電動(dòng)機(jī)制造商利用數(shù)字式反饋接口為驅(qū)動(dòng)裝置的研發(fā)和大功率驅(qū)動(dòng)裝置的集成提供了諸多優(yōu)點(diǎn)：節(jié)約成本、減少占地面積、更加小型化并全面保障通訊安全。
Sick公司研發(fā)生產(chǎn)的Hiperface DSL（數(shù)字化伺服鏈接）接口是采用純數(shù)字協(xié)議的接口；在該協(xié)議下，變頻器與電動(dòng)機(jī)反饋系統(tǒng)之間所需的連接電纜最少，該協(xié)議穩(wěn)定可靠，從而可通過電動(dòng)機(jī)的電纜連接伺服反饋編碼器。利用這一接口可以大幅減少用于變頻器與電動(dòng)機(jī)之間傳送數(shù)據(jù)和信息的連接元器件的數(shù)量。
其滿足了RS 485接口的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，能夠在變頻器和電動(dòng)機(jī)之間可靠的實(shí)現(xiàn)穩(wěn)固的數(shù)據(jù)傳遞（圖1）。
圖1 Hiperface DSK接口是一種純數(shù)字協(xié)議的接口
Hiperface DSL帶有兩根電纜線，而這兩根電纜線可以被整合到電動(dòng)機(jī)的動(dòng)力電纜線中，最長可達(dá)100m。此時(shí)，通訊信號(hào)模式也調(diào)制到電動(dòng)機(jī)反饋系統(tǒng)的模式，例如Singleturn系列電動(dòng)機(jī)反饋系統(tǒng)EKS36或者M(jìn)ultiturn系列的EKM36系統(tǒng)的信號(hào)模式（圖2）。同時(shí)，該接口也能輔助傳遞其他傳感器信號(hào)，例如按照電動(dòng)機(jī)信號(hào)反饋通訊協(xié)議的模式傳遞電動(dòng)機(jī)繞組溫度的信號(hào)。表面看來是帶有反饋系統(tǒng)的電氣驅(qū)動(dòng)裝置，而實(shí)際是使用了Hiperface DSL接口：它還有一個(gè)連接儀器設(shè)備的插座。對驅(qū)動(dòng)技術(shù)生產(chǎn)廠家Kollmorgen公司來講，Sick公司研發(fā)生產(chǎn)的Hiperface DSL系列產(chǎn)品是理想的數(shù)字化單線通訊的補(bǔ)充。機(jī)床生產(chǎn)廠家對這種通訊技術(shù)贊不絕口，在Kollmorgen公司首次推出使用Hiperface DSL接口的電動(dòng)機(jī)反饋系統(tǒng)后，引起了機(jī)床生產(chǎn)廠家的巨大共鳴。
圖2 Singleturn系列的EKS36和Multitern系列的EKM36電動(dòng)機(jī)信號(hào)反饋系統(tǒng)都是第一代使用Hiperface DSL接口的電動(dòng)機(jī)信號(hào)反饋系統(tǒng)
為創(chuàng)造新價(jià)值提供便利條件
Kollmorgen公司是集成自動(dòng)化技術(shù)和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)供應(yīng)商之一；為食品、包裝、制藥以及其他許多領(lǐng)域的設(shè)備研發(fā)生產(chǎn)了一系列的元器件。公司致力于技術(shù)創(chuàng)新，不斷推出新的驅(qū)動(dòng)技術(shù)系統(tǒng)，并以精確、質(zhì)量、可靠性和操作使用簡單而著稱。其典型產(chǎn)品包括功能強(qiáng)大的AKD系列伺服變頻器、功率密度極高的AKM系列同步伺服電動(dòng)機(jī)以及采用衛(wèi)生型設(shè)計(jì)的HKM系列不銹鋼電動(dòng)機(jī)。所有的這些新產(chǎn)品采用的都是單線通訊。
Kollmorgen公司是第一家把單線通訊用于伺服電動(dòng)機(jī)的企業(yè)。AKM電動(dòng)機(jī)使用數(shù)字式同步轉(zhuǎn)換器SFD和單一線纜的歷史已經(jīng)超過8年。SFD技術(shù)把同步轉(zhuǎn)換器的優(yōu)點(diǎn)：堅(jiān)固耐用、無軸承、對高溫不敏感和價(jià)廉物美與數(shù)字化技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，如EMW結(jié)合在一起。在對反饋信號(hào)沒有高分辨率要求時(shí)，Kollmorgen公司就用24位分辨率的數(shù)字式同步轉(zhuǎn)換器與電動(dòng)機(jī)和變頻器相連接；把模擬式的編碼器信號(hào)轉(zhuǎn)換成抗干擾的數(shù)字式RS 485信號(hào)。這樣，就提供了一種可擴(kuò)展的能真正涵蓋所有重要應(yīng)用的解決方案。當(dāng)要求信號(hào)分辨率較高時(shí)，則可在伺服電動(dòng)機(jī)中集成Sick公司研發(fā)的EKS36及EKM36電動(dòng)機(jī)信息反饋系統(tǒng)，作為絕對信號(hào)發(fā)生器與Hiperface DSL接口聯(lián)用。這樣就可以明顯減少電氣布線、硬件和庫存配件的費(fèi)用，減少接線錯(cuò)誤。從用戶的角度來看，Hiperface DSL單線接口技術(shù)優(yōu)勢非常大，為創(chuàng)造新的價(jià)值提供了更便利的條件。由于電動(dòng)機(jī)只需唯一的一根電纜，因此機(jī)床設(shè)備的安裝工作大幅減少；在整個(gè)安裝過程中省去了所有的信號(hào)發(fā)生器電纜、兩個(gè)連接插座以及這些電纜束的全部接線費(fèi)用（圖3）。
圖3 基于采用了Hiperface DSL接口的單線通訊使得電動(dòng)機(jī)與電動(dòng)機(jī)變頻器之間的連接只需一根電纜就可以了。這大大節(jié)約了電纜連接的費(fèi)用；因?yàn)樗÷粤艘桓娎|、兩個(gè)插頭插座和相應(yīng)的布線工作量
提高設(shè)備可用性
當(dāng)然這也減少了電纜所占用的空間。最重要的是：整個(gè)驅(qū)動(dòng)技術(shù)系統(tǒng)更加經(jīng)濟(jì)。減少了安裝工作量也就減少了錯(cuò)誤來源，降低了技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)。這也是Hiperface DSL接口能夠提高機(jī)床設(shè)備可用性的一個(gè)原因。
Kollmorgen公司的單線通訊和Sick公司的Hiperface DSL接口不僅在機(jī)床設(shè)備和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面打開了新的大門，而且也有利于機(jī)床設(shè)備制造業(yè)整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈的價(jià)值提升。其不僅有利于企業(yè)庫存的精簡，而且由于簡化了電纜束，因而電力供應(yīng)鏈的占用空間也更小。同時(shí)，該項(xiàng)技術(shù)還減小了機(jī)床中電纜穿線孔的尺寸。此前，電氣控制柜中必須預(yù)留放置電纜的空間，而現(xiàn)在，這一空間已大幅減小。另外，數(shù)量不多的硬件使得整個(gè)機(jī)床設(shè)備的重量更輕。于用戶而言，基于以上種種優(yōu)勢，設(shè)備的節(jié)能潛力也被挖掘出來，節(jié)約了運(yùn)行成本。
致力于單線通訊驅(qū)動(dòng)的解決方案
事實(shí)上，單線通訊還為機(jī)床設(shè)備提供了另一種可能，即在不損失機(jī)床設(shè)備功率和性能的前提下實(shí)現(xiàn)小型化。在特定的應(yīng)用情況中，可以選擇規(guī)格更小的伺服驅(qū)動(dòng)裝置。而且，一般來講更小功率等級(jí)的驅(qū)動(dòng)裝置的價(jià)格也更經(jīng)濟(jì)。
Kollmorgen公司同時(shí)在3個(gè)高性能驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)產(chǎn)品系列中都采用了單線通訊和Hiperface DSL接口，作為這些產(chǎn)品系列的高端配置。AKM系列伺服電動(dòng)機(jī)是一種節(jié)能型永磁電動(dòng)機(jī)，其加速性能很強(qiáng)。在總共28種外殼和安裝長度的組合中，此系列伺服電動(dòng)機(jī)都有著很高的功率密度，從而可以使機(jī)床設(shè)備更加緊湊。
利用積木式結(jié)構(gòu)進(jìn)行組合的標(biāo)準(zhǔn)零部件，共計(jì)可以配置成500000種以上不同規(guī)格和性能的AKM伺服電動(dòng)機(jī)。
其標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品中配備的是數(shù)字式信號(hào)發(fā)生器；在高分辨率要求的應(yīng)用場合中可以配備EKS36及EKM36型電動(dòng)機(jī)信號(hào)反饋系統(tǒng)和Sick公司研發(fā)生產(chǎn)的Hiperfece DSL接口。這樣一來就保障了單線通訊功能的正常工作，可以靈活的根據(jù)用戶需求選擇合適的電動(dòng)機(jī)和變頻器。使用靈活、可擴(kuò)展和良好的動(dòng)態(tài)性能都是AKD系列伺服變頻器的突出優(yōu)勢。正如Kollmorgen公司所介紹的，當(dāng)用戶選擇了集成有電力拖動(dòng)控制的伺服放大器后，單線通訊的AKD伺服變頻器的表現(xiàn)會(huì)更加出色。因?yàn)镵ollmorgen的自動(dòng)化套件都可以以拖動(dòng)控制平臺(tái)的方式直接集成在驅(qū)動(dòng)裝置中；節(jié)約硬件費(fèi)用、空間占用和安裝調(diào)試的工作量。
圖4 Hiperface DSL接口與電動(dòng)機(jī)信息反饋系統(tǒng)相結(jié)合為用戶帶來了諸多收益
狀態(tài)監(jiān)控和遠(yuǎn)程診斷改善可用性
憑借按照衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)制造的HKM系列不銹鋼電動(dòng)機(jī)，Kollmorgen公司打開了單線通訊在包裝、食品和制藥等行業(yè)領(lǐng)域的大門。這一技術(shù)簡單、快捷而清潔，對于有嚴(yán)格衛(wèi)生要求的行業(yè)，是減少應(yīng)用風(fēng)險(xiǎn)的有效技術(shù)。其所使用的Hiperface DSL接口允許所有的連接電纜直徑只有11mm。kollmorgen公司3大系列產(chǎn)品的可擴(kuò)展解決方案以高性能設(shè)計(jì)的Hiperface DSL技術(shù)為基礎(chǔ)。
利用集成Hiperface DSL接口的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，為機(jī)床和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測提供了可能。除數(shù)字化的數(shù)據(jù)傳輸外，還有可能利用E2PROM對電動(dòng)機(jī)的信息反饋系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的控制參數(shù)賦值。電動(dòng)機(jī)的特性數(shù)據(jù)、系列號(hào)、商品代碼以及其他對維護(hù)保養(yǎng)和加快故障分析有幫助的數(shù)據(jù)，也都可以保存在這一存儲(chǔ)器中，用于變頻器自主匹配電動(dòng)機(jī)參數(shù)的調(diào)整。這樣就能夠幫助機(jī)床設(shè)備制造商獲得大量關(guān)于電動(dòng)機(jī)的數(shù)據(jù)和信息，在Hiperface DSL的幫助下，為故障診斷以及預(yù)防性的維護(hù)保養(yǎng)實(shí)現(xiàn)了連續(xù)的狀態(tài)監(jiān)控，而且可以利用DSL Analyser這一工具和Web接口的數(shù)據(jù)傳輸實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程故障診斷和分析。
在機(jī)床運(yùn)行過程中，電動(dòng)機(jī)信息反饋系統(tǒng)可以準(zhǔn)確采集和檢測電動(dòng)機(jī)工作時(shí)的物理數(shù)據(jù)，如電流消耗、轉(zhuǎn)速、溫度以及這些物理量的變化。根據(jù)這些數(shù)據(jù)可以得出驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和機(jī)床設(shè)備工作狀態(tài)的信息和發(fā)展趨勢。一方面幫助機(jī)床的安保系統(tǒng)快速應(yīng)對突發(fā)狀況，并利用DSL Analyser幫助分析故障原因和損壞原因。另一方面也能實(shí)現(xiàn)效率優(yōu)化，獲得最高的設(shè)備可用性。精確的狀態(tài)監(jiān)控開啟了巨大的節(jié)約生產(chǎn)成本的大門；因?yàn)闄C(jī)床設(shè)備的關(guān)鍵部件不再需要單獨(dú)的預(yù)防性檢查和更換，相反能在沒有更換部件的情況下，使機(jī)床在整個(gè)生命周期內(nèi)都發(fā)揮作用。
提高分散式控制系統(tǒng)的配置程度
Hiperface DSL接口為Kollmorgen公司提供了落實(shí)單線通訊的有力幫助。例如電動(dòng)機(jī)應(yīng)用廠家在高速應(yīng)用場合中，要求AKM和HKM系列伺服電動(dòng)機(jī)以及AKD伺服變頻器提供很多電動(dòng)機(jī)信息的反饋信號(hào)。
傳統(tǒng)的、需占用較大空間的、分散式配置的多軸驅(qū)動(dòng)機(jī)床設(shè)備中，由于引入了單線通訊而獲益豐厚。因?yàn)樵谶@些應(yīng)用中，僅用一根單獨(dú)的電纜就可以完成任務(wù)，明顯節(jié)約了從電動(dòng)機(jī)到變頻器的電氣連接成本，而且每1?m長的電氣連接僅成本費(fèi)用就減少50%。機(jī)床設(shè)備制造商使用了配有Hiperface DSL接口的電動(dòng)機(jī)信息反饋系統(tǒng)后，市場競爭力也有所提升：今天就能為用戶提供未來所需的更高附加值的產(chǎn)品。
