大家在市場上紛紛討論機械控制網絡解決方案，但是，很多公司仍然徘徊于是否使用這些方法。那么，向你的競爭對手學習吧，看看四家機械制造生產商怎樣使用最新的運動總線技術促進新型機械設備的設計，控制它們的運動、邏輯運算、人機接口（HMI）以及工廠間的通信。

以太網將修邊機引向前沿

早期的現場總線網絡的解決方案有時無法提供復雜的、精密的機床所需的加工量。因此，當IMA（www.ima.de/eng）的電氣設計總監Günter Redeker考慮將他們的Novimat修邊機試點項目重新設計時，他打算采取另一種方法，使用最新的PC技術。

新的機床概念

這種新型的修邊機是一個高性能系統，可用于加工木屑板或輕質建筑板材的邊緣。Novimat Concept由各模塊和可配制加工單元組成，能夠進行研磨和修邊、倒角、飾面以及修平等加工。該機床使用連續軌跡控制方法精確的監測并控制工件的位置，可以同時加工多個工件。

應用：用于IMA Klessmann GmbH公司家具制造中，專用的修邊機和加工中心。
工程挑戰：高精度的加工量；帶有幾千個I/O口和一百多根軸的復雜機床的系統架構。
控制方法：以太網現場總線控制12根軸和集成I/O口，去掉了PC現場總線卡。

系統概述：

· EtherCAT技術機床控制網絡
· 每個機床模塊有12根軸和30個信號通路
· Ethernet-based I/O口和伺服驅動代替了傳統的現場總線
· 連續路徑控制
· 輔助CAN-based驅動使用EtherCAT/CAN網關

新的控制平臺

當重新設計Novimat時，IMA公司使用了Beckhoff公司(www.beckhoffautomation.com)的用于控制和自動化技術的實時以太網技術（EtherCAT）。IMA公司以前的木工機床上，使用的就是一臺Beckhoff公司的PC控制器。這個控制器采用DOS操作系統，光導總線自動化技術和基于PC機的顯示和控制。每個機械單元都有一個總線端子I/O站通過光導總線耦合，伺服驅動模塊通過PROFIBUS現場總線耦合進行實際的加工，并通過CAN總線與執行機構進行通信。

Redeker說他們轉向使用新平臺是因為機械安裝設備非常復雜，總共有幾千個I/O以及一百多根軸。

他說：“以前，為了通過現場總線系統控制這些機床，我們用四芯的光導總線，在機床要求的單一采樣速率下收集或傳輸大量的數據。這樣做是達到要求的唯一方法。”

根據Redeker的說法，控制器在處理這些大量數據時需要很強的計算能力。它不僅要把數據從光導總線下載到內存，之后再傳送回光導總線，還要根據進程圖將輸入/輸出數據分類。而使用EtherCAT解決方案后，他說：“DMA控制器控制數據在以太網接口和內存之間直接傳輸，使我們的系統有了很大的改進。”

機床的發展

這種新系統的另一個優點是能夠進行連續軌跡控制。連續軌跡控制能夠在機床內跟蹤工件，實現通路上的精確控制，或者同步快速機床的零件。工件通過機床的速度達到60米/分鐘，對應每毫秒移動1毫米并存在潛在的關聯偏差。如果連續軌跡控制的時間為2毫秒，那么完成60米長的機床就會產生2毫米的偏差，這樣的結果是不精確的，尤其在如今對機床的精度要求越來越高的時候，Redeker將這個值稱為臨界值(borderline value)。

在控制系統架構中提供整合的EtherCAT、Profibus和CANopen通訊協議
Novimat Concept是一個單面，自動的修邊系統。當材料通過該機床時，機床對其進行單板整邊，修邊和飾面。

他預見了在機床上完全實現EtherCAT技術后的潛力，這樣就能夠利用最新、最強大的工業計算機技術。目前大型的生產線需要兩臺電腦：一臺用于用戶接口；另一臺用于實時控制。Redeker補充道：“希望將來在這些系統中能夠只用一臺電腦。同時，如果能夠只使用一種現場總線，那么工程上和維修上也將簡單很多。”

集于一體的建模、仿真和控制

柱面坐標測量機床中，將軸承環與旋轉的主軸定心自動化，就是檢測并執行動作。但是當目標精度是1—2微米，給定不同尺寸、重量的軸承，并且零件上可能還有油，同時適應系統的摩擦，這樣的機床是很出眾的。

統一的解決方案

克萊蒙森大學（Clemson University）的國際汽車研究中心（International Center for Automotive Research）總監Thomas Kurfess博士說：“盡管這是一個簡單的系統，但在這例應用中你還有很多不知道的地方。用PID控制器使控制精度達到1微米是很困難的，原因多是有摩擦的存在。但是現在，可以使用標準運動控制平臺來做到。”

Novimat Concept 是一個單側的，自動直線封邊系統，
專為接縫、封邊和邊沿的精加工使用
Timken 公司 (www.timken.com) 和 National Instrument公司(www.ni.com)合作研究，Kurfess和他的小組減少了自動化系統中熟練技術工人的工作。

Kurfess說：“使我們能夠一步完成建模、仿真和控制的關鍵技術在于尖端的軟件工具。以前我們可以把想要的具有某種功能的系統進行建模和仿真，但是，接下來的控制就不會發生了。你會問‘為什么不行呢？’，答案是更新你的模型吧。”

高質量的自動直線封邊機實現運動網絡化控制
需要效率

設計一個有效的控制系統將人工對中的過程自動化，目的是減少定心所用的周期時間。與手工操作相比，自動化系統只需要人工測量時間的15%。

這個自動控制系統由一個線性滑塊和一個帶有空氣軸承的精密轉軸組成，空氣軸承的作用是提高運動精度以及使運動平滑。一個LVDT位移傳感器作為測量裝置安裝在線性滑塊上，與一個固定推桿觸點一起驅動軸承環。

一個有效的控制系統使軸承定心的過程自動化,顯著的減少了定心所用的時間。

應用：在柱面坐標測量機床中，使給旋轉主軸上的軸承環定心的過程自動化。
工程挑戰：減少準備時間；保證在高度動態機床系統中，給軸承環定心的重復誤差為1?到2微米。
控制方法：使用LabView控制設計和仿真軟件，硬件包括PXI/Compact PCI卡和用于運動控制的Soft Motion驅動。

系統概述：

● LabView Control Design Toolkit，實時和仿真模塊
● Soft Motion驅動
● 測量裝置選用LVDT位移傳感器
● 卡爾曼濾波器處理原始數據