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Sigmatek C-IPC在螺栓緊固機械上的應用理工論文
自動化系統控制的應用具有多面性，區別僅僅是需求不同而已。有一種特別的應用是對速度的挑戰，比如螺栓緊固。在這里，通過模擬量來傳遞位置和扭矩的控制信號，并且進行實時的驅動控制。
St?ger 自動化公司, 位于慕尼黑的南部, 專注于螺栓緊固和裝配系統的開發。他們最新的產品是用于螺栓緊固的專用設備，這臺新式的設備僅僅使用了一臺馬達進行驅動，并已經在今年的Automatica雜志進行了專門的報道。為了能夠更好地對螺栓緊固設備進行可視化的控制，他們越來越多地開始采用Sigmatek的產品。“我們已經和Sigamtek合作了2年的時間。而且已經開始進行了一些聯合的開發計劃。我們希望在我們的產品中今后采用Sigamtek的產品為標準的控制系統。”公司的董事長兼總經理Lorenz St?ger先生如是說。
做出這樣至關重要決定的唯一原因就是對高速度的需要。因為能夠進行高速模擬測量值的采集和對馬達的高速控制是評價螺栓緊固機械的終極標準。一般來說，完成每個螺栓操作的時間為0.8到1秒鐘。減去定位的時間，那么剩下來的旋緊時間僅有0.5到0.6秒。因此，3個模擬參數：“距離”、“角度”和“扭矩”的測量時間就只有4到5ms了。這3個參數對于整個旋緊的過程來說是非常重要的，當開始旋入的時候需要盡可能地高速，而快達到所需的深度或者/以及達到了預設的旋緊扭矩的時候又需要緩慢地旋轉并最終完成整個過程。
高速的總線連接了控制器和伺服驅動器
這樣的高速度是通過轉換時間僅需14μs的高速A/D轉換模塊來保證，并且通過內部總線傳輸到伺服驅動器。同時，控制器和伺服驅動器也通過總線和外部的儀器進行連接。
在這里，極短的6 μs訪問時間對于最終完成執行的時間來說變得至關重要，否則的話可能會讓整個的系統反應時間達到數毫秒。以前的控制系統往往需要近100ms來獲取信號，而無法將這個時間縮短到10ms的級別，尤其是當信號在沒有預兆的情況下到來時，這就意味著在程序執行的時候可能沒有辦法處理這些信號。
一臺Sigmatek的C-IPC工業控制計算機成為這套系統的處理單元，通過內置的端口和一排I/O模塊相連接，這其中包括了一個獲取模擬信號的模塊。在這套方案中，模擬模塊的準確性取決于控制系統的時鐘精度。也就是說CPU(C-IPC)發送出系統時鐘信號，而所有的I/O模塊則在接收到之后進行自動同步。因此這些模塊“知道”下一次的CPU脈沖信號會在什么時候到來，以及CPU會在什么時候發送和接收數據。所以在這個系統中的每一個模塊都能保證在CPU需要的時間作好準備，并將所有的模擬信號都已經完全轉換完畢。從而，所有外圍設備發送到控制系統的信號實際延遲時間是零。所有這些發生的事情都是自動地進行處理的，而無需在編程的時候去特別地考慮它。
這臺作為控制核心的緊湊型工業PC通過DVI接口和帶有觸摸屏的液晶顯示器相連接。同時通過CAN-Bus連接外圍的控制閥。同時，PC的固有結構也讓它帶有了以太網卡和USB接口。在遠程控制方面則可以通過Modem和串行通訊口來進行。
一種控制理念
St?ger自動化公司設定了一種新的控制理念，即機械的控制系統硬件除了在顯示部分會根據型號不一而有所不同之外，其余部分都一樣。這套控制系統的基礎結構為16路數字輸入輸出，用于最小的基礎型設備上。而擴展的I/O模塊則可以根據需要再進行添加。St?ger公司的技術人員說：“這一點對我們來說很重要，我們現在能夠從一家供應商那里得到我們所需要的所有控制系統。這樣做的好處在于可以一直使用相同的編程語言。我們能夠反復利用已經編寫成熟的程序段，不論是最小的系統還是最龐大的控制單元。”
Helmut Fritz先生，Sigmatek公司德國區經理，解釋道：“C-DIAS系列產品線的可升級性僅僅會體現在CPU上。在Sigamtek，沒有小、中或者大型系統之間沒有性能上的差異，也沒有指令集的區別。各套系統之間的不同僅僅在于存儲空間和內存的大小不同，接口的數量多少而已。所以在軟件的執行方面，各個系統的性能是一致的。”
另外一個突出的特點是編程語言。LASAL是一套基于Client-Server技術，且符合IEC 61131-3標準的先進的編程工具。這套軟件采用高級語言編程，且具備面向對象的開發環境。由于程序中不永久關聯硬件地址，所以保證了程序段可以被任意地重復使用。一個典型的例子就是電機驅動的控制：對于控制器來說，馬達驅動的種類是無關緊要的。不論是普通的馬達還是伺服驅動器，只要它具備一個10V的信號接口就可以了。對于軟件來說，只需要關心必須的設定參數就可以了。所以，只要你需要，那么就可以交換和復制整段的馬達驅動程序，而不需要去關心它是如何來實現控制結果的。Sigamtek公司看到，也許在不久的將來，越來越多的開發人員將會在大學中接受這種面向對象的編程培訓。
St?ger Automation GmbH公司的總經理Lorenz St?ger先生衡量性價比的時候說：“以前我們采用的控制系統比較廉價，但是性能并不好，老系統處理模擬信號的速度非常緩慢。在開展了第一次的聯合開發計劃之后，我便認識到我們可以從Sigmatek獲得的產品價格不算高，但是所具備的性能則是可以和哪些極為昂貴的系統相媲美。此外，對我們來說可以設定地址可視化技術也是非常不錯的。同時要知道，我們自己也并不是在任何領域都是專業的，Sigmatek是個能夠提供優質服務的自動化控制系統合作伙伴。”
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