伺服電機(jī)的單線鏈西瑪接技術(shù)圖文解析。

時(shí)間：2019-08-14 10:05

      1.伺服系統(tǒng)是使物體位置、方位、狀態(tài)等輸出被控量能夠隨輸入目標(biāo)的任意變化的自動(dòng)控制系統(tǒng)。
      2.交流伺服電機(jī)也是無(wú)刷電機(jī)，目前運(yùn)動(dòng)控制中一般都用同步電機(jī)，它的功率范圍大，可以做到很大的功率。
      3.伺服電機(jī)內(nèi)部的轉(zhuǎn)子是永磁鐵，伺服電機(jī)的精度決定于編碼器的精度(線數(shù))。

傳統(tǒng)的伺服電機(jī)通常會(huì)有2個(gè)或2個(gè)以上的電氣連接端口，一個(gè)是動(dòng)力電源，另一個(gè)為信號(hào)反饋，有的可能還會(huì)有一個(gè)單獨(dú)的接口用于抱閘控制。

      一般機(jī)器制造商和設(shè)備用戶是比較愿意用只有一個(gè)電氣端口的伺服電機(jī)，因?yàn)檫@樣，伺服驅(qū)動(dòng)器和電機(jī)之間就只需要使用一根線纜連接。但同時(shí)，他們也有會(huì)有所顧慮...

設(shè)備用戶愿意接受單線借口，是因?yàn)榭吹搅司€纜減少將帶來(lái)的設(shè)備制造、使用、維護(hù)總體成本的優(yōu)化。但同時(shí)也擔(dān)心單電纜伺服產(chǎn)品應(yīng)用到實(shí)際生產(chǎn)設(shè)備中時(shí)，是否可靠?因?yàn)閭鹘y(tǒng)的伺服反饋技術(shù)，并不能很好的支持將伺服電機(jī)的電源動(dòng)力和反饋信號(hào)整合在一根電纜中。

      傳統(tǒng)的伺服電機(jī)在反饋技術(shù)中采用的多為非數(shù)字式的信號(hào)傳輸方式。但復(fù)雜的信號(hào)編碼接口需要占用較多的線纜芯數(shù)，如：Hiperface Stegmann 和 EnDat 2.1，僅數(shù)據(jù)線就需要 6 至8 芯，加上編碼器電源和溫控，需要用到超過(guò) 10 芯以上的反饋線纜。
      同時(shí)，傳統(tǒng)伺服電機(jī)的抗干擾能力相對(duì)較弱，所以需要在反饋傳輸線路上采取足夠的信號(hào)保護(hù)措施，防止因電機(jī)數(shù)據(jù)反饋錯(cuò)誤而造成的設(shè)備故障，所以這讓伺服電纜的制造工藝變得極為復(fù)雜。
      因此，在以往的運(yùn)控設(shè)備系統(tǒng)中，為了確保設(shè)備運(yùn)控系統(tǒng)穩(wěn)定可靠的性能，即使是使用品質(zhì)出眾的伺服電纜，在系統(tǒng)集成時(shí)都需要非常嚴(yán)格的按照要求將伺服電機(jī)的動(dòng)力和反饋線纜分開隔離敷設(shè)，更何況是把這兩種完全不同類型的線路整合在一根電纜里面呢?
      不過(guò)經(jīng)過(guò)近幾年數(shù)字式伺服反饋技術(shù)的發(fā)展，一大批基于此項(xiàng)技術(shù)的單電纜伺服產(chǎn)品，如伺服電機(jī)、電纜、接插件......的面市和普及，刷新了我們對(duì)伺服電機(jī)電氣連接技術(shù)的認(rèn)知。
      前面我們說(shuō)到，當(dāng)伺服電機(jī)采用純數(shù)字式反饋?zhàn)鳛槠湫盘?hào)輸出方式，由電機(jī)到驅(qū)動(dòng)器的數(shù)據(jù)反饋不再是多通道的并行傳輸，而是變成了單通道的串行通訊，因此其線纜連接只需使用兩芯數(shù)字通訊線;
      但如果能夠?qū)?dòng)力線通信 ( Power Line Communication)技術(shù)應(yīng)用在伺服反饋上，將數(shù)字化的伺服反饋數(shù)據(jù)疊加在編碼器電源線路上，就能夠省去反饋信號(hào)傳輸對(duì)特定的通訊線纜的需要，將伺服反饋接口簡(jiǎn)化到只有兩芯。
      此外，數(shù)字信號(hào)在傳輸時(shí)具有比較好的抗干擾能力。采用差分方式進(jìn)行數(shù)字信號(hào)的傳輸，能進(jìn)一步提升信號(hào)線路的抗干擾性能，再通過(guò)調(diào)制解調(diào)技術(shù)對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行解析，能夠糾正其在長(zhǎng)距離傳輸過(guò)程中因干擾或衰減而產(chǎn)生的錯(cuò)誤。這些都在很大程度上提升了數(shù)字化伺服反饋的抗干擾性能。
      數(shù)字化高速通訊技術(shù)帶來(lái)的伺服反饋接口的簡(jiǎn)化和信號(hào)抗干擾能力的提升，也降低了運(yùn)控設(shè)備系統(tǒng)對(duì)伺服反饋線纜的技術(shù)工藝要求和制造難度。
      “伺服電機(jī)的單電纜連接”概念在剛提出的時(shí)候，并未引起業(yè)內(nèi)人士太多的注意，因?yàn)閭鹘y(tǒng)的伺服電機(jī)一直以來(lái)都是需要使用動(dòng)力電源和反饋信號(hào)兩根不同的線纜連接的。
      但簡(jiǎn)單了解一下單電纜連接技術(shù)的基本原理，以及伺服產(chǎn)品廠商和用戶的日常生產(chǎn)工作流程，可以發(fā)現(xiàn)用戶們其實(shí)非常希望看到設(shè)備系統(tǒng)中伺服驅(qū)動(dòng)器和電機(jī)之間線纜連接數(shù)量的減少;而廠商們則更關(guān)心采用僅有兩芯的伺服反饋接口以后，驅(qū)動(dòng)和電機(jī)產(chǎn)品在結(jié)構(gòu)上的簡(jiǎn)化。
      單電纜技術(shù)的價(jià)值是顯而易見的，能夠幫助伺服系統(tǒng)減少至少一半以上的線纜數(shù)量和種類，帶來(lái)成本優(yōu)勢(shì)。
      機(jī)器制造商將因此節(jié)省大量與伺服線纜相關(guān)的應(yīng)用成本，包括電纜橋架、線槽和電氣柜...等硬件成本，線纜敷設(shè)、接線、布線...等工程實(shí)施成本，以及庫(kù)存、備件...等方面的物料供應(yīng)和管理的物流成本;而機(jī)器設(shè)備的用戶，也將有機(jī)會(huì)使用到結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)潔輕便、采購(gòu)和應(yīng)用成本更加優(yōu)化的運(yùn)控機(jī)械設(shè)備。
      但仍需引起注釋的是，如果伺服驅(qū)動(dòng)器與電機(jī)之間的線纜通過(guò)整合簡(jiǎn)化到只剩一根，這也會(huì)大大降低系統(tǒng)集成過(guò)程中與線纜敷設(shè)和連接相關(guān)的工程實(shí)施難度和出錯(cuò)概率。
      如：將同一臺(tái)伺服電機(jī)的線纜接到不同的驅(qū)動(dòng)器上的錯(cuò)誤肯定是不可能出現(xiàn)的了，同時(shí)布線和接線的排查也會(huì)變得極為簡(jiǎn)單;系統(tǒng)集成時(shí)也無(wú)需再考慮動(dòng)力與反饋線纜分離或隔離敷設(shè)，因?yàn)樗欧答伒目垢蓴_問題已經(jīng)在產(chǎn)品技術(shù)層面上解決了，運(yùn)控設(shè)備的穩(wěn)定性也因此得以提升...
      采用單電纜技術(shù)，能夠幫助用戶提升設(shè)備整體性價(jià)比和系統(tǒng)集成應(yīng)用體驗(yàn)，同時(shí)還能夠讓他們?cè)趲缀醪辉黾尤魏斡布杀镜那闆r家從這項(xiàng)技術(shù)本身直接獲益。如：因?yàn)楹?jiǎn)化了反饋信號(hào)端口、沒有 了電機(jī)側(cè)反饋端口、無(wú)需驅(qū)動(dòng)器側(cè)的模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，伺服驅(qū)動(dòng)和電機(jī)產(chǎn)品的成本將因此優(yōu)化，同時(shí)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)也變得更加緊湊輕便。
      德國(guó)西克SICK一直致力于反饋接口技術(shù)的創(chuàng)新。1985年，SICK STEGMANN發(fā)明的SSI接口，設(shè)立了沿用至今的工業(yè)通信標(biāo)準(zhǔn)。1996年，SICK開發(fā)的 HIPERFACE 接口，實(shí)現(xiàn)了伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的性能飛躍。2011年， SICK再次引領(lǐng)潮流，推出了HIPERFACE DSL 接口，開創(chuàng)了單電纜伺服系統(tǒng)。
      對(duì)于機(jī)械制造商而言，采用 HIPERFACE DSL 協(xié)議的伺服驅(qū)動(dòng)不僅減少了一半的電纜連接和布線成本，也同時(shí)降低了電纜故障的風(fēng)險(xiǎn)。
      對(duì)于最終用戶來(lái)說(shuō)，機(jī)械設(shè)備的體積可以做到更小、重量做到更輕。同時(shí)數(shù)字化的傳輸還可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)控——通過(guò)遠(yuǎn)程診斷識(shí)別和消除故障，通過(guò)預(yù)防性維護(hù)可以避免意外停機(jī)造成的損失。
      對(duì)于伺服驅(qū)動(dòng)廠商而言，HIPERFACE DSL 協(xié)議的電子銘牌功能，可用于驅(qū)動(dòng)器對(duì)電機(jī)參數(shù)的自動(dòng)識(shí)別，尤其是在維護(hù)時(shí)，可以直接更換電機(jī)，而無(wú)須調(diào)試。
      目前全球已經(jīng)裝機(jī)運(yùn)行的單電纜伺服驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)有幾十萬(wàn)套，分別來(lái)自不同廠家。盡管這個(gè)數(shù)字與整個(gè)運(yùn)控設(shè)備市場(chǎng)相比仍然只是很少一部分，但我們已經(jīng)能夠看到越來(lái)越多的用戶開始在設(shè)備中使用基于數(shù)字化反饋技術(shù)的單電纜伺服產(chǎn)品了，同時(shí)越來(lái)越多的產(chǎn)品廠商也已經(jīng)將此項(xiàng)技術(shù)納入其下一代電機(jī)和驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品的規(guī)劃之中。

      
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