伺服電機(jī)的單線鏈西瑪接技術(shù)圖文解析。

時間：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)的任意變化的自動控制系統(tǒng)。
      2.交流伺服電機(jī)也是無刷電機(jī)，目前運動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)通常會有2個或2個以上的電氣連接端口，一個是動力電源，另一個為信號反饋，有的可能還會有一個單獨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電氣端口的伺服電機(jī)，因為這樣，伺服驅(qū)動器和電機(jī)之間就只需要使用一根線纜連接。但同時，他們也有會有所顧慮...

設(shè)備用戶愿意接受單線借口，是因為看到了線纜減少將帶來的設(shè)備制造、使用、維護(hù)總體成本的優(yōu)化。但同時也擔(dān)心單電纜伺服產(chǎn)品應(yīng)用到實際生產(chǎn)設(shè)備中時，是否可靠?因為傳統(tǒng)的伺服反饋技術(shù)，并不能很好的支持將伺服電機(jī)的電源動力和反饋信號整合在一根電纜中。

      傳統(tǒng)的伺服電機(jī)在反饋技術(shù)中采用的多為非數(shù)字式的信號傳輸方式。但復(fù)雜的信號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 10 芯以上的反饋線纜。
      同時，傳統(tǒng)伺服電機(jī)的抗干擾能力相對較弱，所以需要在反饋傳輸線路上采取足夠的信號保護(hù)措施，防止因電機(jī)數(shù)據(jù)反饋錯誤而造成的設(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，在以往的運控設(shè)備系統(tǒng)中，為了確保設(shè)備運控系統(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)集成時都需要非常嚴(yán)格的按照要求將伺服電機(jī)的動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?
      不過經(jīng)過近幾年數(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，刷新了我們對伺服電機(jī)電氣連接技術(shù)的認(rèn)知。
      前面我們說到，當(dāng)伺服電機(jī)采用純數(shù)字式反饋作為其信號輸出方式，由電機(jī)到驅(qū)動器的數(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)恿€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傳輸對特定的通訊線纜的需要，將伺服反饋接口簡化到只有兩芯。
      此外，數(shù)字信號在傳輸時具有比較好的抗干擾能力。采用差分方式進(jìn)行數(shù)字信號的傳輸，能進(jìn)一步提升信號線路的抗干擾性能，再通過調(diào)制解調(diào)技術(shù)對數(shù)字信號進(jìn)行解析，能夠糾正其在長距離傳輸過程中因干擾或衰減而產(chǎn)生的錯誤。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)帶來的伺服反饋接口的簡化和信號抗干擾能力的提升，也降低了運控設(shè)備系統(tǒng)對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”概念在剛提出的時候，并未引起業(yè)內(nèi)人士太多的注意，因為傳統(tǒng)的伺服電機(jī)一直以來都是需要使用動力電源和反饋信號兩根不同的線纜連接的。
      但簡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)用戶們其實非常希望看到設(shè)備系統(tǒng)中伺服驅(qū)動器和電機(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)動和電機(jī)產(chǎn)品在結(jié)構(gòu)上的簡化。
      單電纜技術(shù)的價值是顯而易見的，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，帶來成本優(yōu)勢。
      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...等工程實施成本，以及庫存、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)會使用到結(jié)構(gòu)更加簡潔輕便、采購和應(yīng)用成本更加優(yōu)化的運控機(jī)械設(shè)備。
      但仍需引起注釋的是，如果伺服驅(qū)動器與電機(jī)之間的線纜通過整合簡化到只剩一根，這也會大大降低系統(tǒng)集成過程中與線纜敷設(shè)和連接相關(guān)的工程實施難度和出錯概率。
      如：將同一臺伺服電機(jī)的線纜接到不同的驅(qū)動器上的錯誤肯定是不可能出現(xiàn)的了，同時布線和接線的排查也會變得極為簡單;系統(tǒng)集成時也無需再考慮動力與反饋線纜分離或隔離敷設(shè)，因為伺服反饋的抗干擾問題已經(jīng)在產(chǎn)品技術(shù)層面上解決了，運控設(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)備整體性價比和系統(tǒng)集成應(yīng)用體驗，同時還能夠讓他們在幾乎不增加任何硬件成本的情況家從這項技術(shù)本身直接獲益。如：因為簡化了反饋信號端口、沒有 了電機(jī)側(cè)反饋端口、無需驅(qū)動器側(cè)的模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，伺服驅(qū)動和電機(jī)產(chǎn)品的成本將因此優(yōu)化，同時產(chǎn)品結(jié)構(gòu)也變得更加緊湊輕便。
      德國西克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，實現(xiàn)了伺服驅(qū)動系統(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)。
      對于機(jī)械制造商而言，采用 HIPERFACE DSL 協(xié)議的伺服驅(qū)動不僅減少了一半的電纜連接和布線成本，也同時降低了電纜故障的風(fēng)險。
      對于最終用戶來說，機(jī)械設(shè)備的體積可以做到更小、重量做到更輕。同時數(shù)字化的傳輸還可以實現(xiàn)設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)控——通過遠(yuǎn)程診斷識別和消除故障，通過預(yù)防性維護(hù)可以避免意外停機(jī)造成的損失。
      對于伺服驅(qū)動廠商而言，HIPERFACE DSL 協(xié)議的電子銘牌功能，可用于驅(qū)動器對電機(jī)參數(shù)的自動識別，尤其是在維護(hù)時，可以直接更換電機(jī)，而無須調(diào)試。
      目前全球已經(jīng)裝機(jī)運行的單電纜伺服驅(qū)動電機(jī)系統(tǒng)有幾十萬套，分別來自不同廠家。盡管這個數(shù)字與整個運控設(shè)備市場相比仍然只是很少一部分，但我們已經(jīng)能夠看到越來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，同時越來越多的產(chǎn)品廠商也已經(jīng)將此項技術(shù)納入其下一代電機(jī)和驅(qū)動產(chǎn)品的規(guī)劃之中。

      
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