如何從市面上品類繁多的伺服產(chǎn)品中挑選出適合于自身應(yīng)用的產(chǎn)品系列,這就涉及到一個有關(guān)伺服產(chǎn)品市場定位的問題,也就是需要對各品牌系列的伺服產(chǎn)品的屬性與所處類別有所了解。
那么,該怎么去看待伺服產(chǎn)品的定位呢?還是得從動力和控制這兩個維度來分析的。為什么這么說呢?因為,按照之前反復(fù)強調(diào)的,伺服產(chǎn)品本身是一種為設(shè)備的運動提供控制的動力裝置,因此需要去從動力和控制這兩個方面去看它是怎樣集成到一臺設(shè)備中去的。
首先,從動力的維度看,伺服系統(tǒng)是需要去使用來自于設(shè)備系統(tǒng)的電力的?,F(xiàn)在的伺服驅(qū)動主要有兩類接入設(shè)備電力系統(tǒng)的方式:一種是每臺伺服驅(qū)動器都有自己的 AC 電源接入端口,可以直接使用設(shè)備的 AC 電源,這類產(chǎn)品通常稱為單體獨立型驅(qū)動;還有一種,是伺服系統(tǒng)使用整流單元,把設(shè)備系統(tǒng)的 AC 電源先轉(zhuǎn)變成直流電,然后再通過一條或多條共直流母線,把電力傳送到每一個伺服軸的逆變驅(qū)動單元,這類產(chǎn)品通常稱為是共直流母線型的。
再看控制這個維度。為了按照設(shè)備工藝要求驅(qū)動負(fù)載的運動,伺服產(chǎn)品在工作時是需要接收來自于設(shè)備控制系統(tǒng)的運動指令的。這也主要有兩種形式:一種是早期比較經(jīng)典的以脈沖串或模擬量…等電信號為介質(zhì)的傳輸方式;另一種則是現(xiàn)在比較流行的基于數(shù)據(jù)總線進(jìn)行通訊的方式。相應(yīng)的,這兩種方式所對應(yīng)的伺服驅(qū)動產(chǎn)品分別是脈沖/模擬量型和總線型的。由于通訊總線技術(shù)能夠幫助簡化運動控制系統(tǒng)的線路連接,因此隨著生產(chǎn)設(shè)備自動化程度的不斷提高,近年來大家普遍比較愿意去使用這類總線型伺服產(chǎn)品。
因此,從動力和控制的這兩個維度來看,基本可以把伺服產(chǎn)品的定位分成 4 個象限,考慮到左上角象限中這種直流母線型、脈沖/模擬量接口的產(chǎn)品在市面上其實基本是看不到的,所以,伺服產(chǎn)品的定位大致可以被分為三大類。
但坦率講,以當(dāng)下工業(yè)市場來看,這樣的分類其實還是比較粗曠的,原因在于經(jīng)過過去十幾年的發(fā)展,當(dāng)前的伺服產(chǎn)品市場已經(jīng)十分細(xì)化了。這個現(xiàn)象和汽車行業(yè)中 A 級車和 B 級車之間細(xì)化出很多車型是類似的。
還是從動力和控制的集成度這兩個維度來看。
動力方面,盡管上面說的共直流母線和單體獨立型的這兩種接入 AC 電源的方式依然存在,但在它們之間,其實已經(jīng)出現(xiàn)了一些混合型伺服產(chǎn)品,這類產(chǎn)品本身還是單體獨立型的,但除了可以接交流動力輸入,同時也是可以使用共直流母線的動力架構(gòu)的。
比如說:西門子前兩年推出的 SINAMICS S210 和博世力士樂近期發(fā)布的 AM Drive 就屬于這種類型。
再從控制這個角度看,脈沖型依然也還是單獨存在,基本沒有太多變化;但對于總線集成型產(chǎn)品來說,它目前至少可分成兩個級別。
一種是基于實時總線技術(shù)(如:EtherCAT、Ethernet POWERLINK、ProfiNET IRT…等)的(運動)同步集成型伺服產(chǎn)品,可以和具備相應(yīng)總線接口的控制器結(jié)合,去完成一些實時的同步運動控制操作,比如:電子齒輪、電子凸輪、平面和空間插補、甚至機器人控制…等功能。
還有一種,也用了總線技術(shù),不過通訊接口是像 Modbus、DeviceNet、ProfiBus 或者 EtherNet/IP(無 CIP Sync) …這類無時鐘同步的非實時協(xié)議。這類產(chǎn)品通??梢詭椭ソ鉀Q一些比較基礎(chǔ)的運動控制功能,如:位置、速度和扭矩控制...,但卻無法去實現(xiàn)電子齒輪、電子凸輪、平面和空間插補…等高動態(tài)的實時同步運動功能,可以將此類產(chǎn)品稱為非(運動)同步集成型伺服。
經(jīng)過上述這兩個層級的細(xì)化,現(xiàn)在就可以用這個九宮格來劃分市面上的伺服產(chǎn)品的類別了。
考慮到左上角用字母表示的四個區(qū)域的產(chǎn)品在市面上是比較少見的,基本上可以把伺服產(chǎn)品分成 5 個級別。
若是從伺服傳動技術(shù)近 20 年的發(fā)展看,歐美系伺服產(chǎn)品以往普遍都處于 5 這個級別;
以日系產(chǎn)品為代表的傳統(tǒng)亞系伺服產(chǎn)品則比較集中在 1 和 2 這兩個級別;
而最近這幾年各家的產(chǎn)品其實都在快速向 3 這個級別聚攏。
比如:我們可以看到歐美系的產(chǎn)品開始推出一些 4 甚至是 3 這個級別的產(chǎn)品;
日系、國產(chǎn)…等一些亞系品牌,也依托于像 EtherCAT 這樣的開放型實時以太網(wǎng)技術(shù),推出了不少 3 級別的產(chǎn)品??梢哉f,目前市場上處于 3 級別的伺服產(chǎn)品系列是非常之多的,同時各品牌之間在這類產(chǎn)品中的競爭也是極為白熱化的。從這個意義上講,工業(yè)伺服運動控制技術(shù)其實已經(jīng)邁入集成化的時代了。
不過,現(xiàn)階段這個所謂的“集成化”對于不同品牌系列的伺服產(chǎn)品來說,還是有一定差異的。具體來說,在同步集成這一級別的產(chǎn)品中,還可以被細(xì)分成“僅運動集成”和“全集成”這兩個級別。
“僅運動集成”,顧名思義,就是伺服驅(qū)動僅僅是在運動控制的指令數(shù)據(jù)上整合到了自動化控制系統(tǒng)之中,但總體來說,其傳動數(shù)據(jù)依然還只是局限在自身本體層面的。用戶或許可以借助通訊網(wǎng)絡(luò)訪問系統(tǒng)中的控制程序和 I/O、傳感器…等自動化組件的數(shù)據(jù),但仍然需要通過專屬的調(diào)試端口或驅(qū)動器上的操作面板去訪問各個伺服軸的傳動參數(shù)(如:PID 整定…)。
一般來說,通過開放型通訊總線接入第三方控制平臺的伺服驅(qū)動產(chǎn)品(如上圖中的 MINAS A6BE/F),大都屬于“僅運動集成”的類型。
而所謂“全集成”,則是說伺服驅(qū)動產(chǎn)品與自動化控制系統(tǒng)之間有著較高的整合度,它們的數(shù)據(jù)是有機的融合在一個平臺上的,用戶基本上可以通過網(wǎng)絡(luò)中的任何一個端口訪問系統(tǒng)中的幾乎所有數(shù)據(jù),包括:控制器程序、I/O、傳感器以及各臺伺服驅(qū)動器中的傳動參數(shù)。不少自動化系統(tǒng)品牌旗下的伺服產(chǎn)品都具備這種“全集成”的特性。
就目前的觀察看,很多用戶對于伺服產(chǎn)品是“全集成”還是“僅運動集成”,貌似并沒有在應(yīng)用體驗上感受到太大的差異。究其原因,這很大程度上和他們現(xiàn)階段更加專注于單機設(shè)備的控制功能有關(guān)。
目測隨著用戶將視野從單純的運動控制功能的實現(xiàn)逐步轉(zhuǎn)向整機甚至整廠應(yīng)用性能和綜合效率的提升,跨設(shè)備數(shù)據(jù)鏈路的打通以及跨系統(tǒng)互操作...等方面需求的增加,全集成型的伺服產(chǎn)品應(yīng)該是會漸漸普及的。