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论坛系列演讲

“2021年中国运动控制/直驱产业高峰论坛”在深圳隆重举行，数位业内人士在论坛上发表精彩演讲，系列相关详细内容请点击链接阅读：

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直驱电机这一块有很多种表现的形式，直驱环形线是目前3C自动化、物流仓储和自动化领域里面非常常见的，而且整个市场的增长非常显著。上海果栗自动化科技有限公司CTO周金明为我们带来了《智能柔性环形线智能制造领域新趋势》的主题介绍。

一、工业制造发展史

从传统制造业的发展方面可以把它分成几类，比如说我们可以把它作为工业制造的1.0时代，可以把它认为是人工生产作用的生产线，算是最早流水线的一些方式。第一代这种方式主要是链式以及摩擦的传输，也就是皮带类型的生产线。到后来可以把它称作工业制造的2.0时代或者3.0时代，所谓半自动化以及自动化时代的产线，典型的就是加了很多旋转伺服系统，比如同步带之类的。另外加直线电机。

工业4.0时代称之为智能柔性生产线，典型的就是磁悬浮柔性环形线，当然环形线的种类也分好几种，包括环型的，包括接驳的直线型的方式等等。现在有一个发展趋势：

现在的用户越来越要求个性化的需求。包括数字化的需求；人力因素；客户不确定性，小批量的产品对于我们的产线会提出各种各样的要求，包括要求产线生产力提高，品质要提高，柔性生产，高速运行，高精密等。

这里列了一个磁悬浮柔性线和拨叉机构、皮带线的对比。在柔性方面包括稳定性、维护方便性和智能化，磁悬浮占了绝大部分的优势，成本上，传统肯定会占一些优势，还是要看客户具体的需求定位情况。

二、传统产线的痛点

传统的一些物流线的痛点，这里主要是指皮带、链条的传输系统。

1、是针对有些产品，它皮带传输摩擦时会产生一些粉尘颗粒，会影响这些产品的品质。尤其是对于面板行业，对于车间要求的洁净度很高；

2、生产效率低（速度慢，精度差），皮带需要进行第二次定位；

3、无法异步、非固定节拍生产，无法同步运动；

4、维护困难，能耗高。

5、拓展性差。

终端客户有高速产线的需求，而传统线体设计上下料的时间就是瓶颈，不可能达到柔性产线的产率，还有客户要求能快速换型，4个小时完成产品换型，目前只有磁悬浮柔性环形线可满足用户需求。

三、磁悬浮传输技术原理、架构及优势

1、磁悬浮传输线的技术原理和优势：

1）高加速、高速、高精密、无需二次定位；

2）每一个动作都可以独立控制，可实现同步/异步控制，负载的区间大；

3）无尘要求高，没有线缆的拖动，没有颗粒的粉尘；

4）通用性高，模块化设计，制造周期短；

5）扩展性高，产品的定子可以延展到500米，动子数量可增加至256个。

6）设备占地空间可节省40%以上。

2、磁悬浮分成两大类：环形线，接驳型，接驳型里可分为全直驱及直驱+皮带混合。

1）环形线原理及分类

环形线的基本的原理：动子是一个U型的磁铁，定子集成了磁悬浮专用驱动器和线圈，整个定子和动子组成了基本磁悬浮直驱电机。环形线的一个基本标准是跑道型的，因为我们用的模块化生产方式，每一个定子都是模块化。圆弧导轨中间可以插直线段组成一个方形的环形线，根据需要选择。2020年开始新增加了一个变轨环形线，用于分叉的类型。

2）接驳型原理及分类

接驳原理与环形线的原理一致的。接驳就是结构上变成竖起来的。接驳分成了全直驱的方式+皮带回流的方式。

接驳其实也分几类：水平接驳类型、上下接驳的类型、上下接驳+皮带混合型、水平接驳+皮带混合型。

3）系统架构

A. 每个定子模块只有简单的一进一出线缆，布线简单可靠，不用考虑布线维护问题；

B. 接口简单易用，系统安装调试时间短；

C. 光纤通信，响应快，可靠性高；

D. 接口拆装简单，维护方便；

E. 换型或改造便捷（1天内可以完成快速拼接）

F. 断电后动子编号不丢失，重新上电可以进行生产追溯；

G. 额外提供用户RFID或工艺条码录入绑定动子功能；

4）控制器接口

单个控制器支持256个动子，多个控制器并联时，最多支持2000个以上的动子。控制器接口：一是支持ECAT（Ethercat）接口；还有一个是以太网UDP的接口。动子支持安装二级执行器，上面可以集成伺服电机，IO口或者是真空泵。

四、控制软件的功能及技术内容

1、功能介绍

因为整个系统的功能重要需要通过软件的形式来实现，详细介绍一下这些功能。

1）对外的接口EtherCAT和以太网UDP接网方式，通讯口作为通信Slave，上位机PLC下发命令，iTS控制器回应命令；对于PLC应用案例来说，常用的PLC如欧姆龙、倍福、西门子、三菱、基恩士、汇川、禾川、信捷都支持；如果上位机是PC工控机，可提供Windows上的DLL库供用户调用，直接调用函数接口。

2）内置动子间的安全防撞机制：

安全间距可以任意设置，防撞功能已经集成到控制器内部，动子不论处于何种状态，另一个动子高速冲撞，会在设定的安全间距位置停下，等第一个动子拉开间距后后再继续行进。

3）提供两种控制动子方式：动子自由控制方式及工位控制方式。动子自由控制，可当成一个电机轴来实现。当线体比较长时，系统的复杂度和编程量会极度增加，所以此时可选择工位控制方式，用户简易编程工作，只需要关注工位，不需要关注动子之间的运动方式。

2、iTS控制软件功能--动子相关

动子位置及状态可实时读取；

内置的动子安全防撞间距可分区域单独设置不同值；

动子静态误差校正及动态误差补偿功能；

提供开环推力调试功能；

支持不同长度载具的动子混合使用及防撞功能；

支持左右不对称的异形动子混合使用及防撞功能；

支持断电恢复后可复原原状态生产；

3、iTS控制软件功能--工位相关

全行程任意位置都可设置为工位；

工位安全边界保护功能：工位内有动子时，后面跟随动子停留在边界外；

工位示教功能，将动子移动到合适位置，将动子位置存为工位位置；

动子在不同工位移动，可以设置不同的加减速度、速度参数；

工位可设置范围，工位范围是否有动子可以获取信息；

可以动态设置工位是否允许动子进入；

可动态启动或禁用工位；

对于同样工艺的工位，可设置为同步组队工位；

可单独暂停/恢复某个工位范围内的动子；

可单独急停/恢复某个工位范围内的动子；

可设置不同工位停留指定的不同动子；

工位的下一个指向，可以根据工艺情况动态指向新的工位号；

4、iTS控制软件功能--其他

提供段区域参数功能，可设置某些区域的额外速度限制、不同防撞间距、不同PID控制参数；

提供定子模块、动子、通信的状态和诊断信息；

软限位功能；

每个定子模块前中后是否有动子都可以实时获取；

配置参数支持导入、导出；

支持仿真调试功能；用户PLC可提前在没有线体的情况下调试自己的程序；

5、线体如何控制？--动子自由控制

动子自由控制，通过设置寄存器控制各个动子的运动，功能包括伺服，绝对运动、相对运动、急停、正常停止、清错、速度方式运动等；

运动可以指定目标位置、最大速度、加减速等参数；

动子状态获取，读取寄存器获取各个动子的状态，包括是否伺服、运动、急停、阻塞、目标位置是否到达、错误等；

可以获取动子当前的实时位置和速度。

6、动子自由控制--写/读控制寄存器

这是我们写控制器的一个寄存器，单独控制动子，通过控制寄存器，目标位置去设置就可以了。读取动子的状态和什么样的状态，当前实时的速度和实时的位置，可以直接通过寄存器去读就可以。

7、工位控制方式

用户只需要关心工位上的工作即可，不用费心去控制每一个动子。

针对某个工位的应用场景：

1） PLC查询工位是否有动子到达；

2）一旦动子到达了工位，PLC就可以获取到动子的ID编号；可以根据需要对动子进行额外控制；

3）PLC可控制其他外部机构进行操作，比如进行上料或对动子上的物料进行操作等；

4）外部机构完成工作后 ，PLC下发 ”移动下一工位 ”命令；工位上的 当前动子自动往下一个工位前进；动子在下一个工位前进时，如果前面有动子存在，会自动停留在安全间距外处于阻塞状态，等前面动子移开后继续前进，一直到达前面的工位。

5. PLC继续查询工位状态 ，等待后续动子的到来；周而复始循环。

8、工位控制--写/读控制寄存器

这是工位控制的寄存器，比如说Moving Next的命令，使用上升沿信号，相应的工位就控制往下走，工位区域位置都可暂停。这是读取的工位状态的情况，观察是否有动子在工位上，及到达工位的动子ID号码。

9、iTS调试工具

iTS的调试工具提供了配置及调试iTS线体的完整工具，包括：线体规划 、工位配置 、动子配置 、各种参数配置 、动子实时位置显示 、手动控制动子运动等；PID调试用的示波器软件工具等。

从图中可以看到这是调试软件的一个主界面，右侧列表，表示动子实时位置及状态，图中是系统控制参数，左下方显示单独动子的控制界面，上面是一些系统的状态，可以通过这些来进行查看。

下图称为图示工位操作，这个界面里面实时显示动子和工位的状态，绿色表示工位，红色表示动子，当然你也可以显示位置、状态、信息，点一下工位或动子可以控制其参数。

下图为果栗在锂电行业物流线的一个模拟仿真，通过模拟仿真方式可以设置好参数，例如设置动子参数，升降机大概到达所需时间，预测工位停留时间，通过这些设置可了解产线产率。

五、企业介绍和应用案例

上海果栗自动化于2015年成立，目前设立有苏州分公司及成都、深圳办事处，团队主创人员均拥有工控行业十余年经验，主要产品包括了环形线、方型环形线、水平接驳线、混合同步带的接驳线，还有包括变轨的新环形线，变轨接驳线等，果栗未来还是会持续专注于环形线相关产品的技术研发。目前已经成熟应用于锂电、3C、液晶面板、汽车电子、物流运输、医疗品制造、半导体、日用品等等。

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