西門子太原模塊一級(jí)授權(quán)總代理

在回答這個(gè)問題之前，首先要清楚伺服電機(jī)的用途，相對(duì)于普通的電機(jī)來說，伺服電機(jī)主要用于精確定位，因此大家通常所說的控制伺服，其實(shí)就是對(duì)伺服電機(jī)的位置控制。其實(shí)，伺服電機(jī)還用另外兩種工作模式，那就是速度控制和轉(zhuǎn)矩控制，不過應(yīng)用比較少而已。

速度控制一般都是有變頻器實(shí)現(xiàn)，用伺服電機(jī)做速度控制，一般是用于快速加減速或是速度精準(zhǔn)控制的場(chǎng)合，因?yàn)橄鄬?duì)于變頻器，伺服電機(jī)可以在幾毫米內(nèi)達(dá)到幾千轉(zhuǎn)，由于伺服都是閉環(huán)的，速度非常穩(wěn)定。轉(zhuǎn)矩控制主要是 控制伺服電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩，同樣是因?yàn)樗欧姍C(jī)的響應(yīng)快。應(yīng)用以上兩種控制，可以把伺服驅(qū)動(dòng)器當(dāng)成變頻器，一般都是用模擬量控制。

伺服電機(jī)最主要的應(yīng)用還是定位控制，位置控制有兩個(gè)物理量需要控制，那就是速度和位置，確切的說，就是控制伺服電機(jī)以多快的速度到達(dá)什么地方，并準(zhǔn)確的停下。

伺服驅(qū)動(dòng)器通過接收的脈沖頻率和數(shù)量來控制伺服電機(jī)運(yùn)行的距離和速度。比如，我們約定伺服電機(jī)每10000個(gè)脈沖轉(zhuǎn)一圈。如果PLC在一分鐘內(nèi)發(fā)送10000個(gè)脈沖，那么伺服電機(jī)就以1r/min的速度走完一圈，如果在一秒鐘內(nèi)發(fā)送10000個(gè)脈沖，那么伺服電機(jī)就以60r/min的速度走完一圈。

所以，PLC是通過控制發(fā)送的脈沖來控制伺服電機(jī)的，用物理方式發(fā)送脈沖，也就是使用PLC的晶體管輸出是的方式，一般是低端PLC采用這種方式。而中PLC是通過通訊的方式把脈沖的個(gè)數(shù)和頻率傳遞給伺服驅(qū)動(dòng)器，比如Profibus-DP CANopen,MECHATRObbbb-II,EtherCAT等等。這兩種方式只是實(shí)現(xiàn)的渠道不一樣，實(shí)質(zhì)是一樣的，對(duì)我們編程來說，也是一樣的。這也就是我想跟大家說的，要學(xué)習(xí)原理，觸類旁通，而不是為了學(xué)習(xí)而學(xué)習(xí)。

對(duì)于程序編寫，這個(gè)差別很大，日系PLC是采用指令的方式，而歐系PLC是采用功能塊的形式。但實(shí)質(zhì)是一樣的，比如要控制伺服走一個(gè)絕對(duì)定位，我們就需要控制PLC的輸出通道，脈沖數(shù)，脈沖頻率，加減速時(shí)間，以及需要知道伺服驅(qū)動(dòng)器什么時(shí)候定位完成，是否碰到限位等等。無論哪種PLC，無非就是對(duì)這幾個(gè)物理量的控制和運(yùn)動(dòng)參數(shù)的讀取，只是不同PLC實(shí)現(xiàn)方法不一樣

工業(yè)智能化向前沿推進(jìn) 芯片設(shè)計(jì)如何助力PLC低功耗、小型化

      工業(yè)領(lǐng)域的技術(shù)變革經(jīng)過了幾個(gè)時(shí)代，當(dāng)前已經(jīng)進(jìn)入了工業(yè)4.0階段，雖然技術(shù)更迭在加速，但每一次更迭都致力于相同的愿景，即提高生產(chǎn)效率、降低安全隱患、提高產(chǎn)品一致性和質(zhì)量、縮短產(chǎn)品生產(chǎn)周期，以及降低生產(chǎn)過程的浪費(fèi)。

對(duì)此，近些年一直將提升工業(yè)和工廠智能化作為主要目標(biāo)市場(chǎng)的美信深有體會(huì)，2014年該公司推出面向工業(yè)市場(chǎng)的第一代微型PLC產(chǎn)品，大幅減小PLC尺寸；2016年推出的第二代Pocket IO產(chǎn)品，較上一代尺寸縮小2.5倍，功耗降低30%，整個(gè)模塊體積縮小到可以放入口袋，這也是Pocket IO名稱的來歷。更重要的這一代產(chǎn)品通過引入了IO-bbbb技術(shù)，一種智能傳感器技術(shù)，讓工業(yè)控制真正實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)，能夠讓產(chǎn)線針對(duì)外界環(huán)境的變化，實(shí)現(xiàn)一些動(dòng)態(tài)響應(yīng)和調(diào)整。由此帶來的是通過自適應(yīng)調(diào)節(jié)提供生產(chǎn)靈活性，工廠可以用一條產(chǎn)線生產(chǎn)多種產(chǎn)品，不需要增建、擴(kuò)建更多的產(chǎn)線；按照兩年更新一代的節(jié)奏，到了今年2018年，美信如約推出了第三代工業(yè)平臺(tái)Go IO產(chǎn)品，這一代產(chǎn)品的尺寸較上一代縮小10倍，功耗降低50%。

如果說第一代和第二代工業(yè)平臺(tái)產(chǎn)品的推出背后是隨著自動(dòng)化水平的提高，工業(yè)領(lǐng)域?qū)τ谀K體積要求越來越高，對(duì)分布式控制的需求也越來越多。那么到了第三代產(chǎn)品，我們能看到工業(yè)4.0對(duì)工廠建設(shè)的新要求和新趨勢(shì)，即隨工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)和智能化的不斷推進(jìn)，整個(gè)工廠網(wǎng)絡(luò)面臨重建，智能化控制正在加速向前沿、邊緣推進(jìn)，而工業(yè)設(shè)備邊緣側(cè)的小型化、低功耗要求顯著更高。下圖數(shù)據(jù)顯示，當(dāng)前市場(chǎng)對(duì)小型PLC的需求量幾乎是大型PLC的2倍，明顯見證了這一趨勢(shì)，Go IO正是為此而來。

工業(yè)智能化向前沿推進(jìn) 芯片設(shè)計(jì)如何助力PLC低功耗、小型化

“實(shí)際上Go IO的引入可以讓客戶實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)產(chǎn)線運(yùn)行的健康狀況，每個(gè)環(huán)節(jié)是不是在正常健康的運(yùn)轉(zhuǎn)，同時(shí)引入一些診斷的功能，從而實(shí)現(xiàn)更加智能化的管理。而且從前沿智能傳感器收集大量信息，能夠獲取更準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，對(duì)人工智能的引入也是有幫助的，因?yàn)槿斯ぶ悄艿乃惴梢曰谶@些精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)來做運(yùn)算，從而做出正確的判斷。Go IO的部署，可以讓終端設(shè)備將收集到的數(shù)據(jù)送到云端，對(duì)于AI數(shù)據(jù)管理非常有利。"美信工業(yè)及醫(yī)療健康事業(yè)部總經(jīng)理Jeff DeAngelis這樣介紹Go IO對(duì)未來智能化工廠建設(shè)的意義。

最新一代Go IO產(chǎn)品在尺寸、功耗方面表現(xiàn)的顯著改善得益于幾顆核心器件的集成化設(shè)計(jì)和性能優(yōu)化。包括將上一代通信模塊MAX14949與變壓器集成在一起，構(gòu)成MAXM22510，尺寸減小了40%；IO部分的數(shù)字隔離器MAX14930和數(shù)字串行器MAX22190集成在一起，構(gòu)成MAX22192，尺寸減小了31%；電源部分通過美信專有的uSLIC電源模塊技術(shù)實(shí)現(xiàn)輸出電流可達(dá)300mA工業(yè)電源模塊MAXM15462，將高效同步整流的高壓DC-DC轉(zhuǎn)換器和電感、電容全部集成到一起，較上一代解決方案的尺寸減小了65%。最終實(shí)現(xiàn)的Go IO電路板尺寸只有12K mm3 。

工業(yè)智能化向前沿推進(jìn) 芯片設(shè)計(jì)如何助力PLC低功耗、小型化

Go IO PLC板卡大小不及一張名片

然而在傳統(tǒng)的工業(yè)領(lǐng)域，芯片產(chǎn)品的高集成度優(yōu)勢(shì)并不那么明顯。對(duì)此，Jeff也坦言，因?yàn)楣I(yè)領(lǐng)域的客戶需求相對(duì)分散，如何在高集成度和靈活性之間取得平衡確實(shí)是產(chǎn)品定義中的一大難題。美信的做法是聽取客戶聲音，與客戶進(jìn)行廣泛溝通，了解他們的需求，在產(chǎn)品定義中以解決客戶的實(shí)際問題為出發(fā)點(diǎn)是其經(jīng)驗(yàn)之談。

用一個(gè)細(xì)節(jié)來說明美信在產(chǎn)品定義中對(duì)客戶實(shí)際需求的考量。MAX14912是一款8路數(shù)字輸出芯片，以非常小的尺寸提供8通道的數(shù)字輸出，它除了可以實(shí)現(xiàn)快速切換外，還具有安全的去磁功能，這點(diǎn)在工業(yè)控制里很重要，因?yàn)橄到y(tǒng)中的一些傳感器是感性負(fù)載，在開關(guān)瞬間會(huì)產(chǎn)生很強(qiáng)的反沖，這個(gè)能量如果不能很好的處理會(huì)造成機(jī)器設(shè)備的損壞。MAX14912這顆IC里集成了釋放通道，讓它具有了去磁的功能，可以把感性負(fù)載的瞬間反沖吸收掉，為設(shè)備和其他單元提供有效的保護(hù)。幫助用戶擺脫設(shè)計(jì)的局限性。

Jeff提到，之所以命名為Go IO，意在這款平臺(tái)產(chǎn)品因?yàn)槠湫⌒突奶卣骺梢赃M(jìn)入更多的應(yīng)用場(chǎng)景，不只局限于工業(yè)自動(dòng)化應(yīng)用，還可以進(jìn)入包括樓宇自動(dòng)化、機(jī)器人等同樣對(duì)低功耗、小型化有較高要求的應(yīng)用領(lǐng)域。“很多客戶已經(jīng)在design in階段。"Jeff如是說。