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Sigmatek C-IPC在螺栓緊固機械上的應用理工論文
自動(dòng)化系統控制的應用具有多面性，區別僅僅是需求不同而已。有一種特別的應用是對速度的挑戰，比如螺栓緊固。在這里，通過(guò)模擬量來(lái)傳遞位置和扭矩的控制信號，并且進(jìn)行實(shí)時(shí)的驅動(dòng)控制。
St?ger 自動(dòng)化公司, 位于慕尼黑的南部, 專(zhuān)注于螺栓緊固和裝配系統的開(kāi)發(fā)。他們最新的產(chǎn)品是用于螺栓緊固的專(zhuān)用設備，這臺新式的設備僅僅使用了一臺馬達進(jìn)行驅動(dòng)，并已經(jīng)在今年的Automatica雜志進(jìn)行了專(zhuān)門(mén)的報道。為了能夠更好地對螺栓緊固設備進(jìn)行可視化的控制，他們越來(lái)越多地開(kāi)始采用Sigmatek的產(chǎn)品�！拔覀円呀�(jīng)和Sigamtek合作了2年的時(shí)間。而且已經(jīng)開(kāi)始進(jìn)行了一些聯(lián)合的開(kāi)發(fā)計劃。我們希望在我們的產(chǎn)品中今后采用Sigamtek的產(chǎn)品為標準的控制系統�！惫镜亩麻L(cháng)兼總經(jīng)理Lorenz St?ger先生如是說(shuō)。
做出這樣至關(guān)重要決定的唯一原因就是對高速度的需要。因為能夠進(jìn)行高速模擬測量值的采集和對馬達的高速控制是評價(jià)螺栓緊固機械的終極標準。一般來(lái)說(shuō)，完成每個(gè)螺栓操作的時(shí)間為0.8到1秒鐘。減去定位的時(shí)間，那么剩下來(lái)的旋緊時(shí)間僅有0.5到0.6秒。因此，3個(gè)模擬參數：“距離”、“角度”和“扭矩”的測量時(shí)間就只有4到5ms了。這3個(gè)參數對于整個(gè)旋緊的過(guò)程來(lái)說(shuō)是非常重要的，當開(kāi)始旋入的時(shí)候需要盡可能地高速，而快達到所需的深度或者/以及達到了預設的旋緊扭矩的時(shí)候又需要緩慢地旋轉并最終完成整個(gè)過(guò)程。
高速的總線(xiàn)連接了控制器和伺服驅動(dòng)器
這樣的高速度是通過(guò)轉換時(shí)間僅需14μs的高速A/D轉換模塊來(lái)保證，并且通過(guò)內部總線(xiàn)傳輸到伺服驅動(dòng)器。同時(shí)，控制器和伺服驅動(dòng)器也通過(guò)總線(xiàn)和外部的儀器進(jìn)行連接。
在這里，極短的6 μs訪(fǎng)問(wèn)時(shí)間對于最終完成執行的時(shí)間來(lái)說(shuō)變得至關(guān)重要，否則的話(huà)可能會(huì )讓整個(gè)的系統反應時(shí)間達到數毫秒。以前的控制系統往往需要近100ms來(lái)獲取信號，而無(wú)法將這個(gè)時(shí)間縮短到10ms的級別，尤其是當信號在沒(méi)有預兆的情況下到來(lái)時(shí)，這就意味著(zhù)在程序執行的時(shí)候可能沒(méi)有辦法處理這些信號。
一臺Sigmatek的C-IPC工業(yè)控制計算機成為這套系統的處理單元，通過(guò)內置的端口和一排I/O模塊相連接，這其中包括了一個(gè)獲取模擬信號的模塊。在這套方案中，模擬模塊的準確性取決于控制系統的時(shí)鐘精度。也就是說(shuō)CPU(C-IPC)發(fā)送出系統時(shí)鐘信號，而所有的I/O模塊則在接收到之后進(jìn)行自動(dòng)同步。因此這些模塊“知道”下一次的CPU脈沖信號會(huì )在什么時(shí)候到來(lái)，以及CPU會(huì )在什么時(shí)候發(fā)送和接收數據。所以在這個(gè)系統中的每一個(gè)模塊都能保證在CPU需要的時(shí)間作好準備，并將所有的模擬信號都已經(jīng)完全轉換完畢。從而，所有外圍設備發(fā)送到控制系統的信號實(shí)際延遲時(shí)間是零。所有這些發(fā)生的事情都是自動(dòng)地進(jìn)行處理的，而無(wú)需在編程的時(shí)候去特別地考慮它。
這臺作為控制核心的緊湊型工業(yè)PC通過(guò)DVI接口和帶有觸摸屏的液晶顯示器相連接。同時(shí)通過(guò)CAN-Bus連接外圍的控制閥。同時(shí)，PC的固有結構也讓它帶有了以太網(wǎng)卡和USB接口。在遠程控制方面則可以通過(guò)Modem和串行通訊口來(lái)進(jìn)行。
一種控制理念
St?ger自動(dòng)化公司設定了一種新的控制理念，即機械的控制系統硬件除了在顯示部分會(huì )根據型號不一而有所不同之外，其余部分都一樣。這套控制系統的基礎結構為16路數字輸入輸出，用于最小的基礎型設備上。而擴展的I/O模塊則可以根據需要再進(jìn)行添加。St?ger公司的技術(shù)人員說(shuō)：“這一點(diǎn)對我們來(lái)說(shuō)很重要，我們現在能夠從一家供應商那里得到我們所需要的所有控制系統。這樣做的好處在于可以一直使用相同的編程語(yǔ)言。我們能夠反復利用已經(jīng)編寫(xiě)成熟的程序段，不論是最小的系統還是最龐大的控制單元�！�
Helmut Fritz先生，Sigmatek公司德國區經(jīng)理，解釋道：“C-DIAS系列產(chǎn)品線(xiàn)的可升級性?xún)H僅會(huì )體現在CPU上。在Sigamtek，沒(méi)有小、中或者大型系統之間沒(méi)有性能上的差異，也沒(méi)有指令集的區別。各套系統之間的不同僅僅在于存儲空間和內存的大小不同，接口的數量多少而已。所以在軟件的執行方面，各個(gè)系統的性能是一致的�！�
另外一個(gè)突出的特點(diǎn)是編程語(yǔ)言。LASAL是一套基于Client-Server技術(shù)，且符合IEC 61131-3標準的先進(jìn)的編程工具。這套軟件采用高級語(yǔ)言編程，且具備面向對象的開(kāi)發(fā)環(huán)境。由于程序中不永久關(guān)聯(lián)硬件地址，所以保證了程序段可以被任意地重復使用。一個(gè)典型的例子就是電機驅動(dòng)的控制：對于控制器來(lái)說(shuō)，馬達驅動(dòng)的種類(lèi)是無(wú)關(guān)緊要的。不論是普通的馬達還是伺服驅動(dòng)器，只要它具備一個(gè)10V的信號接口就可以了。對于軟件來(lái)說(shuō)，只需要關(guān)心必須的設定參數就可以了。所以，只要你需要，那么就可以交換和復制整段的馬達驅動(dòng)程序，而不需要去關(guān)心它是如何來(lái)實(shí)現控制結果的。Sigamtek公司看到，也許在不久的將來(lái)，越來(lái)越多的開(kāi)發(fā)人員將會(huì )在大學(xué)中接受這種面向對象的編程培訓。
St?ger Automation GmbH公司的總經(jīng)理Lorenz St?ger先生衡量性?xún)r(jià)比的時(shí)候說(shuō)：“以前我們采用的控制系統比較廉價(jià)，但是性能并不好，老系統處理模擬信號的速度非常緩慢。在開(kāi)展了第一次的聯(lián)合開(kāi)發(fā)計劃之后，我便認識到我們可以從Sigmatek獲得的產(chǎn)品價(jià)格不算高，但是所具備的性能則是可以和哪些極為昂貴的系統相媲美。此外，對我們來(lái)說(shuō)可以設定地址可視化技術(shù)也是非常不錯的。同時(shí)要知道，我們自己也并不是在任何領(lǐng)域都是專(zhuān)業(yè)的，Sigmatek是個(gè)能夠提供優(yōu)質(zhì)服務(wù)的自動(dòng)化控制系統合作伙伴�！�
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