工業(yè)自動(dòng)化從原理上可分為機(jī)械自動(dòng)化(運(yùn)動(dòng)控制)與過程自動(dòng)化(自動(dòng)化過程控制)。

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什么是運(yùn)動(dòng)控制？

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運(yùn)動(dòng)控制(MC)是自動(dòng)化的一個(gè)分支，也可叫做電力拖動(dòng)控制，其動(dòng)力源大部分都基于電動(dòng)機(jī)。

也就是說，運(yùn)動(dòng)控制其實(shí)是基于電動(dòng)機(jī)，實(shí)現(xiàn)物體對(duì)于角位移、速度、轉(zhuǎn)矩等物理量改變的控制。

運(yùn)動(dòng)控制在機(jī)器人和數(shù)控機(jī)床的領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用要比在專用機(jī)器中的應(yīng)用更復(fù)雜，因?yàn)楹笳哌\(yùn)動(dòng)形式更簡(jiǎn)單，通常被稱為通用運(yùn)動(dòng)控制(GMC)。運(yùn)動(dòng)控制被廣泛應(yīng)用在包裝、印刷、紡織和裝配工業(yè)中。

運(yùn)動(dòng)控制其實(shí)是基于電動(dòng)機(jī)的，這里的電動(dòng)機(jī)指的是伺服電機(jī)；如果一套單機(jī)設(shè)備上只用了一臺(tái)伺服電機(jī)，這種情況下是更注重于對(duì)電機(jī)的一個(gè)控制，如位置、速度、轉(zhuǎn)矩的控制；這個(gè)例子，是想單臺(tái)電機(jī)控制只是運(yùn)動(dòng)控制的一個(gè)環(huán)節(jié)。

而運(yùn)動(dòng)控制主要是針對(duì)產(chǎn)品，可以說是一個(gè)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，系統(tǒng)整體包含機(jī)械(電動(dòng)機(jī)只是機(jī)械中的零配件)、電氣、軟件等，是對(duì)機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件的位置、速度等進(jìn)行實(shí)時(shí)的控制管理，使其按照預(yù)定的控制方案轉(zhuǎn)變?yōu)槠谕臋C(jī)械運(yùn)動(dòng)的控制。

運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)多種多樣，但從基本結(jié)構(gòu)上看，一個(gè)典型的現(xiàn)代運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的硬件主要由:上位機(jī)、運(yùn)動(dòng)控制器、功率驅(qū)動(dòng)裝置、電動(dòng)機(jī)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)和傳感器反饋檢測(cè)裝置等部分組成。

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什么是自動(dòng)化過程控制？

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自動(dòng)化過程控制其原理是利用plc控制器收集傳感器反饋的數(shù)據(jù)，并分析處理這些數(shù)據(jù)后，調(diào)節(jié)優(yōu)化及控制各種設(shè)備，以提高生產(chǎn)的效率。

其控制的對(duì)象一般是各類水泵、風(fēng)機(jī)、電動(dòng)閥門等。整個(gè)系統(tǒng)一般由plc控制柜、配電柜以及控制程序，各傳類感器，組態(tài)軟件，監(jiān)控系統(tǒng)等組成。

過程自動(dòng)化一般用于環(huán)保行業(yè)如污水、廢氣處理，節(jié)能行業(yè)，對(duì)工業(yè)生產(chǎn)中的各類負(fù)載設(shè)備進(jìn)行智能調(diào)節(jié)以保證其運(yùn)行于最佳狀態(tài)，以達(dá)到節(jié)能的目的。主要用于傳統(tǒng)工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域中，是一種大系統(tǒng)控制，控制對(duì)象比較多，如一條生產(chǎn)線。

▲某企業(yè)的自動(dòng)化過程控制拓?fù)鋱D

03

自動(dòng)化過程控制和運(yùn)動(dòng)控制是不同的

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從關(guān)注點(diǎn)來說，自動(dòng)化過程控制(這兒指伺服電機(jī))首要關(guān)注的是控制單個(gè)電機(jī)的轉(zhuǎn)距、速度、方位中的一個(gè)或多個(gè)參數(shù)到達(dá)給定值。而運(yùn)動(dòng)控制首要關(guān)注點(diǎn)在于和諧多個(gè)電機(jī)，完結(jié)指定的運(yùn)動(dòng)(組成軌道、組成速度)，比較著重軌道規(guī)劃、速度規(guī)劃、運(yùn)動(dòng)學(xué)轉(zhuǎn)化;比方數(shù)控機(jī)床里面要和諧XYZ軸電機(jī)，完結(jié)插補(bǔ)動(dòng)作。

自動(dòng)化過程控制常常作為運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的一個(gè)環(huán)節(jié)(一般是電流環(huán)，作業(yè)在力矩方式下)，更著重于對(duì)電機(jī)的控制，一般包括方位控制、速度控制、轉(zhuǎn)矩控制三個(gè)控制環(huán)，一般沒有規(guī)劃的才能(有部分驅(qū)動(dòng)器有簡(jiǎn)單的方位和速度規(guī)劃才能)。

▲運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)圖

· 運(yùn)動(dòng)控制器：常見的就是PLC

· 驅(qū)動(dòng)器：工控人對(duì)驅(qū)動(dòng)器應(yīng)該再熟悉不過了

· 執(zhí)行機(jī)構(gòu)：伺服電機(jī)

· 減速機(jī)構(gòu)：減速器

· 光柵：編碼器的一種；(一般用于車床加工)

· 人機(jī)界面：大家熟悉的觸摸屏。

運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)其本質(zhì)是控制電機(jī)，實(shí)現(xiàn)其對(duì)角位移，轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)速等物理量。一般針對(duì)某個(gè)產(chǎn)品，由機(jī)械、軟件、電氣等模塊組成，如精密數(shù)控機(jī)械、機(jī)床、機(jī)器人、無人機(jī)、運(yùn)動(dòng)平臺(tái)等等。運(yùn)動(dòng)控制主要針對(duì)某個(gè)產(chǎn)品的個(gè)體控制，它可以是某個(gè)系統(tǒng)內(nèi)的某個(gè)設(shè)備。

簡(jiǎn)單來說，就是由運(yùn)動(dòng)控制器發(fā)出命令，給驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行功率放大，將放大后的信號(hào)傳給執(zhí)行機(jī)構(gòu)(伺服電機(jī))，伺服電機(jī)自帶編碼器，能夠?qū)崿F(xiàn)半閉環(huán)控制；伺服電機(jī)用傳動(dòng)機(jī)構(gòu)控制機(jī)械，在機(jī)械裝置上安裝了光柵尺(也是編碼器)，實(shí)現(xiàn)全閉環(huán)控制。操作人員在現(xiàn)場(chǎng)可通過人機(jī)界面去進(jìn)行整個(gè)環(huán)節(jié)的調(diào)試操作。

運(yùn)動(dòng)控制起源于早期的伺服控制。簡(jiǎn)單地說，運(yùn)動(dòng)控制就是對(duì)機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件的位置、速度等進(jìn)行實(shí)時(shí)的控制管理，使其按照預(yù)期的運(yùn)動(dòng)軌跡和規(guī)定的運(yùn)動(dòng)參數(shù)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。

早期的運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)主要是伴隨著數(shù)控技術(shù)、機(jī)器人技術(shù)和工廠自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展的。早期的運(yùn)動(dòng)控制器實(shí)際上是可以獨(dú)立運(yùn)行的專用的控制器，往往無需另外的處理器和操作系統(tǒng)支持，可以獨(dú)立完成運(yùn)動(dòng)控制功能、工藝技術(shù)要求的其他功能和人機(jī)交互功能。

這類控制器可以成為獨(dú)立運(yùn)行的運(yùn)動(dòng)控制器。這類控制器主要針對(duì)專門的數(shù)控機(jī)械和其他自動(dòng)化設(shè)備而設(shè)計(jì)，往往已根據(jù)應(yīng)用行業(yè)的工藝要求設(shè)計(jì)了相關(guān)的功能，用戶只需要按照其協(xié)議要求編寫應(yīng)用加工代碼文件，利用RS232或者DNC方式傳輸?shù)娇刂破鳎刂破骷纯赏瓿上嚓P(guān)的動(dòng)作。這類控制器往往不能離開其特定的工藝要求而跨行業(yè)應(yīng)用，控制器的開放性僅僅依賴于控制器的加工代碼協(xié)議，用戶不能根據(jù)應(yīng)用要求而重組自己的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)。

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一個(gè)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的根本架構(gòu)組成包括

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運(yùn)動(dòng)控制器：用以生成軌道點(diǎn)(希望輸出)和閉合方位反應(yīng)環(huán)。許多控制器也能夠在內(nèi)部閉合一個(gè)速度環(huán)。

運(yùn)動(dòng)控制器首要分為三類，分別是PC-Based、專用控制器、PLC。其中PC-Based運(yùn)動(dòng)控制器在電子、設(shè)備機(jī)床等行業(yè)被廣泛使用；專用控制器的代表是風(fēng)電、光伏、機(jī)器人、成型機(jī)械等等；PLC則在橡膠、汽車、冶金等行業(yè)備受喜愛。

驅(qū)動(dòng)或放大器：用以將來自運(yùn)動(dòng)控制器的控制信號(hào)(一般是速度或扭矩信號(hào))轉(zhuǎn)化為更高功率的電流或電壓信號(hào)。更為先進(jìn)的智能化驅(qū)動(dòng)能夠自身閉合方位環(huán)和速度環(huán)，以獲得更準(zhǔn)確的控制。

執(zhí)行器：如液壓泵、氣缸、線性執(zhí)行機(jī)或電機(jī)，用以輸出運(yùn)動(dòng)。

反應(yīng)傳感器：如光電編碼器、旋轉(zhuǎn)變壓器或霍爾效應(yīng)設(shè)備等，用以反應(yīng)執(zhí)行器的方位到方位控制器，以完成和方位控制環(huán)的閉合。

很多機(jī)械部件用以將執(zhí)行器的運(yùn)動(dòng)方式轉(zhuǎn)化為希望的運(yùn)動(dòng)方式，它包括齒輪箱、軸、滾珠絲杠、齒形帶、聯(lián)軸器以及線性和旋轉(zhuǎn)軸承。

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如何選擇運(yùn)動(dòng)控制器？

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1、根據(jù)要開發(fā)設(shè)備的工作特點(diǎn)，確定伺服電機(jī)的類型； 2、確定要控制的電機(jī)軸數(shù)和電機(jī)工作模式； 3、確定位置檢測(cè)、反饋模式，選擇是否采用光電編碼器或光柵尺或磁柵尺； 4、確定輸入輸出開關(guān)量的數(shù)量； 5、根據(jù)以上內(nèi)容，選擇合適的運(yùn)動(dòng)控制器。 ?

編輯：黃飛

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