当今的自动化应用中,智能型技术发展方兴未艾,例如分布式运动控制,其中所有信息与控制均由中央服务器推送至自动化系统的边缘装置,这种设计大量节约了时间与金钱,俨然形成一种趋势。然而各厂商推出的分布式运动控制并非全然相同,选择错误的布署方式可能导致问题丛生,之后再修正将更加费资耗时。如何满足不同的规格及提供符合需求的解决方案,将是最行之有效的应对之道。
分布式控制省钱省时
虽然不易取得整体市场统计数据,但整体趋势清楚显示分布式运动控制的崛起,而审视供货商的生产项目,亦可发现各公司在此领域退出的产品日益增加,诸如汽车、封装、半导体及面板制造等自动化密集产业,对此技术的运用也愈来愈普遍。
在2000年代之前,分布式运动控制并不普及。相反的,自动化设计师必须全盘接受集中式控制系统,由主机(如PLC)管理马达的运动,此种控制方式缺点是需要大量布线,一部伺服马达可能需要多条布线,才能从马达所在位置将编码器回授、感应器输出及其它讯号回传至中央控制器。根据已公布的资料估算,每个轴最多可能需要25条布线。建置如此复杂的系统相当困难,常出现线缆束过粗不易维修或无法提供可靠服务的情况。
相较之下,分布式运动控制系统可减少甚至解决这些问题。由于控制功能就位在驱动器内部或周围,从中心点至各运动轴的布线需求大幅减少,除使布线作业更轻松外,并可有效降低安装成本。而分布式系统可有效串联短程控制以达到较远距离,使整体控制范围扩大,则是另一项额外的效益。
而分布式系统若能设计及建置得宜,将可减少外在因素造成系统确定性的影响。由于因网络壅塞或中央控制器涌入太多要求,会造成系统响应时间延迟,是透过网络进行动作控制的一大隐忧。虽然使用高输送量或专用网络能克服网络壅塞,不过却无法处理中央控制器涌入太多要求的情况,但使用智能型远程装置可将网络流量减至最低,提供解决上述问题的可行方案。
决定变动的临界点
尽管分布式运动控制系统具有这么多效益,但由于会产生其它额外成本,并非在所有环境中都适合建置。不过在多数情况下,分布式运动控制显然是最符合成本效益的解决方案。以模拟建置得出的结论,总成本将可节省约20~60%左右,其中包括材料、安装人工、安装时间以及建置复杂驱动面板所需工时。
而之所以节省总成本会有那么大范围区间的差别,主要影响取决于设定的项目范围和目的。每增加一部马达,便随之累积所节省的成本,使用愈多马达就能节省愈高成本,当增加到某一程度后,原本的线性累积效应会加速扩大,变得非常显著。
虽然分布式控制并非总是最佳解决方案,但平均来说,只要约有八部马达参与系统运作时,就应该建置分布式运动控制系统。当然最精确的数字会视个别情况而有不同,但只要马达总数多于八部,布线,安装人工与维修所节省的成本,就能超过任何额外增加的支出。
解决方案的考虑点
当完成评估并决定实行分布式运动控制系统之后,将会需要决定该执行何种解决方案,这中间有许多考虑点。首要考虑条件为「补间控制功能」,这是让系统有能力转化复杂形状或轨迹,成为马达可执行的条件。有了补间控制功能,加上正确的马达安排,1D响应也可以抵达曲线或线型2D、3D空间路径上的目的地。
确定性系统也是另一个重要的考虑点,确定性的感念可能不甚具体,但实时响应能力则是确定性系统的核心。所谓确定性系统是在指定时间内必然采取行动的系统,这段时间通常根据系统频率而定,如果系统可以一秒、一毫秒、一微秒或任何其它时间单位内响应,就可称为确定性系统。
同步化能力也同样重要,它可控制马达同时停止和启动。以输送带为例,驱动输送带前进的所有单轴马达必须一起启动和停止,要达成此一协调动作,可能涉及控制器至控制器、马达至马达、马达至I/O各段路径间的同步化。而整合程度则是另一项值得关注的重要特性,这可能涉及多个领域,例如整合运动和I/O在同一控制回路中的能力,或整合同一回路中多种不同类型马达的能力。
最后,解决方案中的软件接口也是判断优劣的基本要素。接口可以是基于各项标准和开放资源的整合方案,或者是特定系统的专属接口。标准软件接口可以大幅减少工程师和技师的训练时间,因为不需要学习新的接口,这也可视为保护训练投资的一种方式。
研华的最佳解决方案
运动控制市场具有高度区隔性,使用族群的要求也各不相同。效能极高、功能众多的运动控制解决方案固然很好,但常因价格昂贵而造成大部分业者过于沉重的负担。
AMAX-2000系列是专为机台自动化业者设计的最佳解决方案,包含运动控制、数据采集模块和嵌入式软件包(Windows CE、IEC-61131-3 SoftLogic、PLCopen运动控制函数模块)。涵盖五大特点:可客制化函数模块、直立式铝轨安装方式、前出线设计、可插拔的高密度配线端子模块设计及一体成型的产品机壳。
研华已经将此开放架构概念拓展至硬件层面,其运动控制器的输出普遍通用,因此可以控制不同品牌的脉冲式伺服马达驱动器,此功能让使用者不再需要强制规定解决方案中使用特定类型的马达,而是可以依照既有需求布署最适合的马达,让整个布署建置充满弹性。
如果应用够复杂,布署分布式运动控制解决方案既可省钱,又可缩短安装时间,其中的损益临界点视个别情况而定。不变的原则是,系统如果需要较多马达,则最好采取分布式运动控制。而在建置分布式控制系统时,应考虑是否具备补间控制、时间确定性、同步化、整合程度、软件接口及其它各项规格。并确认所选择的解决方案没有过度设计或缺乏灵活性等缺点,也需确定该解决方案符合各项要求。
遵循上述指导原则,将可做出正确的选择,一旦选择正确,分布式运动控制系统能为整个企业省下可观的时间与金钱。