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智能工廠、工業(yè)4.0和自控生產(chǎn)——當前機械工程部門正在憧憬種種美好的未來。創(chuàng)新步伐和不斷縮短的研發(fā)時間正在全球競爭中發(fā)揮越來越重要的作用。為了簡化工程流程并增加單個組件的可重用性，設計工程師們正在關注機械的模塊化設計，即機電一體化方法。 

企業(yè)在研發(fā)新的設備和機械時，機電一體化方法是一個成功因素。機電一體化這一術語正體現(xiàn)了機械和電子領域的相互作用。根據(jù)機電一體化方法構(gòu)建的系統(tǒng)本質(zhì)上是由模塊組成的。每個模塊都包括傳感器、執(zhí)行機構(gòu)、信息處理和一個機械基礎系統(tǒng)（液壓和/或氣動）。  

中、長期來看，在面對挑戰(zhàn)時，只有嚴格、跨學科的“模塊化思維”才能帶來成功。控制系統(tǒng)在此發(fā)揮關鍵作用，一定會為機電一體化方法提供支持。這就是目前的系統(tǒng)已經(jīng)達到極限的地方。一方面，雖然可以創(chuàng)建軟件模塊，但如果采用強力的、集中式控制系統(tǒng)執(zhí)行這些模塊，單個模塊的調(diào)試將變得非常復雜。另一方面，可以采用本地控制系統(tǒng)實現(xiàn)模塊自動化，但這需要付出額外投入來建立通信機制。所以控制單元的數(shù)量和布局最好以機器的整體機電一體化設計為基礎。通常在設計之前必須解決這些問題，以避免因為后續(xù)更改而需要付出的巨大代價。

皮爾磁公司提供的PSS 4000自動化系統(tǒng)為這一領域開拓了新的可能性。因為該系統(tǒng)具有分散式結(jié)構(gòu)，所以在設計階段，可以延遲做出選擇適合設計和控制結(jié)構(gòu)的可編程邏輯控制器等決定。 因此設計工程師可以專注于設計過程所需組件，而性能和結(jié)構(gòu)等問題可以稍后考慮。在傳統(tǒng)的自動化技術中，獨立的、集中式控制系統(tǒng)監(jiān)控設備或機械并處理所有信號，而PSS 4000在使得控制功能持續(xù)被分配。 

具體來說，PSS 4000自動化系統(tǒng)包括硬件組件和軟件組件，例如實時的以太網(wǎng)SafetyNET p和各種用于不同領域的程序編輯器，還帶有應用型功能塊。硬件包括各種性能等級的控制系統(tǒng)。通過以太網(wǎng)，可以交換并同步過程或控制數(shù)據(jù)、故障保護數(shù)據(jù)和診斷信息。通過始終合并安全和自動化功能，可以降低通信領域的復雜性，且可以同時優(yōu)化成本。 

除此之外，在處理各個程序段的位置，控制功能不受其影響。操作員不需要操作集中式控制系統(tǒng)，而是操作集中式項目中的分散于運行時間內(nèi)的用戶程序。 

模塊化是機電一體化操作的基礎 

皮爾磁自動化套件PAS4000適用于PSS 4000自動化系統(tǒng)中的軟件編輯器。這一工具的一個關鍵方面是模塊化：從基本功能中創(chuàng)建元件，元件繼而用于創(chuàng)建模塊，而模塊被用來創(chuàng)建設備和機械，所有這些僅通過分層塊嵌套就可以實現(xiàn)。基本功能、元件和模塊構(gòu)成了軟件開發(fā)的基礎，憑借其密封和面向?qū)ο蟮奶攸c，它們適合作為軟件組件重復使用。 

皮爾磁公司也可以提供包含最常見的基本功能、元件和模塊的軟件庫，從而為該程序提供支持。從軟件庫中選擇現(xiàn)成的組件本身并不新鮮。PAS4000的一個特別之處在于這些組件已被賦予了“屬性”。這使得輕松設置所需功能的參數(shù)成為可能。就功能標準化而言，這是一個特別的優(yōu)勢：以前用戶必須考慮一個功能塊中可以放入多少功能，同時卻不會對清晰度造成不良影響。 事實上，結(jié)果要么是大量的功能塊，要么是帶有大量參數(shù)的數(shù)量過少的功能塊。采用PAS4000后，結(jié)果就不同了。在這里用戶可以創(chuàng)建其首選組件，建立適應其應用的用戶級；隨后可以用此選擇各種功能。結(jié)果，功能唯有以參數(shù)的方式才可見；組件本身不再復雜，用戶也易于管理。

并行工程

使用組件還有一個優(yōu)勢：編程和硬件設計可以分開而且二者可以并行進行，而不是像以前那樣依次進行。而常見的做法是，只有確定機械規(guī)范且初始電路圖可用時，才進行軟件開發(fā)。如果您按照機電一體化進行思考和設計，這些過程可以分開且并行進行。只要通過在軟件庫中創(chuàng)建組件對機器功能進行標準化，僅用一些初始信息就可以最終設計您想建立的機器總體結(jié)構(gòu)。之后可通過單個屬性設置組件的詳細功能。可從所有機能的初始項目許可中大體推斷出機器所需的組件。可通過屬性回顧性地定義詳細功能。 

模塊通信 

在現(xiàn)代的機器網(wǎng)絡中，用戶之間建立并保持通信需要進行相當多的工作。如果您考慮到機電一體化模塊也是硬件模塊，并且因此每個模塊中都包括控制智能化，那么模塊之間或者更準確地說模塊控制系統(tǒng)之間的通信，將是一個主要問題。 

使用PSS 4000后，通信設置將不再明示，而是暗示。首先，所有網(wǎng)絡用戶都可以平等地知曉并使用所有信息。

其次，控制模塊和單個模塊的通信信道將被整個項目組知曉并且可由PSS 4000根據(jù)賦值（例如程序分配）單獨進行設置。

綜述

機電一體化方法對控制解決方案提出了更高的要求。這是因為單個設備零件的變化在控制層面有深遠影響，因為控制系統(tǒng)中心點的程序結(jié)構(gòu)需要修改。這正解釋了為什么未來的自動化需要特定的解決方案，這些方案既要能夠分配控制智能并確保多個控制系統(tǒng)之間的聯(lián)網(wǎng)要繼續(xù)簡便可行，以便于用戶進行處理。 

如果您檢查機器的生命周期，機電一體化方法的優(yōu)勢將顯而易見，特別是在設計和調(diào)試階段。

PSS 4000自動化系統(tǒng)既使用戶得到分散式控制結(jié)構(gòu)的好處，同時又沒有增加硬件和軟件處理的復雜度。

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