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舒志兵 （1965-）

男，南京工業(yè)大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院運(yùn)動(dòng)控制研究所所長(zhǎng)，現(xiàn)任“中國(guó)人工智能學(xué)會(huì)智能檢測(cè)與運(yùn)動(dòng)控制專(zhuān)業(yè)委員會(huì)”秘書(shū)長(zhǎng)。長(zhǎng)期從事測(cè)控技術(shù)，運(yùn)動(dòng)控制，傳感器技術(shù)，電力電子技術(shù)及電氣控制系統(tǒng)研究，主要研究方向有: 機(jī)器人、非線性多變量控制、變頻調(diào)速、交直流傳動(dòng)、伺服運(yùn)動(dòng)控制、DSP技術(shù)、現(xiàn)場(chǎng)總線、數(shù)控系統(tǒng)及其機(jī)電一體化系統(tǒng)等。

摘要：很多業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為，中國(guó)的設(shè)備制造業(yè)在未來(lái)五年將會(huì)有很大的變化，主要表現(xiàn)在對(duì)自動(dòng)化設(shè)備的要求越來(lái)越高。隨著全球制造中心大舉向中國(guó)轉(zhuǎn)移，不可避免的激烈競(jìng)爭(zhēng)將加大制造業(yè)對(duì)高端自動(dòng)化產(chǎn)品的需求，中國(guó)的運(yùn)動(dòng)控制和機(jī)器視覺(jué)市場(chǎng)將因此進(jìn)入高速發(fā)展階段。機(jī)器視覺(jué)與運(yùn)動(dòng)控制、網(wǎng)絡(luò)通訊等技術(shù)的結(jié)合正在改變現(xiàn)代工業(yè)化生產(chǎn)。由于具有精度高、速度快和工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境下的可靠性好等特點(diǎn)，機(jī)器視覺(jué)已經(jīng)廣泛用于工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)和測(cè)試設(shè)備。如零件裝配完整性、裝配尺寸精度、零件加工精度、位置／角度測(cè)量、零件識(shí)別和特性／字符識(shí)別等。本文主要介紹全數(shù)字高精智能型伺服總控系統(tǒng)發(fā)展趨勢(shì)與驅(qū)動(dòng)技術(shù)。

1  總控系統(tǒng)概述

    全數(shù)字高精智能型伺服總控系統(tǒng)設(shè)計(jì)遵循IEC系列國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，滿足ISO國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，運(yùn)用目前世界上最先進(jìn)的可編程計(jì)算機(jī)控制器（PCC）與先進(jìn)伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)功能。系統(tǒng)按分布式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，采用開(kāi)放系統(tǒng)，分層控制等先進(jìn)的計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)思想，將先進(jìn)伺服驅(qū)動(dòng)控制技術(shù)，現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，計(jì)算機(jī)技術(shù)，通信和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)，圖形和圖像技術(shù)，多媒體技術(shù)，數(shù)據(jù)采集和可編程控制技術(shù)有機(jī)地結(jié)合在一起，這套控制系統(tǒng)以其先進(jìn)的總線型多軸運(yùn)動(dòng)控制，分時(shí)多任務(wù)高速的運(yùn)算處理能力演繹了自動(dòng)化系統(tǒng)的完美強(qiáng)大，完全滿足近期一切功能要求，設(shè)計(jì)理念超越了對(duì)控制系統(tǒng)的普通理解，充分考慮了系統(tǒng)的擴(kuò)充性和遠(yuǎn)期發(fā)展，具有前瞻性。整個(gè)系統(tǒng)具有技術(shù)水平先進(jìn)、自動(dòng)化程度高，操作簡(jiǎn)單、顯示直觀、調(diào)節(jié)性能穩(wěn)定、運(yùn)行可靠、抗干擾能力強(qiáng)、維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)。

    全數(shù)字高精智能型伺服總控系統(tǒng)中工業(yè)級(jí)控制顯示操作站選用人機(jī)界面觸摸式圖文控制顯示單元：一體化嵌入式工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，這種嵌入式系統(tǒng)為機(jī)器的運(yùn)行和監(jiān)視設(shè)立了一個(gè)新的標(biāo)準(zhǔn)。這種產(chǎn)品是在電源、功能、安全操作等方面達(dá)到新水平的一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)，系統(tǒng)應(yīng)用范圍廣泛。它完全地集成了監(jiān)控設(shè)備所需的一切功能，體現(xiàn)了最優(yōu)性能和最小尺寸的最佳組合。嵌入式工控機(jī)有專(zhuān)用嵌入式操作系統(tǒng)，在這個(gè)操作系統(tǒng)上使用c語(yǔ)言或者basic高級(jí)語(yǔ)言編程，可以實(shí)現(xiàn)豐富多彩的功能。軟件開(kāi)發(fā)工具能夠?qū)崿F(xiàn)顯示、控制、驅(qū)動(dòng)和通信任務(wù)的簡(jiǎn)單配置和編程。這種嵌入式一體化人機(jī)界面設(shè)備具有廣闊的前景，可廣泛應(yīng)用于許多領(lǐng)域。

    全數(shù)字高精智能型伺服總控系統(tǒng)是具備電流環(huán)，速度環(huán)與位置環(huán)的先進(jìn)伺服系統(tǒng)，保證了單機(jī)的位置控制精度，同時(shí)通過(guò)高速現(xiàn)場(chǎng)總線接口實(shí)現(xiàn)多軸的精確位置同步控制。所有這些伺服控制器都連接在高速現(xiàn)場(chǎng)總線上，由計(jì)算機(jī)可編程控制器進(jìn)行集中控制與管理。

    全數(shù)字高精智能型伺服總控系統(tǒng)選用高速現(xiàn)場(chǎng)總線的優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)在以下方面：

    （1）高速現(xiàn)場(chǎng)總線傳輸速率極高，采用星型網(wǎng)絡(luò)連接，計(jì)算機(jī)可編程控制器控制多臺(tái)伺服，同步循環(huán)時(shí)間只需幾百微秒。同步循環(huán)時(shí)間越短，則同步的動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能越好。這直接體現(xiàn)出來(lái)在機(jī)器啟停、加減速時(shí)候的同步性能。實(shí)際經(jīng)驗(yàn)表明，采用高速現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的伺服系統(tǒng)，不僅在穩(wěn)速的時(shí)候有極佳的同步效果，即使在機(jī)器頻繁加減速、啟停的情況下，也可以保證精確的同步性能，保障控制精度。

    （2）所有伺服控制器連在同一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)總線上，由一個(gè)中央控制器集中控制。這樣可以保證各伺服控制器實(shí)時(shí)收到各自的位置指令，這是高速同步的前提條件。

2  全數(shù)字高精智能型伺服總控系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)技術(shù)發(fā)展方向

2.1 驅(qū)動(dòng)技術(shù)的全數(shù)字化

    全數(shù)字高精智能型伺服總控系統(tǒng)伺服驅(qū)動(dòng)的所有控制運(yùn)算都是由內(nèi)部的數(shù)字信號(hào)處理器DSP完成，其實(shí)時(shí)運(yùn)行速度可達(dá)每秒數(shù)以千萬(wàn)條復(fù)雜指令程序，是數(shù)字化電子世界中日益重要的電腦芯片。伺服驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部的三環(huán)控制在內(nèi)部高速DSP控制下，充分體現(xiàn)了伺服環(huán)路高響應(yīng)、高性能、高可靠性和高速實(shí)時(shí)控制的要求。

2.2 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的集成一體化

    為使伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)更具功能化，“智能化電機(jī)”和“智能化伺服驅(qū)動(dòng)器”的發(fā)展成為伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的集成一體化的新發(fā)展方向。“智能化電機(jī)”是指集成了驅(qū)動(dòng)和通訊的電機(jī)，“智能化伺服驅(qū)動(dòng)器”是指集成了運(yùn)動(dòng)控制和通訊的驅(qū)動(dòng)器。這樣，電機(jī)、驅(qū)動(dòng)器和控制的集成使三者從設(shè)計(jì)、制造到運(yùn)行和維護(hù)都更加緊密地融合到一體。可使速度前饋、加速度前饋、低通濾波、凹陷濾波等新的控制算法得以實(shí)現(xiàn)。由International Rectifier公司推出的一種全新方法為電機(jī)控制器展現(xiàn)了一個(gè)集成設(shè)計(jì)平臺(tái)，從簡(jiǎn)捷的元器件選型過(guò)程到數(shù)字控制芯片的定制配置等都可以利用基于PC的圖形化工具以簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)流程。該平臺(tái)包括相互兼容的IGBT和功率開(kāi)關(guān)電路，數(shù)字控制硬件，以及電流傳感元件，由于該元件采用了高壓集成電路（HVIC）技術(shù)，因而比霍爾效應(yīng)或磁阻傳感器小巧而且簡(jiǎn)單。另外，將功率級(jí)和模擬控制電路以及保護(hù)等集成起來(lái)就產(chǎn)生了一種集成功率模塊，因此允許新型控制器以相同甚至更小的外形尺寸取代傳統(tǒng)驅(qū)動(dòng)器。

2.3 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化、智能化、模塊化

    隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，在機(jī)器故障診斷方面，使得人們可以通過(guò)Internet及時(shí)了解伺服系統(tǒng)參數(shù)及實(shí)時(shí)運(yùn)行情況，并可以根據(jù)嵌入的預(yù)測(cè)性維護(hù)技術(shù)及時(shí)了解如電流、負(fù)載的變化情況，外殼或鐵心溫度變化情況，實(shí)時(shí)實(shí)現(xiàn)預(yù)警。為應(yīng)對(duì)更加復(fù)雜的控制任務(wù)，模糊邏輯控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和專(zhuān)家系統(tǒng)已經(jīng)應(yīng)用到伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，是當(dāng)前比較典型的控制方法，目前市場(chǎng)上已有較為成熟的專(zhuān)用芯片，其實(shí)時(shí)性好，控制精度高，在全數(shù)字高精智能型伺服總控系統(tǒng)設(shè)計(jì)中已得到比較廣泛的應(yīng)用。

2.4 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的高速度、高精度、高性能化

    電機(jī)和驅(qū)動(dòng)方式的改進(jìn)和更高運(yùn)行速率的DSP等使伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)向著更高速度、更高精度、更高性能的方向發(fā)展。電機(jī)方面的改進(jìn)，主要包括電機(jī)永磁材料性能的改進(jìn)，更好的磁鐵安裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，逆變器驅(qū)動(dòng)電路的優(yōu)化，加減速運(yùn)動(dòng)的優(yōu)化，再生制動(dòng)和能量反饋以及更好的冷卻方式等。驅(qū)動(dòng)方式的改進(jìn)方面如采用無(wú)齒槽效應(yīng)的高性能旋轉(zhuǎn)電機(jī)和采用直線電機(jī)的線性伺服驅(qū)動(dòng)方式，由于取消了中間傳遞環(huán)節(jié)，消除了中間傳遞誤差，從而實(shí)現(xiàn)了高定位精度和高速化，且根據(jù)直線電機(jī)容易改變形狀的特點(diǎn)，還可以使采用線性直線機(jī)構(gòu)的各種裝置實(shí)現(xiàn)小型化和輕量化，加之速度更快的DSP，應(yīng)用自適應(yīng)、人工智能等各種控制方式不斷將伺服系統(tǒng)的性能指標(biāo)提高。在第12屆中國(guó)（廣州）國(guó)際工業(yè)控制自動(dòng)化及儀器儀表展（CHIFA 2008）上，一些工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家在高速、高精技術(shù)方面仍處于領(lǐng)先水平。如德國(guó)倍福（Bechoff）攜AX5000系列伺服驅(qū)動(dòng)器全新亮相，其開(kāi)創(chuàng)了伺服驅(qū)動(dòng)性能的高標(biāo)準(zhǔn)，這種新系列的伺服驅(qū)動(dòng)器除了支持單通道、多通道技術(shù)以外，更在性能和經(jīng)濟(jì)性方面得到了飛躍。在AX5000系列伺服驅(qū)動(dòng)器所集成的快速的控制技術(shù)中，電流控制環(huán)最快可達(dá)31.25μs，速度控制環(huán)最快可達(dá)125μs，位置控制環(huán)最快可達(dá)125μs，其支持高動(dòng)態(tài)性能的運(yùn)動(dòng)控制任務(wù)；同時(shí)集成了EtherCAT實(shí)時(shí)以太網(wǎng)通訊技術(shù)。可自由搭配多軸控制系統(tǒng)，雙通道伺服驅(qū)動(dòng)器可以自由匹配兩個(gè)不同的電機(jī)，還提供了更高的安裝密度和更經(jīng)濟(jì)的單通道成本。且緊湊的設(shè)計(jì)和靈活的“AX-Bridge”快速連接技術(shù)使得伺服驅(qū)動(dòng)器能夠進(jìn)行方便的安裝。

2.5 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的控制算法

    從根本上講，實(shí)現(xiàn)調(diào)速驅(qū)動(dòng)的數(shù)字控制器需要開(kāi)發(fā)人員編制磁場(chǎng)定向控制（FOC）算法，該算法由矢量旋轉(zhuǎn)、Clarke變換和比例積分算法等多個(gè)控制模塊構(gòu)成。在基于逆變控制的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中，以上控制功能由運(yùn)行在運(yùn)動(dòng)控制DSP或MCU中的軟件代碼實(shí)現(xiàn)。構(gòu)建這樣一個(gè)控制器絕非易事，不僅需要高水準(zhǔn)的實(shí)時(shí)設(shè)計(jì)技巧，而且為滿足運(yùn)算速度和數(shù)據(jù)刷新率等要求還必須用匯編言語(yǔ)編制程序。其代碼量可能會(huì)多達(dá)數(shù)千行，而且必需在源代碼階段進(jìn)行多輪反復(fù)調(diào)試和修改，才能最終獲得完備的可執(zhí)行目標(biāo)代碼。

    例如，International Rectifier（IR）公司的運(yùn)動(dòng)控制引擎（Motion Control Engine，簡(jiǎn)稱(chēng)MCE）可以避免復(fù)雜的軟件設(shè)計(jì)和充滿挑戰(zhàn)的實(shí)時(shí)控制，轉(zhuǎn)而由硬件方法實(shí)現(xiàn)所需的控制模塊，并能以單一的控制邏輯流程取代對(duì)復(fù)雜多任務(wù)操作系統(tǒng)的需求。與基于DSP或MCU的傳統(tǒng)解決方案相比，MCE的硬件加速技術(shù)顯然還能支持更高的控制帶寬。針對(duì)特殊應(yīng)用，目前IR公司正在開(kāi)發(fā)一系列可實(shí)現(xiàn)完整閉環(huán)電流控制和速度控制的MCE集成芯片，并專(zhuān)門(mén)為伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和永磁電機(jī)的正弦無(wú)刷控制等進(jìn)行優(yōu)化處理。利用其可配置寄存器，設(shè)計(jì)人員可以利用基于PC的ServoDesigner工具軟件輕松地為目標(biāo)應(yīng)用設(shè)置控制器，該軟件是運(yùn)動(dòng)控制設(shè)計(jì)平臺(tái)的一部分，且隨其一起提供。MCE集成芯片還可以實(shí)現(xiàn)片上PWM和電流傳感功能。

    隨著人工智能技術(shù)的發(fā)展，智能控制已成為現(xiàn)代控制領(lǐng)域中的一個(gè)重要分支，伺服控制系統(tǒng)中運(yùn)用智能控制技術(shù)也已成為目前運(yùn)動(dòng)控制的主要發(fā)展方向，并且將帶來(lái)運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)的新紀(jì)元。目前，實(shí)現(xiàn)智能控制的有效途徑有三條：基于人工智能的專(zhuān)家系統(tǒng)(Expert System)、基于模糊集合理論(Fuzzy Logic)的模糊控制和基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(Artificial Neural Network)的神經(jīng)控制。

2.6 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的通用化

    目前，通用型驅(qū)動(dòng)器都配置有大量的參數(shù)修改和菜單功能，這便于用戶在不改變硬件配置的前提下方便地設(shè)置成V/F控制、無(wú)速度傳感器開(kāi)環(huán)矢量控制、永磁無(wú)刷交流伺服電動(dòng)機(jī)控制及再生單元等五種工作方式。廣泛應(yīng)用于各種場(chǎng)合，也可以驅(qū)動(dòng)多種不同的電動(dòng)機(jī)，如無(wú)刷直流電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)、異步電機(jī)、永磁同步電機(jī)，也可以適應(yīng)不同的傳感器甚至應(yīng)用于無(wú)位置傳感器，還可以使用電機(jī)本身配置的反饋構(gòu)成半閉環(huán)控制系統(tǒng)，通過(guò)接口與外部的裝置位置、速度或力矩傳感器構(gòu)成高精度全閉環(huán)控制系統(tǒng)。伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的通用化程度進(jìn)一步得以體現(xiàn)。

2.7 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的兩極化

    所謂的兩極化，一個(gè)是向小的方向發(fā)展，另一個(gè)是向大的方向發(fā)展。隨著電機(jī)永磁材料的技術(shù)的發(fā)展，輕質(zhì)材料的成熟應(yīng)用，高速DSP技術(shù)的發(fā)展，全新的驅(qū)動(dòng)方式及設(shè)計(jì)理念，伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)在向兩個(gè)方向發(fā)展。意大利博洛尼亞大學(xué)的溫森托?巴利扎尼博士與西班牙及美國(guó)同事研制成世界上最小和最快的納米級(jí)電動(dòng)機(jī)，他是由一個(gè)分子組成，取名為rotaxane。單分子電機(jī)的直徑只有5nm，它具有環(huán)形結(jié)構(gòu)，能夠向前和向后移動(dòng)1.3nm。與其發(fā)展方向相反，上海電氣集團(tuán)為三峽工程制造的世界上最大的兩個(gè)單體各重450t，直徑為10m的轉(zhuǎn)輪，電機(jī)容量70萬(wàn)千瓦的三峽電站水輪發(fā)電機(jī)組，是目前世界上容量最大、直徑最大、重量最重的機(jī)組。

3  全數(shù)字高精智能型伺服電氣總控系統(tǒng)配置

4  典型全數(shù)字高精智能型伺服總控系統(tǒng)電氣控制系統(tǒng)硬件分析

4.1 先進(jìn)智能型交流伺服驅(qū)動(dòng)器 CD系列

    （1）產(chǎn)品特點(diǎn)：

    內(nèi)置電源單元和EMC濾波單元；

    全數(shù)字驅(qū)動(dòng)控制交流電機(jī)；

    電流環(huán)循環(huán)時(shí)間為62.5微秒；

    速度及位置環(huán)循環(huán)時(shí)間為500微秒；

    位置環(huán)，速度環(huán)及轉(zhuǎn)矩環(huán)皆為閉環(huán)控制；

    電機(jī)定子間隙自動(dòng)補(bǔ)償功能；

    最高可控速度為25000rpm；

    多種控制模式（模擬量，脈沖，CANOPEN，PROFIBUS）。

    （2）多種自整定功能：

    Auto-phasing(自動(dòng)整定電機(jī)及編碼器參數(shù))；

    Auto-tuning(自動(dòng)整定負(fù)載參數(shù))；

    Cogging Torque Compensation(自動(dòng)間隙力矩補(bǔ)償，可使電機(jī)的控制精度進(jìn)一步提高)。

4.2 HSM系列為空心軸交流伺服電機(jī)

    產(chǎn)品特點(diǎn)：

    空心軸直徑可達(dá) 40mm；

    體積緊湊；

    IP65 防護(hù)等級(jí)；

    低轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，高動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性；

    高轉(zhuǎn)速，最大轉(zhuǎn)速可達(dá) 5000rpm；

    適合于高精度控制場(chǎng)合；

    適合于直連控制場(chǎng)合；

    超高精度Hiperface絕對(duì)式編碼器反饋，百萬(wàn)級(jí)分辨率。

4.3 低壓伺服驅(qū)動(dòng)器系列 BDE

    產(chǎn)品特點(diǎn)：

    BDE系列為新一代的低壓大功率伺服驅(qū)動(dòng)器；

    DC10～60V供電，實(shí)現(xiàn)真正低壓伺服，可適用于野外等無(wú)交流電源場(chǎng)合及需本質(zhì)安全場(chǎng)合；

    可配合多種電機(jī)的緊湊體積設(shè)計(jì)，充分節(jié)省空間；

    全數(shù)字伺服控制，豐富的產(chǎn)品系列，輸出功率可達(dá)到3kW；

    可實(shí)現(xiàn)力矩模式，速度模式，位置模式控制；

    最大額定電流可達(dá)60A，峰值電流120A。  

4.4 FP系列為超高動(dòng)態(tài)超高速超精密伺服電機(jī)

    （1）產(chǎn)品特點(diǎn)： 

    特殊專(zhuān)利結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；

    高效率，幾乎無(wú)電磁損耗；

    實(shí)現(xiàn)真正無(wú)間隙轉(zhuǎn)矩；

    大力矩，最大峰值力矩能達(dá)到450Nm ；

    高動(dòng)態(tài)響應(yīng)；

    波紋轉(zhuǎn)矩降低到最小；

    體積緊湊。

    （2）適合場(chǎng)合：超高動(dòng)態(tài)超精密應(yīng)用場(chǎng)合。

4.5 BL48V 系列為低壓無(wú)刷伺服電機(jī)

    （1）產(chǎn)品特點(diǎn)：

    DC28-48V供電，實(shí)現(xiàn)真正低壓伺服，可適用于需本質(zhì)安全場(chǎng)合；

    緊湊體積設(shè)計(jì)，充分節(jié)省空間；

    電機(jī)最高轉(zhuǎn)速可達(dá)3000rpm；

    電機(jī)工作溫度范圍-40 ℃~ +75 ℃；

    供電電壓范圍：10~60VDC；

    BLS系列旋轉(zhuǎn)變壓器信號(hào)反饋，正弦波控制；

    BLT系列編碼器信號(hào)反饋，梯形波控制。

    （2）適合場(chǎng)合：直流低壓供電場(chǎng)合。

5  目前伺服運(yùn)動(dòng)控制產(chǎn)品的主要應(yīng)用行業(yè)分析

    伺服運(yùn)動(dòng)控制產(chǎn)品主要以機(jī)械配套為主，主要涉及機(jī)床工業(yè)、食品包裝、紡織印染、電子制造、塑料機(jī)械、印刷造紙、橡膠機(jī)械、具體的市場(chǎng)份額比例如表1（08年底）所示。

                                   表1   交流伺服運(yùn)動(dòng)控制產(chǎn)品

                                    億元    比例    主要供應(yīng)商

                         機(jī)床工具    3.1    18.5%    三菱、安川、松下、西門(mén)子

                         食品包裝    1.7    10.1%    西門(mén)子、松下、三菱、安川

                         紡織印染    1.5    8.9%     松下、三洋、倫次

                         電子制造    1.3    7.8%     松下、三菱

                         塑料機(jī)械    1.2    7.2%     三菱

                         印刷造紙    1.1    6.5%     三菱、安川

                         橡膠機(jī)械    0.8    4.8%    力士樂(lè)、三菱

                         其他行業(yè)    6.1    36.2%    

                             合計(jì)    16.8    100%    


    下面以占據(jù)行業(yè)前二位的機(jī)床工具、食品包裝為例進(jìn)行說(shuō)明。

    在機(jī)床工業(yè)領(lǐng)域，交流伺服運(yùn)動(dòng)控制產(chǎn)品主要應(yīng)用特點(diǎn)：

    （1）高速高精度。用于高速高精加工機(jī)床的進(jìn)給驅(qū)動(dòng)，主要有“回轉(zhuǎn)伺服電機(jī)加精密高速滾珠絲杠”和直線電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)兩種類(lèi)型。當(dāng)前使用滾珠絲杠的高速加工機(jī)床最大移動(dòng)速度90m/min，加速度1.5g；使用直線電機(jī)的高速加工機(jī)床最大位移速度已達(dá)208m/min，加速度2g，并且還有發(fā)展余地。

    （2）多軸化。隨著5軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控系統(tǒng)和編程軟件的普及，5軸聯(lián)動(dòng)控制的加工中心和數(shù)控銑床已經(jīng)成為當(dāng)前的一個(gè)開(kāi)發(fā)熱點(diǎn)，尤其是在加工自由曲面時(shí)，克服了3軸聯(lián)動(dòng)時(shí)切速接近于零時(shí)的切削弊端。控制器、交流伺服電機(jī)、專(zhuān)用控制平臺(tái)和伺服檢測(cè)裝置，這些產(chǎn)品構(gòu)成一個(gè)完善的交流伺服運(yùn)動(dòng)控制產(chǎn)品。

    在食品包裝領(lǐng)域，交流伺服運(yùn)動(dòng)控制產(chǎn)品主要有以下特點(diǎn)：

    （1）機(jī)械結(jié)構(gòu)大為簡(jiǎn)化。傳統(tǒng)的包裝機(jī)械控制系統(tǒng)多采用繼電器、接觸器控制電路，其復(fù)雜程度隨著執(zhí)行機(jī)構(gòu)的增多以及調(diào)整部位的增大而加大，使得機(jī)器也越來(lái)越復(fù)雜，為制造、調(diào)整、使用和維修帶來(lái)很大困難。而交流伺服運(yùn)動(dòng)控制產(chǎn)品的應(yīng)用，可用微機(jī)、傳感技術(shù)、新型伺服技術(shù)取代笨重的電氣控制柜和驅(qū)動(dòng)裝置，使零部件數(shù)量劇減，結(jié)構(gòu)大為簡(jiǎn)化，體積也隨之縮小。

    （2）產(chǎn)品質(zhì)量高。參數(shù)變化越多，調(diào)整部分越多，交流伺服運(yùn)動(dòng)控制的優(yōu)越性也越大，這是一般控制方式無(wú)法比擬的。功能增多，可靠性提高，交流伺服運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)除保持原來(lái)的包裝機(jī)功能以外，還可賦予其他許多功能。如液體飲料軟包裝機(jī)，它在氣動(dòng)、電氣、機(jī)械的共同配合下，可具有制盒、滅菌、灌裝、封口等功能，還可存儲(chǔ)如生產(chǎn)速率、產(chǎn)品數(shù)量、故障現(xiàn)象、故障原因等數(shù)據(jù)，同時(shí)能對(duì)這些數(shù)據(jù)根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行相應(yīng)處理，大大方便了操作，使包裝機(jī)的可靠性大為提高。

    中國(guó)伺服驅(qū)動(dòng)發(fā)展之迅速、市場(chǎng)潛力之巨大、應(yīng)用之廣泛越來(lái)越毋庸置疑。國(guó)內(nèi)不斷有新的企業(yè)進(jìn)入到這一行業(yè)來(lái)，那些具有步進(jìn)、變頻、運(yùn)動(dòng)控制器（或控制卡）方面的廠家要進(jìn)入伺服控制市場(chǎng)，將會(huì)非常迅速，也將會(huì)非常有競(jìng)爭(zhēng)力。

    目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的占有量以日本品牌為主，約50~60％以上，占據(jù)了國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的半壁江山。其次是歐美伺服產(chǎn)品，再者就是中國(guó)自產(chǎn)的伺服產(chǎn)品。這些廠家的伺服產(chǎn)品各有特色。日本伺服進(jìn)入中國(guó)市場(chǎng)較早，產(chǎn)品性能、質(zhì)量較好，價(jià)位較高；而歐美的伺服產(chǎn)品性能和功能最好，價(jià)格最高；國(guó)產(chǎn)伺服產(chǎn)品在性能和功能方面暫時(shí)遜色很多，只能跟在歐美日的后面走，但是具有明顯的價(jià)格優(yōu)勢(shì)。下面是最新的行業(yè)統(tǒng)計(jì)：

    （1）國(guó)內(nèi)廣泛采用的通用伺服品牌有：

    日系：三菱、安川、松下、山洋、富士、歐姆龍、日立、日機(jī)、多摩川、LG等；

    歐美系：Lenze、AMK、Rexroth、KEB、CT、ABB、Danaher、Baldor、Parker、Rockwell（AB） 等；

    數(shù)控和高端運(yùn)控伺服品牌：Siemens、Fanuc、三菱、Rexroth等；

    數(shù)控伺服情況與數(shù)控系統(tǒng)狀況相當(dāng)，Siemens和Fanuc為主，三菱次之。

    （2）國(guó)外目前在中國(guó)設(shè)有代表處、公司的品牌有(47家)：

    西門(mén)子(德國(guó))、施耐德(德國(guó))、Danaher、羅克韋爾自動(dòng)化、Fanuc(美國(guó)-日本)、松下、ELMO(以色列)、安川(日本)、富士(日本)、歐姆龍(德國(guó))、Lenze(德國(guó))、KB(德國(guó))、LUST(德國(guó))、三菱(日本)、B&R、艾默生、CT、OMRON、瑞諾(瑞士)、邁克斯(德國(guó))、Trio(英國(guó))、Bosch Rexroth(德國(guó))、maxon、麥特斯(韓國(guó))、SEW、baldor、OEMAX、斯德博(德國(guó))、Beckhoff(德國(guó))、美國(guó)貝賽德、NORD、SHINKO(日本)、SSD、PPD(瑞典)、西班牙瑪威諾、阿爾法、華納(美國(guó))、MOOG、臺(tái)灣大內(nèi)、Aurotek、DASATECH、PARKER(美國(guó))、士林、羅蘭(美國(guó))、SEEK、PITTMAN、賀爾碧格(德國(guó))、STOEBER。

    （3）國(guó)產(chǎn)通用伺服主要有(23家)：

    臺(tái)達(dá)、埃斯頓、珠海運(yùn)控、星辰伺服、深圳步進(jìn)科技、時(shí)光、和利時(shí)、浙江臥龍、蘭州電機(jī)、雷賽機(jī)電、寧波甬科、固高科技、大連普傳、武漢登奇、貝能科技、鄂爾多斯、海藍(lán)機(jī)電、北京寶倫、南京晨光、北京首科凱奇、西安微電機(jī)、南京高士達(dá)、中國(guó)電子集團(tuán)21所等。

    （4）國(guó)產(chǎn)數(shù)控伺服主要有(13家)：

    華中數(shù)控、廣州數(shù)控、大森數(shù)控、北京航天數(shù)控、凱奇數(shù)控、開(kāi)通數(shù)控、眾為興數(shù)控、蘇強(qiáng)數(shù)控、綿陽(yáng)圣維數(shù)控、北京凱恩帝數(shù)控、南京華興數(shù)控、南京新方達(dá)數(shù)控、高金數(shù)控等。

    （5）國(guó)產(chǎn)伺服電機(jī)主要有(16家)：

    東元、華大、登奇、強(qiáng)磁（蘇強(qiáng)）、中源、海頓(直線電機(jī))、大族(直線電機(jī))、先川電機(jī)、碩陽(yáng)電機(jī)、南京思展、上海蒂凱艾姆、上海贏雙、北京貝賽德、博山華興(直流伺服)、博山微電機(jī)(直流伺服)、亞博微電機(jī)(直流伺服)、上海三意電機(jī)等。

6  結(jié)語(yǔ)

    預(yù)計(jì)中國(guó)的設(shè)備制造業(yè)在未來(lái)的五年將會(huì)有很大的變化，主要表現(xiàn)在對(duì)自動(dòng)化設(shè)備的要求越來(lái)越高。隨著全球制造中心大舉向中國(guó)轉(zhuǎn)移，不可避免的激烈競(jìng)爭(zhēng)將加大制造業(yè)對(duì)高端自動(dòng)化產(chǎn)品的需求，中國(guó)的運(yùn)動(dòng)控制和智能檢測(cè)技術(shù)產(chǎn)品市場(chǎng)將進(jìn)入高速發(fā)展階段，面對(duì)這種高速發(fā)展，我們希望為用戶提供完整的解決方案和專(zhuān)業(yè)的服務(wù)，以此幫助他們解決開(kāi)發(fā)和應(yīng)用中遇到的問(wèn)題。

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