工業(yè)自動化從原理上可分為機械自動化(運動控制)與過程自動化(自動化過程控制)。

01

什么是運動控制？

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運動控制(MC)是自動化的一個分支，也可叫做電力拖動控制，其動力源大部分都基于電動機。

也就是說，運動控制其實是基于電動機，實現(xiàn)物體對于角位移、速度、轉(zhuǎn)矩等物理量改變的控制。

運動控制在機器人和數(shù)控機床的領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用要比在專用機器中的應(yīng)用更復(fù)雜，因為后者運動形式更簡單，通常被稱為通用運動控制(GMC)。運動控制被廣泛應(yīng)用在包裝、印刷、紡織和裝配工業(yè)中。

運動控制其實是基于電動機的，這里的電動機指的是伺服電機；如果一套單機設(shè)備上只用了一臺伺服電機，這種情況下是更注重于對電機的一個控制，如位置、速度、轉(zhuǎn)矩的控制；這個例子，是想單臺電機控制只是運動控制的一個環(huán)節(jié)。

而運動控制主要是針對產(chǎn)品，可以說是一個運動控制系統(tǒng)，系統(tǒng)整體包含機械(電動機只是機械中的零配件)、電氣、軟件等，是對機械運動部件的位置、速度等進(jìn)行實時的控制管理，使其按照預(yù)定的控制方案轉(zhuǎn)變?yōu)槠谕臋C械運動的控制。

運動控制系統(tǒng)多種多樣，但從基本結(jié)構(gòu)上看，一個典型的現(xiàn)代運動控制系統(tǒng)的硬件主要由:上位機、運動控制器、功率驅(qū)動裝置、電動機、執(zhí)行機構(gòu)和傳感器反饋檢測裝置等部分組成。

02

什么是自動化過程控制？

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自動化過程控制其原理是利用plc控制器收集傳感器反饋的數(shù)據(jù)，并分析處理這些數(shù)據(jù)后，調(diào)節(jié)優(yōu)化及控制各種設(shè)備，以提高生產(chǎn)的效率。

其控制的對象一般是各類水泵、風(fēng)機、電動閥門等。整個系統(tǒng)一般由plc控制柜、配電柜以及控制程序，各傳類感器，組態(tài)軟件，監(jiān)控系統(tǒng)等組成。

過程自動化一般用于環(huán)保行業(yè)如污水、廢氣處理，節(jié)能行業(yè)，對工業(yè)生產(chǎn)中的各類負(fù)載設(shè)備進(jìn)行智能調(diào)節(jié)以保證其運行于最佳狀態(tài)，以達(dá)到節(jié)能的目的。主要用于傳統(tǒng)工業(yè)自動化領(lǐng)域中，是一種大系統(tǒng)控制，控制對象比較多，如一條生產(chǎn)線。

▲某企業(yè)的自動化過程控制拓?fù)鋱D

03

自動化過程控制和運動控制是不同的

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從關(guān)注點來說，自動化過程控制(這兒指伺服電機)首要關(guān)注的是控制單個電機的轉(zhuǎn)距、速度、方位中的一個或多個參數(shù)到達(dá)給定值。而運動控制首要關(guān)注點在于和諧多個電機，完結(jié)指定的運動(組成軌道、組成速度)，比較著重軌道規(guī)劃、速度規(guī)劃、運動學(xué)轉(zhuǎn)化;比方數(shù)控機床里面要和諧XYZ軸電機，完結(jié)插補動作。

自動化過程控制常常作為運動控制系統(tǒng)的一個環(huán)節(jié)(一般是電流環(huán)，作業(yè)在力矩方式下)，更著重于對電機的控制，一般包括方位控制、速度控制、轉(zhuǎn)矩控制三個控制環(huán)，一般沒有規(guī)劃的才能(有部分驅(qū)動器有簡單的方位和速度規(guī)劃才能)。

▲運動控制系統(tǒng)圖

· 運動控制器：常見的就是PLC

· 驅(qū)動器：工控人對驅(qū)動器應(yīng)該再熟悉不過了

· 執(zhí)行機構(gòu)：伺服電機

· 減速機構(gòu)：減速器

· 光柵：編碼器的一種；(一般用于車床加工)

· 人機界面：大家熟悉的觸摸屏。

運動控制系統(tǒng)其本質(zhì)是控制電機，實現(xiàn)其對角位移，轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)速等物理量。一般針對某個產(chǎn)品，由機械、軟件、電氣等模塊組成，如精密數(shù)控機械、機床、機器人、無人機、運動平臺等等。運動控制主要針對某個產(chǎn)品的個體控制，它可以是某個系統(tǒng)內(nèi)的某個設(shè)備。

簡單來說，就是由運動控制器發(fā)出命令，給驅(qū)動機構(gòu)進(jìn)行功率放大，將放大后的信號傳給執(zhí)行機構(gòu)(伺服電機)，伺服電機自帶編碼器，能夠?qū)崿F(xiàn)半閉環(huán)控制；伺服電機用傳動機構(gòu)控制機械，在機械裝置上安裝了光柵尺(也是編碼器)，實現(xiàn)全閉環(huán)控制。操作人員在現(xiàn)場可通過人機界面去進(jìn)行整個環(huán)節(jié)的調(diào)試操作。

運動控制起源于早期的伺服控制。簡單地說，運動控制就是對機械運動部件的位置、速度等進(jìn)行實時的控制管理，使其按照預(yù)期的運動軌跡和規(guī)定的運動參數(shù)進(jìn)行運動。

早期的運動控制技術(shù)主要是伴隨著數(shù)控技術(shù)、機器人技術(shù)和工廠自動化技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展的。早期的運動控制器實際上是可以獨立運行的專用的控制器，往往無需另外的處理器和操作系統(tǒng)支持，可以獨立完成運動控制功能、工藝技術(shù)要求的其他功能和人機交互功能。

這類控制器可以成為獨立運行的運動控制器。這類控制器主要針對專門的數(shù)控機械和其他自動化設(shè)備而設(shè)計，往往已根據(jù)應(yīng)用行業(yè)的工藝要求設(shè)計了相關(guān)的功能，用戶只需要按照其協(xié)議要求編寫應(yīng)用加工代碼文件，利用RS232或者DNC方式傳輸?shù)娇刂破?，控制器即可完成相關(guān)的動作。這類控制器往往不能離開其特定的工藝要求而跨行業(yè)應(yīng)用，控制器的開放性僅僅依賴于控制器的加工代碼協(xié)議，用戶不能根據(jù)應(yīng)用要求而重組自己的運動控制系統(tǒng)。

04

一個運動控制系統(tǒng)的根本架構(gòu)組成包括

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運動控制器：用以生成軌道點(希望輸出)和閉合方位反應(yīng)環(huán)。許多控制器也能夠在內(nèi)部閉合一個速度環(huán)。

運動控制器首要分為三類，分別是PC-Based、專用控制器、PLC。其中PC-Based運動控制器在電子、設(shè)備機床等行業(yè)被廣泛使用；專用控制器的代表是風(fēng)電、光伏、機器人、成型機械等等；PLC則在橡膠、汽車、冶金等行業(yè)備受喜愛。

驅(qū)動或放大器：用以將來自運動控制器的控制信號(一般是速度或扭矩信號)轉(zhuǎn)化為更高功率的電流或電壓信號。更為先進(jìn)的智能化驅(qū)動能夠自身閉合方位環(huán)和速度環(huán)，以獲得更準(zhǔn)確的控制。

執(zhí)行器：如液壓泵、氣缸、線性執(zhí)行機或電機，用以輸出運動。

反應(yīng)傳感器：如光電編碼器、旋轉(zhuǎn)變壓器或霍爾效應(yīng)設(shè)備等，用以反應(yīng)執(zhí)行器的方位到方位控制器，以完成和方位控制環(huán)的閉合。

很多機械部件用以將執(zhí)行器的運動方式轉(zhuǎn)化為希望的運動方式，它包括齒輪箱、軸、滾珠絲杠、齒形帶、聯(lián)軸器以及線性和旋轉(zhuǎn)軸承。

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如何選擇運動控制器？

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1、根據(jù)要開發(fā)設(shè)備的工作特點，確定伺服電機的類型； 2、確定要控制的電機軸數(shù)和電機工作模式； 3、確定位置檢測、反饋模式，選擇是否采用光電編碼器或光柵尺或磁柵尺； 4、確定輸入輸出開關(guān)量的數(shù)量； 5、根據(jù)以上內(nèi)容，選擇合適的運動控制器。 ?

編輯：黃飛

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