直驅(qū)電機(jī)這一塊有很多種表現(xiàn)的形式，直驅(qū)環(huán)形線是目前3C自動(dòng)化、物流倉(cāng)儲(chǔ)和自動(dòng)化領(lǐng)域里面非常常見(jiàn)的，而且整個(gè)市場(chǎng)的增長(zhǎng)非常顯著。上海果栗自動(dòng)化科技有限公司CTO周金明為我們帶來(lái)了《智能柔性環(huán)形線智能制造領(lǐng)域新趨勢(shì)》的主題介紹。

一、工業(yè)制造發(fā)展史

　　從傳統(tǒng)制造業(yè)的發(fā)展方面可以把它分成幾類，比如說(shuō)我們可以把它作為工業(yè)制造的1.0時(shí)代，可以把它認(rèn)為是人工生產(chǎn)作用的生產(chǎn)線，算是最早流水線的一些方式。第一代這種方式主要是鏈?zhǔn)揭约澳Σ恋膫鬏敚簿褪瞧ь愋偷纳a(chǎn)線。到后來(lái)可以把它稱作工業(yè)制造的2.0時(shí)代或者3.0時(shí)代，所謂半自動(dòng)化以及自動(dòng)化時(shí)代的產(chǎn)線，典型的就是加了很多旋轉(zhuǎn)伺服系統(tǒng)，比如同步帶之類的。另外加直線電機(jī)。

　　工業(yè)4.0時(shí)代稱之為智能柔性生產(chǎn)線，典型的就是磁懸浮柔性環(huán)形線，當(dāng)然環(huán)形線的種類也分好幾種，包括環(huán)型的，包括接駁的直線型的方式等等?，F(xiàn)在有一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)：

　　現(xiàn)在的用戶越來(lái)越要求個(gè)性化的需求。包括數(shù)字化的需求;人力因素;客戶不確定性，小批量的產(chǎn)品對(duì)于我們的產(chǎn)線會(huì)提出各種各樣的要求，包括要求產(chǎn)線生產(chǎn)力提高，品質(zhì)要提高，柔性生產(chǎn)，高速運(yùn)行，高精密等。

　　這里列了一個(gè)磁懸浮柔性線和撥叉機(jī)構(gòu)、皮帶線的對(duì)比。在柔性方面包括穩(wěn)定性、維護(hù)方便性和智能化，磁懸浮占了絕大部分的優(yōu)勢(shì)，成本上，傳統(tǒng)肯定會(huì)占一些優(yōu)勢(shì)，還是要看客戶具體的需求定位情況。

　　二、傳統(tǒng)產(chǎn)線的痛點(diǎn)

　　傳統(tǒng)的一些物流線的痛點(diǎn)，這里主要是指皮帶、鏈條的傳輸系統(tǒng)。

　　1、是針對(duì)有些產(chǎn)品，它皮帶傳輸摩擦?xí)r會(huì)產(chǎn)生一些粉塵顆粒，會(huì)影響這些產(chǎn)品的品質(zhì)。尤其是對(duì)于面板行業(yè)，對(duì)于車間要求的潔凈度很高;

　　2、生產(chǎn)效率低(速度慢，精度差)，皮帶需要進(jìn)行第二次定位;

　　3、無(wú)法異步、非固定節(jié)拍生產(chǎn)，無(wú)法同步運(yùn)動(dòng);

　　4、維護(hù)困難，能耗高。

　　5、拓展性差。

　　終端客戶有高速產(chǎn)線的需求，而傳統(tǒng)線體設(shè)計(jì)上下料的時(shí)間就是瓶頸，不可能達(dá)到柔性產(chǎn)線的產(chǎn)率，還有客戶要求能快速換型，4個(gè)小時(shí)完成產(chǎn)品換型，目前只有磁懸浮柔性環(huán)形線可滿足用戶需求。

　　三、磁懸浮傳輸技術(shù)原理、架構(gòu)及優(yōu)勢(shì)

　　1、磁懸浮傳輸線的技術(shù)原理和優(yōu)勢(shì)：

　　1)高加速、高速、高精密、無(wú)需二次定位;

　　2)每一個(gè)動(dòng)作都可以獨(dú)立控制，可實(shí)現(xiàn)同步/異步控制，負(fù)載的區(qū)間大;

　　3)無(wú)塵要求高，沒(méi)有線纜的拖動(dòng)，沒(méi)有顆粒的粉塵;

　　4)通用性高，模塊化設(shè)計(jì)，制造周期短;

　　5)擴(kuò)展性高，產(chǎn)品的定子可以延展到500米，動(dòng)子數(shù)量可增加至256個(gè)。

　　6)設(shè)備占地空間可節(jié)省40%以上。

　　2、磁懸浮分成兩大類：環(huán)形線，接駁型，接駁型里可分為全直驅(qū)及直驅(qū)+皮帶混合。

　　1)環(huán)形線原理及分類

　　環(huán)形線的基本的原理：動(dòng)子是一個(gè)U型的磁鐵，定子集成了磁懸浮專用驅(qū)動(dòng)器和線圈，整個(gè)定子和動(dòng)子組成了基本磁懸浮直驅(qū)電機(jī)。環(huán)形線的一個(gè)基本標(biāo)準(zhǔn)是跑道型的，因?yàn)槲覀冇玫哪K化生產(chǎn)方式，每一個(gè)定子都是模塊化。圓弧導(dǎo)軌中間可以插直線段組成一個(gè)方形的環(huán)形線，根據(jù)需要選擇。2020年開(kāi)始新增加了一個(gè)變軌環(huán)形線，用于分叉的類型。

　　2)接駁型原理及分類

　　接駁原理與環(huán)形線的原理一致的。接駁就是結(jié)構(gòu)上變成豎起來(lái)的。接駁分成了全直驅(qū)的方式+皮帶回流的方式。

　　接駁其實(shí)也分幾類：水平接駁類型、上下接駁的類型、上下接駁+皮帶混合型、水平接駁+皮帶混合型。

　　3)系統(tǒng)架構(gòu)

　　A. 每個(gè)定子模塊只有簡(jiǎn)單的一進(jìn)一出線纜，布線簡(jiǎn)單可靠，不用考慮布線維護(hù)問(wèn)題;

　　B. 接口簡(jiǎn)單易用，系統(tǒng)安裝調(diào)試時(shí)間短;

　　C. 光纖通信，響應(yīng)快，可靠性高;

　　D. 接口拆裝簡(jiǎn)單，維護(hù)方便;

　　E. 換型或改造便捷(1天內(nèi)可以完成快速拼接)

　　F. 斷電后動(dòng)子編號(hào)不丟失，重新上電可以進(jìn)行生產(chǎn)追溯;

　　G. 額外提供用戶RFID或工藝條碼錄入綁定動(dòng)子功能;

　　4)控制器接口

　　單個(gè)控制器支持256個(gè)動(dòng)子，多個(gè)控制器并聯(lián)時(shí)，最多支持2000個(gè)以上的動(dòng)子?？刂破鹘涌冢阂皇侵С諩CAT(Ethercat)接口;還有一個(gè)是以太網(wǎng)UDP的接口。動(dòng)子支持安裝二級(jí)執(zhí)行器，上面可以集成伺服電機(jī)，IO口或者是真空泵。

　　四、控制軟件的功能及技術(shù)內(nèi)容

　　1、功能介紹

　　因?yàn)檎麄€(gè)系統(tǒng)的功能重要需要通過(guò)軟件的形式來(lái)實(shí)現(xiàn)，詳細(xì)介紹一下這些功能。

　　1)對(duì)外的接口EtherCAT和以太網(wǎng)UDP接網(wǎng)方式，通訊口作為通信Slave，上位機(jī)PLC下發(fā)命令，iTS控制器回應(yīng)命令;對(duì)于PLC應(yīng)用案例來(lái)說(shuō)，常用的PLC如歐姆龍、倍福、西門(mén)子、三菱、基恩士、匯川、禾川、信捷都支持;如果上位機(jī)是PC工控機(jī)，可提供Windows上的DLL庫(kù)供用戶調(diào)用，直接調(diào)用函數(shù)接口。

　　2)內(nèi)置動(dòng)子間的安全防撞機(jī)制：

　　安全間距可以任意設(shè)置，防撞功能已經(jīng)集成到控制器內(nèi)部，動(dòng)子不論處于何種狀態(tài)，另一個(gè)動(dòng)子高速?zèng)_撞，會(huì)在設(shè)定的安全間距位置停下，等第一個(gè)動(dòng)子拉開(kāi)間距后后再繼續(xù)行進(jìn)。

　　3)提供兩種控制動(dòng)子方式：動(dòng)子自由控制方式及工位控制方式。動(dòng)子自由控制，可當(dāng)成一個(gè)電機(jī)軸來(lái)實(shí)現(xiàn)。當(dāng)線體比較長(zhǎng)時(shí)，系統(tǒng)的復(fù)雜度和編程量會(huì)極度增加，所以此時(shí)可選擇工位控制方式，用戶簡(jiǎn)易編程工作，只需要關(guān)注工位，不需要關(guān)注動(dòng)子之間的運(yùn)動(dòng)方式。

　　2、iTS控制軟件功能--動(dòng)子相關(guān)

　　動(dòng)子位置及狀態(tài)可實(shí)時(shí)讀取;

　　內(nèi)置的動(dòng)子安全防撞間距可分區(qū)域單獨(dú)設(shè)置不同值;

　　動(dòng)子靜態(tài)誤差校正及動(dòng)態(tài)誤差補(bǔ)償功能;

　　提供開(kāi)環(huán)推力調(diào)試功能;

　　支持不同長(zhǎng)度載具的動(dòng)子混合使用及防撞功能;

　　支持左右不對(duì)稱的異形動(dòng)子混合使用及防撞功能;

　　支持?jǐn)嚯娀謴?fù)后可復(fù)原原狀態(tài)生產(chǎn);

　　3、iTS控制軟件功能--工位相關(guān)

　　全行程任意位置都可設(shè)置為工位;

　　工位安全邊界保護(hù)功能：工位內(nèi)有動(dòng)子時(shí)，后面跟隨動(dòng)子停留在邊界外;

　　工位示教功能，將動(dòng)子移動(dòng)到合適位置，將動(dòng)子位置存為工位位置;

　　動(dòng)子在不同工位移動(dòng)，可以設(shè)置不同的加減速度、速度參數(shù);

　　工位可設(shè)置范圍，工位范圍是否有動(dòng)子可以獲取信息;

　　可以動(dòng)態(tài)設(shè)置工位是否允許動(dòng)子進(jìn)入;

　　可動(dòng)態(tài)啟動(dòng)或禁用工位;

　　對(duì)于同樣工藝的工位，可設(shè)置為同步組隊(duì)工位;

　　可單獨(dú)暫停/恢復(fù)某個(gè)工位范圍內(nèi)的動(dòng)子;

　　可單獨(dú)急停/恢復(fù)某個(gè)工位范圍內(nèi)的動(dòng)子;

　　可設(shè)置不同工位停留指定的不同動(dòng)子;

　　工位的下一個(gè)指向，可以根據(jù)工藝情況動(dòng)態(tài)指向新的工位號(hào);

　　4、iTS控制軟件功能--其他

　　提供段區(qū)域參數(shù)功能，可設(shè)置某些區(qū)域的額外速度限制、不同防撞間距、不同PID控制參數(shù);

　　提供定子模塊、動(dòng)子、通信的狀態(tài)和診斷信息;

　　軟限位功能;

　　每個(gè)定子模塊前中后是否有動(dòng)子都可以實(shí)時(shí)獲取;

　　配置參數(shù)支持導(dǎo)入、導(dǎo)出;

　　支持仿真調(diào)試功能;用戶PLC可提前在沒(méi)有線體的情況下調(diào)試自己的程序;

　　5、線體如何控制?--動(dòng)子自由控制

　　動(dòng)子自由控制，通過(guò)設(shè)置寄存器控制各個(gè)動(dòng)子的運(yùn)動(dòng)，功能包括伺服，絕對(duì)運(yùn)動(dòng)、相對(duì)運(yùn)動(dòng)、急停、正常停止、清錯(cuò)、速度方式運(yùn)動(dòng)等;

　　運(yùn)動(dòng)可以指定目標(biāo)位置、最大速度、加減速等參數(shù);

　　動(dòng)子狀態(tài)獲取，讀取寄存器獲取各個(gè)動(dòng)子的狀態(tài)，包括是否伺服、運(yùn)動(dòng)、急停、阻塞、目標(biāo)位置是否到達(dá)、錯(cuò)誤等;

　　可以獲取動(dòng)子當(dāng)前的實(shí)時(shí)位置和速度。

　　6、動(dòng)子自由控制--寫(xiě)/讀控制寄存器

　　這是我們寫(xiě)控制器的一個(gè)寄存器，單獨(dú)控制動(dòng)子，通過(guò)控制寄存器，目標(biāo)位置去設(shè)置就可以了。讀取動(dòng)子的狀態(tài)和什么樣的狀態(tài)，當(dāng)前實(shí)時(shí)的速度和實(shí)時(shí)的位置，可以直接通過(guò)寄存器去讀就可以。

　　7、工位控制方式

　　用戶只需要關(guān)心工位上的工作即可，不用費(fèi)心去控制每一個(gè)動(dòng)子。

　　針對(duì)某個(gè)工位的應(yīng)用場(chǎng)景：

　　1) PLC查詢工位是否有動(dòng)子到達(dá);

　　2)一旦動(dòng)子到達(dá)了工位，PLC就可以獲取到動(dòng)子的ID編號(hào);可以根據(jù)需要對(duì)動(dòng)子進(jìn)行額外控制;

　　3)PLC可控制其他外部機(jī)構(gòu)進(jìn)行操作，比如進(jìn)行上料或?qū)?dòng)子上的物料進(jìn)行操作等;

　　4)外部機(jī)構(gòu)完成工作后 ，PLC下發(fā) ”移動(dòng)下一工位 ”命令;工位上的 當(dāng)前動(dòng)子自動(dòng)往下一個(gè)工位前進(jìn);動(dòng)子在下一個(gè)工位前進(jìn)時(shí)，如果前面有動(dòng)子存在，會(huì)自動(dòng)停留在安全間距外處于阻塞狀態(tài)，等前面動(dòng)子移開(kāi)后繼續(xù)前進(jìn)，一直到達(dá)前面的工位。

　　5). PLC繼續(xù)查詢工位狀態(tài) ，等待后續(xù)動(dòng)子的到來(lái);周而復(fù)始循環(huán)。

　　8、工位控制--寫(xiě)/讀控制寄存器

　　這是工位控制的寄存器，比如說(shuō)Moving Next的命令，使用上升沿信號(hào)，相應(yīng)的工位就控制往下走，工位區(qū)域位置都可暫停。這是讀取的工位狀態(tài)的情況，觀察是否有動(dòng)子在工位上，及到達(dá)工位的動(dòng)子ID號(hào)碼。

　　9、iTS調(diào)試工具

　　iTS的調(diào)試工具提供了配置及調(diào)試iTS線體的完整工具，包括：線體規(guī)劃 、工位配置 、動(dòng)子配置 、各種參數(shù)配置 、動(dòng)子實(shí)時(shí)位置顯示 、手動(dòng)控制動(dòng)子運(yùn)動(dòng)等;PID調(diào)試用的示波器軟件工具等。

　　從圖中可以看到這是調(diào)試軟件的一個(gè)主界面，右側(cè)列表，表示動(dòng)子實(shí)時(shí)位置及狀態(tài)，圖中是系統(tǒng)控制參數(shù)，左下方顯示單獨(dú)動(dòng)子的控制界面，上面是一些系統(tǒng)的狀態(tài)，可以通過(guò)這些來(lái)進(jìn)行查看。

　　下圖稱為圖示工位操作，這個(gè)界面里面實(shí)時(shí)顯示動(dòng)子和工位的狀態(tài)，綠色表示工位，紅色表示動(dòng)子，當(dāng)然你也可以顯示位置、狀態(tài)、信息，點(diǎn)一下工位或動(dòng)子可以控制其參數(shù)。

　　下圖為果栗在鋰電行業(yè)物流線的一個(gè)模擬仿真，通過(guò)模擬仿真方式可以設(shè)置好參數(shù)，例如設(shè)置動(dòng)子參數(shù)，升降機(jī)大概到達(dá)所需時(shí)間，預(yù)測(cè)工位停留時(shí)間，通過(guò)這些設(shè)置可了解產(chǎn)線產(chǎn)率。

　　五、企業(yè)介紹和應(yīng)用案例

　　上海果栗自動(dòng)化于2015年成立，目前設(shè)立有蘇州分公司及成都、深圳辦事處，團(tuán)隊(duì)主創(chuàng)人員均擁有工控行業(yè)十余年經(jīng)驗(yàn)，主要產(chǎn)品包括了環(huán)形線、方型環(huán)形線、水平接駁線、混合同步帶的接駁線，還有包括變軌的新環(huán)形線，變軌接駁線等，果栗未來(lái)還是會(huì)持續(xù)專注于環(huán)形線相關(guān)產(chǎn)品的技術(shù)研發(fā)。目前已經(jīng)成熟應(yīng)用于鋰電、3C、液晶面板、汽車電子、物流運(yùn)輸、醫(yī)療品制造、半導(dǎo)體、日用品等等。