机器控制设计10大技巧
2010-02-02 CAD教育网

预先设计（upfront design）可以节省设计人员时间和精力，还减少了机器生命周期后期会出现诸多麻烦。本文介绍了机器控制设计中10个非常有用技巧。
　 　你是否有过这样经历：当使用一台机器设备时，你会抱怨工程师们设计产品时没能充分考虑用户感受。帮助工程师设计出易于使用机器，本文从自动 化、控制、仪表、传感器、逻辑器件和通信技术等方面介绍了10个设计技巧。一旦掌握了这10个技巧，工程师们就可以设计中节省大量时间和精力，还能避 免将来可能会出现诸多麻烦。
　　1.调查、研究和量化
　　搜集信息，做出计划，然后一丝不苟向既定目标前进。这是机器设计流程一个写照。追求产品高度灵活性和适应性，工程师们设计产品时常常会耗费大量时间和精力，不断给产品添加新功能，却最终导致产品过度复杂。
　　工业系统集成商Concept Systems公司创始人Michael Gurney 和 Ed Diehl介绍说：“产品设计中，一旦确定了优先次序，那就应该立刻从最划算方着手。过程控制和质量控制统计分析是非常有用信息。”
“模块化机器设计和制造方法可以满足不断增长客制化设计要求，另缩短机器开发时间，同时还能降低OEM制造成本。”Phoenix Contact公司自动化产品经理Larry Komarek说。
　 　Komarek还建议说：“将机器机器系列分解为不同功能部件，每一功能部件都具有相应机械、自控元件和软件程序。将这些功能部件搭配组合就可 以创建出用户客制化配置‘小型/中型/大型’产品系列。预先设计、预先文档化和预先测试功能部件可以被快速生产出来，还降低了生产成 本。”
　　2.标准和安全
　　Gurney 和 Diehl指出，借助标准通用接口，产品可以集成{zj0}系统组件，同时还减少了专用控制系统设备过时报废等问题。
　　设计软件中积累知识可以被转化为机器代码，避免了对设计参数修改。有些设计软件提供了面向STEP和IGES文件格式数据转换器。STEP，即产品型号数据交换标准（ISO 10303），定义了如何描述和交换数字化产品信息。
“ 设计分布控制时要充分利用NEC code中群组电动机安装规定（group motor installation provisions）第430.53 (c)条。这样做好处是，可以减少分支电路数量，降低成本，xxEMC噪声，无需重新布线和调试就可以更换各功能模块，增强了产品灵活性。” SEW-Eurodrive公司电子产品经理Rich Mintz介绍说。
　　Schneider Electric公司机器安全产品经理Larry Sunday说：“安全方面，自从NFPA-79 2002年修订版发布以来，所有通用机器设计都应遵守IEC 60204-1 Category 4标准。它是安全规范{zg}标准，要求所有机器设计都应考虑到安全继电器和安全连锁装置。” 同时他又提到：“2002年修订版将NFPA-79和IEC 60204-1国际标准统一起来。美国人惯常做法是基本控制电路中使用标准继电器，以保证所谓‘控制可靠度’。但IEC 60204-1 Category 4标准来说，这是远远不够。”
　　3.传感器和机器视觉
“不要设计末期才考虑到传感器问题。小型智能传感器常常会带来意想不到好处。元件底板空间已经确定情况下，一个价廉物美传感器会解决大问题”, Banner Engineering公司技术市场经理Joseph Dolinsky说。
　　Cognex公司In-Sight 视觉传感器产品市场经理Mark Sippel指出，采用何种方式处理检测和过程反馈取决于很多因素。
　 　这些因素包括：反馈信息是否需要多路离散检测、抑制或其他系统间共享？是否需要有一个控制器负责检测结果与辅助任务协调？如何交流和使用检测结果？ I/O设备用于通信话，那么其他控制端口类型是什么？位置哪儿？灯光、电源和数据传输等因素也需要被考虑到。
4.软硬件逻辑平台
　 　National Instruments工业数据采集和控制部门产品经理Rahul Kulkarni说：“机器设计漫长征途{dy}步，就是正确选择一个逻辑平台。现普遍采用控制器有：PLC，PC-104，PCI，PXI是常 规电路板。决定采用哪一个控制器平台前，一定要充分考虑该控制器所要执行全部功能（例如逻辑控制、过程控制、运动控制、自动检测以及机器状态监控 等）。
　　编程工具应该易于掌握，生成代码应该是模块化、易升级和可重用。Rockwell Automation全球OEM技术顾问Dan Seger介绍说：“选定一个控制架构解决方案以使设计变简单。从控制器和网络技术，到外围设备和操作员界面，这些组件选择只从采购成本{zd1} 角度考虑，那么就会给后期开发带来麻烦。同样，良好连通性（例如将各个设备组件紧凑装配，紧密通信）可以提高效率和降低成本。相反，设计中采 用是廉价设备通信方案，那么难以使用，会工程起始和维护阶段耗费大量时间。”取{zj0}效果，他建议将控制和信息共享两部分编程工 作分开进行。其他有价值做法还包括：结构化数据形式，下拉式菜单以及功能分类基于代码对象库等。
　　5.执行机构
　　应用需要，选择合适气动、液压和电气执行机构。同样，运动控制器也需要认真选择。那么，可以采用电动机控制单元（MCU）数字信号处理器（DSP）进行电动机控制吗？
　　Texas Instruments电动机控制策略专家Kedar Godbole建议，要寻求性能创新和降低系统成本，性能和价格间取平衡（获{zj0}xxx），快速软件开发中采用高效C/C++内核，使用灵活易用工具，以及进行高水平模拟集成。
　 　SEW-Eurodrive公司Jan Lindholm说：“相机械摩擦机构，控制机构往往更加适用而高效。与离合制动器等类似解决方案相比，变频器（特别是闭环）能够将周期延长至2 到3倍，同时还能降低设备磨损和维护成本。” Lindholm又解释说：“变频驱动技术与无传感器矢量控制、磁通矢量控制和交流无刷伺服系统相结合，可以解决很多电机驱动问题。”
　　6.显示屏和按钮，孰优孰劣 ？
　　基于显示屏人机界面（HMI）和按钮，孰优孰劣？答案是：用触摸屏代替按钮是有益。HMI工具包自带模板适应性强，可以重用。
　　Omron Electronics软件产品市场经理Joe Rubino介绍说：“HMI还有其他一些优点，如数据互联和诊断能力。诊断能力可以带来机器软硬件正常运行时间上优势、简便连通能力和降低编程工作量，真是物有所值。”
　　7.网络与通信
　 　采用网络技术可以减轻机器内外布线和通信译码工作量。Opto 22 公司行销专家 David Crump介绍说：“机器对机器（M2M）通信技术增强了机器连通性。借助于无线技术，可将机器设备与企业信息系统连接起来，实现远程设备监控和启动， 生产状况实时报告以及其他一些操作。M2M还能帮助机器设计人员xxxx生命周期，识别故障点，改进未来设计。同时，M2M还能为企业创造更多营收 机会，例如，为用户提供超前设备维护和维修等增值服务。”
　　NIKulkarni说：“无线技术种类繁多。远程计算机和工厂 HMI/SCADA系统间M2M通信，传输距离长达数百英里，应该采用卫星通信蜂窝电话通信方式。控制器/PLC和HMI/SCADA 系统间通信，IEEE 802.11无线通信技术是最适用。，控制器和传感器间通信，传输距离10~100 米，采用蓝牙技术或Zigbee技术则更为有效。”
　　Rockwell AutomationSeger指出：“（设计不同设备间通信时）要避免采用RS-232和标准以太网技术，否则要耗费大量时间编写专用通信驱 动程序来支持数据传输。这是一件费时费力而又不会增值工作。而机器内部，I/O级采用一个安全终端技术则可以节省装配和检修时间。” Wago公司市场经理Dean Norton说：“Wago公司免螺丝笼式弹簧夹持（Cage Clamp）端子具有更高灵活性，可以缩短60%布线时间，有些应用场合可以免除每6至8个月对机器进行加固需要。该接线技术可以实现预布线，满 足所有机器I/O要求，并可方便设计后期采用合适总线协议实现控制器通信。”
8.电源
　　直接购买电源系统，而不要试图自己设计它们，这样可以节省大量时间和精力。
　　电源、总线、管理系统和智能组件都能向HMI提交报告，这样可以达到更高系统集成和效率。隔离、监测和屏蔽措施可以保证最小传输线和EMF干扰。
　　9.集成
　　从整个生产流程角度考虑机器设计可以极大提高效率。FlexLink Systems ABCEO Fredrik J歯sson说：“通常情况下，一条机器生产线能力只被发挥了30%。能从整个生产流程角度考虑机械设计话，那么生产线利用率会被大大提高。”
　　综合来自机床信息会产生比机器本身更多效益。一些主要工程设计和生产组织指出，STEP数据库可以降低分别高达35% 和75%生产计划和制造控制成本（数据来源：Step Tools Inc）。
　　10.及时项目总结
　　当项目接近尾声时，不妨抽些时间对项目进行评估和总结，以方便下一轮设计。       本信息来源：CAD教育网