增加了功能和可用性。电子名片允许系统识别驱动器，例如，它一旦连接并下载正确的参数。当组件失败时，它不再盯着闪烁的红灯并试图确定问题的问题。设备不仅可以确定和显示确切的问题，它们经常通过修复用户来指导用户。更好的是，他们提前发出问题，例如发送消息以标记过流状态。维护在您的日程中进行，而不是响应危机。
• 易用性:这些智能组件使运动系统更容易集成。例如，一个只需要几个简单运动轴的应用程序，可以由集成电机驱动器或带有智能驱动器的电机提供服务，而不是标准的运动控制器、驱动器、电机架构。更少的组件意味着更快的集成、降低成本和减少故障点，自调优驱动器消除调整PID环路的艰苦过程，超速整合和调试。其他创新使其易于向系统添加安全性。
• 更高的功率:曾经有一段时间，伺服电机被降级为复杂的仪器，只需要小数瓦的电机。今天，千瓦级伺服电机已经随处可见，并被用于重工业，如码头边的起重机。

除此之外，还有不断提高的价格效率。在许多情况下，从开环运动到闭环运动的转变是渐进的，部分原因是机电解决方案与现有技术的背离。然而，就像风扇的例子一样，应用程序和企业正越来越多地通过反对常规做法和研究运动控制而获得优势。

保健和生物技术
长期以来，运动控制一直是精密医疗设备(如胰岛素泵)和生物技术系统(如DNA测序仪)的支柱。现在，这项技术正被应用到一些简单的应用中，比如病人摆桌子。乍一看，这似乎是一个过度工程的案例——毕竟，把病人从一个地方送到另一个地方并不是一个高精度的手术。为什么选择运动控制?

“是什么让工程师决定这对他们有用?”通常是因为这解决了他们的问题，或者让任务变得更简单，”里德亨特说Kollmorgen(弗吉尼亚州Radford)。“在这种情况下，它可能会让事情变得更容易。”传统的方法利用限位开关和接近传感器的开环运动。然而，开关会失败，当您处理患者时，您不想冒险。“使用闭环运动控制系统，你可以随时知道位置。如果你的移动完成了一半，你的控制器就会知道。因此，如果发生了什么事情，你可以更容易地了解机器的状态，这将允许你告诉操作员如何更好地排除故障。”

这里的主要驱动因素是增加了易用性和降低了成本。“多年来，电脑和控制器变得越来越复杂，”亨特说。“拥有一个控制器来监控桌子上所有电机的三到四个位置、速度和电流的技术成本不再那么高了。它是随车而来的。即使是最简单的控制器也能获得大量的系统参数来帮助做出判断。”

长期以来，运动控制在DNA测序仪等系统中一直发挥着关键作用，但最近它为离心机等更简单的设备添加了功能。为基因分析准备液体样本是获得准确结果的关键步骤。细胞需要在离心机中从宿主液体中分离出来，提取液体，添加新的试剂，这个过程是详细的，精确的，耗时的，通常是乏味的。

为了简化过程和消除人为错误，一个制造商开发了一个闭环反馈系统。试管盒装在一个步进电机驱动的旋转木马上，旋转木马执行复杂的芭蕾舞动作，将试管进出离心机，并在适当的时间将精确量的试剂注入试管中。离心机本身采用伺服电机驱动，保持精确的变速控制。为了避免电池从液体中分离出来时受到干扰，控制减速尤为重要。该系统在45 - 60分钟内自动、重复、可靠地完成整个过程。实验室在获得准确制备的样品的同时，使工作人员能够集中精力于更重要的任务。

机器人
虽然机器人似乎是一个明显的运动控制应用，在这种情况下，我们讨论的不是汽车组装机器人或电路板组装的拾取和放置单元。在个人服务领域，机器人正在成长，运动控制也随之成长。随着人口老龄化，越来越多的人将被安置在长期护理设施中。在那里，低端机器人可以发挥作用，例如检索物品或帮助病人进出床或浴缸。

这些简单的设计，只有少数轴。为了为它们服务，运动控制元件需要简单且经济。“我认为硬件现在是这样做的，但障碍是软件开发和集成的成本和复杂性，”IHS技术高级分析师 - 旋转机器和控制器Michelle Figgs说。“您在工厂中看到的机器人非常复杂。您需要专门的控制器和专门的背景来编程。有更容易编程和实施的东西将是将机器人从工厂提供并使用它的关键更非传统方式。“

物料搬运-输送机
传送带在从生产设施到仓库到机场的各种应用中发挥着关键作用。今天，运动控制在某些领域提供了好处。在许多情况下，输送机被认为是恒定扭矩的设备，在负载固定的情况下，改变速度不会影响系统运行所需的扭矩。在这些情况下，变频驱动器可能会节省运营成本，但投资回报可能比组件的额定寿命更长。

当负载发生显著变化时，情况就不同了。从矿山到配送中心，运输矿石的输送机可长达数十公里。以煤矿开采为例。如果井下下雨，煤被弄湿了，输送带上负载的重量就会发生明显的变化，导致电机磨损甚至失效。相反，传感器可以跟踪条件，并与闭环运动系统通信，调整输送速度，以最大限度地减少对运行的影响，同时最大限度地延长电机寿命。

其他输送装置的运行时间要短得多。输送机可以与工厂车间的其他机器连接。在其他情况下，使用运动来控制加速和减速可以防止产品在通过机器视觉检测系统之前损坏或改变方向。说到检测，对于要求严格定位的检测应用，如在半导体制造中发现的，运动是一个更明显的资产。步进电机，即使运行开环，可以提供良好的性能在短距离-你命令一个步骤，你得到一个步骤。在更远的距离，伺服电机可能是一个更有效的解决方案。

在某些情况下，更换发动机仅仅提供了经济效益。无刷永磁电机，运动控制的工作马，提供高扭矩密度和紧凑的包装，即使在开环运行。

流程工业——泵
控制流体流动对化工、食品加工、采矿和石油钻探等行业至关重要。在传统的设计中，固定转速的马达驱动泵，使流体运动，而阀门则降低流量。在最好的情况下，这是一个低效的过程——即使在不必要的时候，马达也会全速运转。真正的问题出现在需要关闭流动的时候。当阀门完全关闭时——这一过程被称为deadheading——就会产生一个巨大的压力峰值。突然，泵的叶轮叶片只是简单地再循环相同体积的流体，加热物料。当空流突然发生时，它会产生一个巨大的压力峰值，再次加热流体。

在最好的情况下，这会使设备变形，增加磨损并降低使用寿命。最坏的情况出现在涉及泥浆的采矿等应用程序中。空头可能导致泵扬程内的气蚀。如果有水污染了泥浆，堵头引起的热量和压力增加会将水转化为蒸汽，导致泵壳发生灾难性故障。在这种类型的应用程序中，停机的代价可能非常昂贵，远远超过更换组件的价格。Dynapar公司东区销售经理/OHV经理Allen Chasey说:“买一台发动机，一直全孔运转，然后用阀门节流，已经没有任何意义了。”

运动控制提供更好的替代方案。在本申请中，运行闭环的AC矢量电动机控制流量。现在，用户可以通过更换电机速度而不是用阀门节流来进行调整。这并不完全消除对阀门的需求，但它会减轻负面影响并消除失败模式。这减少了停机时间，减少维护成本和更换设备的成本。“授予，你有初始成本，但系统将在一定时期内支付自己，”Chasey说。

液压系统应用程序
用于水射流切割的泵同样迁移到使用伺服电机，因为该技术提高了能量效率。“有一个整体的其他泵，如液压泵，搬到伺服，”Arc咨询组的研究总监Sal Spada说。在经典的液压系统中，压缩机/泵对主液压缸压力施加压力，其又通过液压线转移到电力，以在另一端移动一个或多个液压致动器。液压缸产生巨大力量，但它们泄漏液体，这可能是许多环境中的问题。它们还倾向于效率低，并且需要从泵运行到致动器的液压线。跑数千脚的线条，如海底石油勘探，可能是成本普及，也引入了额外的失败点。电静压执行器（EHAS）提供一种选择。

最初开发用于航空航天和防御应用，EHAS在主缸中使用的压缩机/液压泵用于右侧致动器的电气泵。步进电机或伺服电机驱动泵将力直接施加到致动器上。电机，泵和液压缸都适合同一包装。结果是一种电气控制的装置，可清洁和更节能。任何成本差异都是通过消除液压软管而抵消，更不用说提高的精度和可靠性。尽管EHAS不能完全匹配传统液压系统的力量，但千瓦级伺服电机使它们有效地对风力涡轮机定位叶片的应用，并且它们可以对其他工业应用有效。

“它可能正处于起飞的边缘，”Spada说。“没有所有的管道设施是一个巨大的优势。它变成了一个电子界面，而不是流体界面，尽管它给了你液压系统的所有好处。人们正把它转移到工业领域，因为我认为它变得成本合理了。”当然，这种方法可能会对现有的以传统运动控制运动取代液压的趋势产生负面影响。他补充道:“在这些类型的封装中，你能产生多大的力是有限制的，但它们将有一个利基市场，肯定会限制传统伺服电机在这些类型的应用中的采用。”

添加它
既然如此，为什么企业要避免使用运动控制呢?通常，它源于两个基本的误解:运动控制是复杂的，运动控制是昂贵的。正如我们上面讨论的，复杂性在大多数情况下不再是一个问题。“一些终端用户希望尽可能少的自动化，因为如果机器出现故障，他们不想派工程师带着笔记本电脑去诊断发生了什么，”蔡西说。“但现在很多部件上都有非常基本的诊断，会说，‘嘿，这是我受伤的地方，这是你需要做的事情。“操作方法可能很简单，比如转动一个螺丝或更换一个部件。这让事情变得简单多了。”

从成本角度来看，运动控制解决方案可能比你想象的更便宜、更容易部署。例如，如果你只操作一个或两个轴，你可以不用独立的运动控制器，只使用集成驱动的智能电机。更少的组件意味着更低的资本支出和更少的时间花在设计和集成上。

需要考虑的更重要的一点是，用户获取成本不一定是将动作设计到产品中的最佳参数。当然，你必须证明资本支出的合理性并获得批准，但工业系统的设计可以持续数年，如果不是数十年的话。从长远来看，运营成本将是组织的主要度量标准。这就是运动控制可以节省大笔开支的地方。

亨特说:“电子轴系或电子传动装置、协调运动和凸轮最终达到了可靠和划算的地步。”“你现在可以用这笔钱获得很大的控制权。”当你构建下一个产品或系统时，考虑运动控制，看看它是否真的会给你带来好处。