运动控制应用中的新功能？

将工程视为找到问题的解决方案很容易，但并非总是如此。有时，改进的解决方案提示用户将它们应用于新问题或以不同的方式将它们应用于现有应用程序。这肯定是现在运动控制的情况。这种技术部门在以前从未如此。从工业网络和智能工厂到自动调整驱动器，智能输送机和套件电机，该技术采用性能，灵活性和易用性设计。

“这是在自动化中工作的很酷的时间，因为这项技术如今如此惊人，”斯科特卡尔伯格（Waukegan，伊利诺伊州）产品营销经理Scott Carlberg说。“对于最终用户和OEM，它比以往任何时候都更容易提高效率和吞吐量。他们不必花几天时间微调整机。“

使它容易
从原始设备制造商到最终用户，工程技术人员在各个领域都变得不那么深入。剩下的员工需要专注于核心价值主张——医疗测试的分析仪器，半导体制造等。在重工业的情况下，如采矿，海洋和木材加工，他们可能没有人手来处理机电系统开始。为了满足对易用性和性能的广泛需求，供应链上的供应商开始关注满足这些需求的产品。

自动调整是一个示例。用标准PID循环技术调整驱动器可能需要几个小时，甚至是技术工程师的工作时间。第一个自动调谐驱动器可以使性能变为第一个近似，但有人仍然必须拿出一个螺丝刀并与电位器一起摆动，以使系统工作。然而，最新版本提供了高度的复杂性。当然，最苛刻的应用程序可能仍然需要有一些工程师有经验的工作，而是为了大多数情况下，自动调整驱动器正如宣传的那样工作。它们中最好的不断调整机器状况的变化，并通过网络发送警报，以警告即将发生的问题，然后导致失败。

与工业网络兼容的组件的广泛可用性进一步提高了易用性。插进任何一个端口，你都可以访问整个系统。如果机器连接到互联网，oem和集成商可以很容易地监控性能并排除错误。他们更少花时间乘坐飞机飞往遥远的工厂，资产所有者也更少花时间在一条下降的生产线旁踱步，看着亏损增加。相反，他们可以让自己的行运行并获取信息，以便更好地理解操作。如果某个组件出现故障，他们会更快地发现原因，并尽快恢复运行。

在一个软件定义的无线电和软件定义的网络的世界里，我们正迅速地向软件定义的自动化方向发展。转换需要几分钟，而不是几个小时或几天。具有网络服务器功能的网络机器可以从笔记本电脑到智能手机等设备上远程查看。重点仍然是灵活性和可用性。

对于原始设备制造商来说，预先编写的代码的可用性使他们能够在无需维护大型开发团队的情况下进行创新。“这对终端用户有好处。这对原始设备制造商有好处。这只是省去了很多苦差事，”贝加莱工业自动化公司(B&R Industrial Automation, Roswell, Georgia)业务发展总监约翰•科瓦尔(John Kowal)表示。所以像文件处理、访问控制这样的任务，以前每次都要编程，现在不用了。你可以重复使用这些物品，把时间集中在你能带来价值的地方。”

OEM可以编写自己的代码，它们可以从预先写的函数块开始并添加到，或者它们可以执行两者的混合。他观察到，越来越快地，越来越有一个好处，只有一个好处。“您的工程资产变得越来越非常宝贵。他们更难以替换。因此，如果您能够充分利用您当前的工程人员，并且希望使他们的生活更容易，这使得保持留住它们，以保持激励。“

这些只是导致整个行业发生变化的一些因素。现在让我们探讨它们在应用程序方面的影响。

恶劣的环境
性能和易用性使得运动控制在传统的由液压、气动、甚至是感应电机和凸轮主导的应用中占据了一席之地。例如，在木材加工中，引入伺服电机极大地提高了生产率。

当收获的原木到达磨机时，他们首先得到Debarked，然后通过一个粗糙的锯步进，其中清洁的原木被切成木板。定位灵活性很重要，因为并非所有日志都是直的。当它们装入锯时，也可能存在一些定位误差。锯片需要调整以补偿任何偏斜。调整更精细，可从每个日志生产的可用木材量越大。

一个主要的木材处理器看到了一个机会，通过切换从机械轴系到运动控制粗锯步骤提高输出。机械系统可使叶片位置变化±15°。基于伺服电机的系统将这个角度削减到±3°。该站从每分钟45块板的加工速度提高到每分钟75块板。它还可以从每根原木中生产出更多的高价值木材(见图1)。“使用旧系统，他们可以从一根原木中获得低至50%的产量，”区域运动工程经理Michael Miller说，Yaskawa America(沃基根,伊利诺斯州)。

在一个关注清洁能源的世界里，风力涡轮机的重要性与日俱增。伺服电机系统用于调整叶片的位置，以最佳地提取迎风的能量。风力涡轮机的一个问题是，不断的抖振旋转上部组件的方位。随着时间的推移，这会导致磨损，降低性能，并需要昂贵和困难的维护操作。基于伺服驱动的偏航控制系统有助于控制这种运动。它采用封装电子元件，可以承受高达1G的振动(见图2)。

同样，海洋部门也开始利用机电解决方案。首先是使用船用泵和压缩机上的变频驱动器。虽然这不是运动控制，但它确实代表了电子电机控制的入口点。最近，伺服电机开始被用于游艇等小型船舶的水平和稳定系统。这些主动稳定系统的设计是为了补偿汹涌的大海，利用反馈来保持甲板尽可能的稳定。

在这两种应用中，电机和驱动器需要足够的坚固耐用，以容忍潮湿、热和振动，而不会过早故障。它们需要直接集成到系统中并进行维护。这就是上面描述的一些好处得到回报的地方。

制造业
过去几年的改进使制造业发生了很大的变化。传统上，机床领域是运动控制的一个强有力的应用领域。激光切割、水射流切割、等离子切割机等数控设备需要在运动轨迹上尽可能平稳地移动。这就是最新一代的反馈设备，加上自适应调整和控制算法，显著提高了零件质量。

“这完全是关于信息，”卡尔伯格说。“说你有一个24位的编码器。您无法置于革命的一六十六百万升，但拥有所有信息使您的调整循环变得更加更紧，错误的误差量少得多。我们实际上测量了电机比在前一代中的速度降温20°，只能从减少的错误中运行。“

对于点对点运动，它不是路径平滑的问题，但是负载可以快速到达目的地并在没有过冲或振铃的情况下定居。此处，该技术也表明了显着的改善。Miller描述了一种对其拾取系统改造的客户，以将50 ms降低到4毫秒的安定时间。变化增加了一部分，每小时29.24美元的收入跌幅。这可能听起来不太喜欢，但在一年中，它增加了超过140,000美元。

有一段时间，原型设计是一个漫长的，昂贵的过程，需要熟练的机械师组装每个部分。如今，该原型恰好可能使用3-D印刷制造。3-D印刷涉及加热某种形式的塑料或聚合物并挤出其以通过层构建形状层。根据部件的尺寸和复杂性，过程可能需要数小时甚至几天。

对于3-D打印的有效运动在材料沉积期间需要平滑的路径，并且在挤出机头移动到新位置时，快速点对点移动具有最小的沉降时间。早期版本的机器基于步进电机。然而，由于项目变得更加复杂，所需的需求正在发生变化。“3-D印刷机正在从步进电机到伺服电机的增加，因此它们可以具有更好的性能，更好的重复性和更长的寿命，”米勒说。

卡尔伯格表示:“企业正在超越仅仅使用3d打印来制作原型。”“这项技术发展得如此之快，以至于人们开始考虑将其用于实际生产部件。我认为今天可用的伺服技术是3d打印取得这些进步的部分原因。”

减少沉淀时间可以使挤出机头更快地从一个点移动到下一个将开始沉淀材料的位置。在一个多天的运行过程中，即使在每个动作中减去几毫秒，也会产生戏剧性的效果。

运动的新路线
制造自动化用于专注于制造很多相同的东西。今天，努力以定制为中​​心。在这里，智能传送系统发挥着关键作用，因为制造措施更接近难以捉摸的“一批。”智能输送机系统由在预配置轨道上运行的自主推车组成。从某种意义上说，电机的元件在两者之间分开。轨道包含电机线圈，而卡片包含永磁体。选择性地激励轨道将推车移动到不同速度的不同位置，并且具有不同的购物车间距。

Arup Laboratories，犹他大学病理学大学，专门从事临床诊断。它提供了3000个不同的测试组合的数组。在美国提供医院，诊所和实验室，它拥有一台两层玻璃器，可存储高达230万个标本。它采用智能输送系统，具有超过200米的轨道，使其能够每小时处理6000个样本（见图3）。

每个样本被放置在一个磁性的“冰球”中。每米轨道包含60个电机线圈。当被激活时，它们会移动实验室周围的公园，进行各种步骤，包括解冻、准备、测试等。

对于此类应用，识别，跟踪和正确路由样本是必不可少的。“它们将测试标本绑定到其中一个移动的推车，他们通过诊断实验室完全路由历史记录，”Magenemotion产品线经理Neil Bentley说罗克韦尔自动化（Devens，Massachusetts]）。“他们正准备进行重大升级，他们希望提高他们的过程的质量。对于他们而言，样本的路由历史非常重要。“

智能输送系统具有各种用途，可用于制造和组装的部件。它们也可用于包装，例如用于构建混合冷割或化妆品套件的包装。

对于DNA测序、视觉病理学和细胞成像等应用，确定性和可追溯性同样是生命科学计量学中的问题。在这些情况下，使用激光线扫描和光谱等技术对样品进行成像和分析。例如，在数字病理学中，该系统将样本的一系列图像拼接在一起，使放射科医生可以查看。定位需要高度精确，以确保有效的图像捕捉。与此同时，它需要迅速发生。

由于该过程的移动和稳定性质，这类设备传统上使用步进电机。现在，随着3d打印技术的发展，这种情况正在改变。“我们看到的一大趋势是，从步进电机技术向伺服电机技术的转变，”该公司业务发展经理布赖恩•汉德汉(Brian Handerhan)表示Parker Hannifin.（林里文，宾夕法尼亚州）。“它可能是由速度和吞吐量要求驱动的，在那里他们正在飞行上成像，或者它仍然可以移动和解决，而是使用非常高分辨率的编码器来削减稳定时间。”

这一趋势的另一部分是从标准伺服电机转向直接驱动电机，无论是旋转还是线性。这些无框的，或套件电机最大限度地减少占地面积和减少合规。由于形状因素和灵活性，它们给原始设备制造商更多的灵活性，以区分他们的设备与市场上的同类产品。

像Miller一样，他指向自动调整和反馈的价值，减少稳定时间。这不仅适用于生命科学，而是其他计量应用，例如半导体测试和晶片映射。“你正在谈论制造小于100μm的动作，稳定性为±10 nm，在少于50μs的情况下做到这一点，”Handerhan说。多年来，空气轴承是这些应用的首选技术。利用改进的软件工具利用感官输入和反馈使机械轴承恢复了市场份额。

可能是董事会中应用中最大的总体趋势是越来越大的智能资产价值的实现。结合智能组件，工业网络和软件，使其感到偏离预测维护，更快的转换，通过能源分析的运营成本更快，员工和管理人员的头痛更少。

技术是可行的;终端用户只需要利用它。Kinetix motion业务全球产品经理吉姆•格罗斯罗伊兹(Jim Grosskreuz)表示:“我们正处于这个旅程的开始阶段罗克韦尔自动化（梅隆，威斯康星州）。“有比今天所做的更有意义的方式将智能拉动智能。我认为大型最终用户现在开始了解可以带来的价值。“

致谢
谢谢去亚当Moos，产品销售经理，Parker Hannifin，用于有用的输入。