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伺服系統,智能制造的關鍵核心

發表時間:2017-08-15 文章出處:北京北成新控伺服技術有限公司人氣:-

伺服系統是工業自動化的重要組成部分,是自動化行業中實現精確定位、精準運動必要途徑。伺服系統關鍵技術的突破,將極大地提升中國智能制造的技術水平和市場競爭力。


中國伺服市場規模


2015年整體的經濟形勢不景氣,一些傳統的制造業對伺服的需求有所放緩。然而,國家對機器人行業以及“工業4.0”的積極推動,刺激了伺服的市場需求增長,特別是網絡型伺服、總線型伺服系統得到了快速發展。整體來看,2015年伺服市場仍保持著較高的增速。


2015年中國伺服市場規模為110億元,預計未來隨著工業機器人行業的深化、工業自動化的進一步突進和智能制造的深入推進,伺服市場將會出現新一輪爆發式增長,到2020年,中國伺服市場規模將達到254億元。


2015-2020年中國伺服市場規模


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伺服系統是以變頻技術為基礎發展起來的產品,是一種以機械位置或角度作為控制對象的自動控制系統。伺服系統除了可以進行速度與轉矩控制外,還可以進行精確、快速、穩定的位置控制。


伺服系統工作方式

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目前應用最為廣泛的電氣伺服系統,通常伺服系統包括伺服驅動器和伺服電機,以及伺服反饋裝置(編碼器)。伺服驅動器屬于自動化控制系統中的驅動層,伺服電機屬于執行層。伺服驅動器和伺服電機如今已經成為智能制造的必備品。


伺服系統的工作過程可以簡單理解為上位機(PLC、控制卡)發出脈沖信號驅動伺服電機,由上位機來控制整個伺服運動,編碼器是一個反饋單元,用來檢查伺服電機執行了多少脈沖信號并反饋給驅動器,從而進行精確閉環控制。


伺服電機編碼器是安裝在伺服電機末端用來測量伺服電機轉角及轉速的一種傳感器,通常內置在伺服電機末端。伺服電機編碼器,目前自控領域常用的是光電編碼器和磁電編碼器。光電編碼器通過光電碼盤反射光信號數量確定電機轉子轉動角度,而磁電編碼器通過磁場感應元器件來感應電機轉子轉動所帶來的磁場變化來確定電機轉子位置。光電式編碼器進度主要由碼盤刻度線精度決定,精度越高,刻度線越多,碼盤體積越大,其技術難點就在于碼盤的加工生產;磁電式編碼器使用磁場感應元器件代替碼盤,因此可以在提高精度的同時保證體積相對較小,所以在高精度但對編碼器體積有要求的前提下使用磁電編碼器,同時磁電式編碼器采用的磁場感應工作原理,相對于光反射過程相對簡單,過程更為可靠。但是磁電編碼器價格比較昂貴,目前僅在精度要求、工況要求相對較高的領域適用,隨著未來磁場感應元器件價格的下降,磁電式編碼器將會有替代光電式編碼器的趨勢。


編碼器作為伺服系統的信號反饋裝置,很大程度上決定了伺服系統的精度。伺服驅動器驅動電機運轉,電機帶著編碼器旋轉,編碼器的反饋型號輸送到控制器,控制器就能知道電機的運轉情況,從而得出電機的轉速,移動位置和移動距離等??刂破鞲鶕幋a器反饋的信號經過計算得出偏差結果,再次控制電機運動,糾正偏差,從而精確控制電機的轉速、位置、距離和力矩等系統變量。


編碼器技術作為伺服系統的核心技術之一,高精度編碼器研發難度非常大,目前國內和國外的伺服系統大部分廠商都是匹配第三方編碼器。目前世界上編碼器龍頭企業是德國Heidenhain公司,其產品選型范圍廣,品種齊全;比較著名的公司還有日本的尼康和佳能,他們憑借在光學儀器生產中常年積累的經驗,生產的光電式編碼器具有性能穩定,精度高,使用壽命長等優點。


隨著國內研發投入的不斷提高,目前部內企業已經掌握編碼器技術,比如匯川技術已經能夠生產出達到國際領先水平的23位編碼器,從而降低了整個伺服系統的制造成本,在行業競爭中取得優勢。


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