1.引言

HIPERFACEDSL®（數(shù)字伺服鏈路）代表了電機(jī)/驅(qū)動(dòng)器通信演化過程中的數(shù)字化時(shí)代。該接口只需要非常少的連接電纜，因?yàn)樵陔姍C(jī)反饋過程中直接通過電機(jī)電纜就可以實(shí)現(xiàn)故障安全的數(shù)據(jù)傳輸過程–這在該領(lǐng)域尚屬首次。通信數(shù)據(jù)會(huì)被調(diào)制到伺服反饋編碼器的電源電壓上：比如EKS36單圈型或者EKM36多圈型伺服反饋編碼器。此外，甚至還可以通過數(shù)字電機(jī)反饋協(xié)議傳送其他傳感器（比如繞組溫度傳感器）的數(shù)據(jù)。帶有電機(jī)編碼器和集成HIPERFACEDSL®接口的電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在外觀上非常與眾不同，整個(gè)系統(tǒng)只有一個(gè)設(shè)備插頭。

2.大幅降低成本并減少安裝工作

.該設(shè)計(jì)使得所有系統(tǒng)只需要一根最長100米的電機(jī)電纜。鑒于編碼器電纜套件及其相應(yīng)的安裝工作都不再需要，因此實(shí)際上可以將機(jī)械工程師必須完成的布線工作量減少一半。根據(jù)使用HIPERFACEDSL®接口伺服反饋編碼器（比如西克EKS36單圈型或EKM36多圈型伺服反饋編碼器）的機(jī)器上所使用的驅(qū)動(dòng)器數(shù)量，為機(jī)械工程師提供的整個(gè)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)會(huì)便宜的多。不再需要的部件當(dāng)然就不會(huì)再占用空間了，這一優(yōu)勢的影響不只在于機(jī)器制造商的原料儲(chǔ)備，更在于機(jī)器本身，因?yàn)槟茉磦魉玩溗杩臻g更小，而電纜支架也可以做得更小。此外，還可以大大減少電纜封蓋和電纜在控制柜中所需要的空間，從而可以使用更小和更便宜的控制柜。

3.節(jié)能和減小尺寸的新機(jī)遇

有賴于插頭、電纜和外設(shè)硬件的減少，伺服驅(qū)動(dòng)器的尺寸也在不斷減小。在驅(qū)動(dòng)器必須作為動(dòng)態(tài)過程的一部分而運(yùn)動(dòng)的應(yīng)用中，這一點(diǎn)至關(guān)重要，在這種情況下，更小的尺寸和更輕的重量就意味著機(jī)器人等設(shè)備只需要花費(fèi)更少的動(dòng)能。不僅如此，這些動(dòng)態(tài)應(yīng)用和靜態(tài)應(yīng)用一樣，還能為機(jī)械工程師提供另一個(gè)優(yōu)勢：在不降低機(jī)器額定功率的前提下減小驅(qū)動(dòng)器的尺寸。在有些應(yīng)用中，伺服驅(qū)動(dòng)器的尺寸可以比其他應(yīng)用中更小，這也使得有些行業(yè)所使用的機(jī)器越來越緊湊，它們在終端用戶現(xiàn)場安裝時(shí)非常節(jié)省空間，即使在非常小的區(qū)域內(nèi)也沒有關(guān)系。一般來說，功率等級越低的驅(qū)動(dòng)器其價(jià)格越有優(yōu)勢–這肯定能使機(jī)器制造商的設(shè)計(jì)師和財(cái)務(wù)人員都喜笑顏開。

4.通過最大限度減少故障風(fēng)險(xiǎn)以及提供狀態(tài)監(jiān)控功能從而提高可用性

HIPERFACE®接口從混合型（模擬/數(shù)字）演化到純數(shù)字型HIPERFACEDSL®之后，最大程度地減少了變頻器和伺服反饋編碼器之間所需的連接電纜。與之相對應(yīng)，所需要的安裝工作也更少，從而可以減少潛在故障源并大幅降低出現(xiàn)技術(shù)問題的風(fēng)險(xiǎn)（即便僅從統(tǒng)計(jì)學(xué)角度來看也是如此）。而這也是HIPERFACEDSL®能夠提高機(jī)器可用性的原因之一。機(jī)械工程師可以在伺服驅(qū)動(dòng)器以及機(jī)器周圍區(qū)域?yàn)樗麄兊目蛻糸_發(fā)和提供定制的狀態(tài)監(jiān)控功能。除了數(shù)字信號傳輸之外，還可以采用E²PROM作為電子型號標(biāo)簽，EKS36和EKM36等伺服反饋編碼器可以用它實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)器自動(dòng)參數(shù)化。電機(jī)規(guī)格、序列號、物件編號以及其他有助于快速檢修或更換的數(shù)據(jù)都可以存儲(chǔ)到這里，并用于對驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)以使其適應(yīng)電機(jī)參數(shù)。對于機(jī)械工程師來說，能夠在機(jī)器的整個(gè)運(yùn)行期間（通常是數(shù)年）通過伺服反饋編碼器對多項(xiàng)電機(jī)數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄，并將這些數(shù)據(jù)用于診斷和預(yù)防性維護(hù)（作為通過HIPERFACEDSL®進(jìn)行連續(xù)狀態(tài)監(jiān)控的一部分），這是非常具有吸引力的。不僅可以在現(xiàn)場直接在機(jī)器上實(shí)現(xiàn)上述目的，而且用戶使用DSL診斷工具PGT-11-S并通過網(wǎng)絡(luò)接口進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，可以隨時(shí)對機(jī)器進(jìn)行遠(yuǎn)程訪問（直至電機(jī)軸）。通過諸如壽命周期柱狀圖等功能，這種遠(yuǎn)程診斷選項(xiàng)可以為預(yù)防性維護(hù)提供豐富的遠(yuǎn)程監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)。在運(yùn)行期間，伺服反饋編碼器會(huì)記錄并測量多項(xiàng)物理參數(shù)信息，包括功耗、圈數(shù)、轉(zhuǎn)速、溫度以及這些參數(shù)的所有變化。然后，可以從這些參數(shù)中獲取驅(qū)動(dòng)器和機(jī)器的狀態(tài)和預(yù)期發(fā)展方向。狀態(tài)監(jiān)控使得機(jī)器制造商可以實(shí)現(xiàn)兩個(gè)目標(biāo)，第一個(gè)目標(biāo)就是機(jī)器保護(hù)，使用諸如急停開關(guān)等快速響應(yīng)安全系統(tǒng)以避免出現(xiàn)代價(jià)高昂的二次故障。與傳感器數(shù)據(jù)分析相結(jié)合，還可以分析出破壞性因素以及損壞原因。狀態(tài)監(jiān)控的第二個(gè)目標(biāo)是對機(jī)器效率進(jìn)行優(yōu)化，從而可以達(dá)到最大的產(chǎn)品可用性。連續(xù)狀態(tài)監(jiān)控對于節(jié)省運(yùn)行成本而言具有極大的潛力，因?yàn)殛P(guān)鍵的機(jī)器元件不需要進(jìn)行預(yù)防性檢查和更換；而且可以完全利用其整個(gè)壽命周期，而不會(huì)浪費(fèi)仍然能夠正常工作的部件。同時(shí)，驅(qū)動(dòng)器的狀態(tài)信息也是形成必要維護(hù)措施的基礎(chǔ)，以與生產(chǎn)進(jìn)度或計(jì)劃的機(jī)器停工期等因素相配合。

5.面向未來的集成SIL安全性和先進(jìn)技術(shù)

HIPERFACEDSL®是一種面向未來的通信標(biāo)準(zhǔn)。這就意味著，在安全性方面，通過HIPERFACEDSL®進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸經(jīng)過相應(yīng)認(rèn)證，最高可達(dá)SIL3（IEC61508標(biāo)準(zhǔn)）或e（ENISO13849-1標(biāo)準(zhǔn)）級性能等級。SICK的EKS36和EKM36伺服反饋編碼器就是能夠達(dá)到SIL2或d級性能水平的伺服反饋編碼器，可確保數(shù)字式電機(jī)/編碼器接口原則上能夠用在安全應(yīng)用中。在安全功能和滿足機(jī)器指令及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)格要求方面，機(jī)械工程師可以獲得與他們的終端用戶（機(jī)器運(yùn)營商）相同的安全性水平。如圖1所示。

圖1

一般來講，HIPERFACEDSL®為機(jī)械工程師提供了讓他們爭相選用的機(jī)會(huì)：通過新接口技術(shù)及相應(yīng)的優(yōu)勢在競爭中脫穎而出，并為現(xiàn)今的客戶提供更大的附加值–這些需要以后會(huì)越來越多。此外，這還意味著升級到HIPERFACEDSL®將是一種安全的投資。

6.HIPERFACEDSL®：致力于綠色驅(qū)動(dòng)和機(jī)器技術(shù)

在過去數(shù)年甚至數(shù)十年間，能效都是能夠在驅(qū)動(dòng)技術(shù)領(lǐng)域提供極佳創(chuàng)新潛能的一個(gè)領(lǐng)域，因?yàn)殡姍C(jī)和驅(qū)動(dòng)器消耗了工業(yè)應(yīng)用中的絕大多數(shù)能量：它們占到總消耗的66%，相當(dāng)于超過151TWh（德國）或656TWh（歐洲）。ZVEI（德國電子電氣制造商協(xié)會(huì)）的研究表明，僅在德國，驅(qū)動(dòng)技術(shù)的能耗就有減少22TWh（大約15%）的空間。這個(gè)節(jié)能量足夠?yàn)槌^550萬戶居民供電、減少12500000噸二氧化碳或者從電網(wǎng)上削減數(shù)個(gè)發(fā)電廠，而這些數(shù)據(jù)也都是僅在德國就能夠達(dá)到的。在這樣的背景下，HIPERFACEDSL®技術(shù)真正能夠有助于創(chuàng)造出綠色驅(qū)動(dòng)和機(jī)器技術(shù)。鑒于其需要的插頭和電纜材料更少，因此具有銅消耗量更少的優(yōu)勢。不僅驅(qū)動(dòng)器尺寸的減小能夠節(jié)能，伺服驅(qū)動(dòng)器的重量和尺寸也會(huì)相應(yīng)減小，也就是說只需要更少的動(dòng)能就能使它們運(yùn)動(dòng)。狀態(tài)監(jiān)控還有助于實(shí)現(xiàn)優(yōu)異的可持續(xù)性，對過程和機(jī)器同時(shí)進(jìn)行監(jiān)控不僅可以為附近的人、機(jī)器和環(huán)境提供最大限度的保護(hù)，而且還能充分利用部件的整個(gè)壽命周期。HIPERFACEDSL®理念能夠滿足未來需求的事實(shí)意味著現(xiàn)在就可以利用明日的技術(shù)，而且可以通過傳感器技術(shù)的進(jìn)展避免資源浪費(fèi)，HIPERFACEDSL®還推動(dòng)了從異步電機(jī)到更高能效同步電機(jī)的演進(jìn)趨勢。如圖2所示。

圖2

總的來說，采用HIPERFACEDSL®接口的電動(dòng)伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)為那些選擇創(chuàng)新戰(zhàn)略的機(jī)械工程師提供了廣泛的優(yōu)勢和機(jī)會(huì)。