液壓與伺服混合驅動(dong)技(ji)術帶來更高能效
近年來，盡管電子驅動技術的應用在不斷增長，但液壓驅動在很多應用中仍然是不可或缺的一部分。一般液壓控制系統都要求有高性能、適合的控制方案， 在過去，人們普遍使用專屬控制解決方案，但是現在，Beckhoff 提供了一種基于 PC 的控制解決方案，相比 之下有更加強大的功能，使編程和維護工作更加輕松。通過采用 EtherCAT 總線和 TwinCAT 液壓 功能庫，能夠滿足很高的性能要求。TwinCAT 液壓功能庫為由液壓驅動軸和電動軸組成的混合 驅動機構提供了最佳的能效。
靜液壓(ya)(ya)驅動(dong)(dong)在機械(xie)工程領(ling)域仍占(zhan)有著(zhu)很(hen)大的市(shi)場份額(e)。執行(xing)機構的高功率(lv)密度以(yi)及直(zhi)線運(yun)動(dong)(dong)的實現簡(jian)單(dan)和成本低(di)廉，使(shi)緊湊的系(xi)統設計方(fang)案成為了(le)可能(neng)。由于采用了(le)液壓(ya)(ya)蓄能(neng)器(qi)(qi)和伺服閥技(ji)術(shu)，因此(ci)能(neng)夠使(shi)用高動(dong)(dong)態、高精確性(xing)驅動(dong)(dong)器(qi)(qi)，例如，在注塑機上的應用。但(dan)與此(ci)同時(shi)，液壓(ya)(ya)驅動(dong)(dong)軸也(ye)有著(zhu)不(bu)容忽(hu)視的缺(que)點：低(di)能(neng)效(xiao)、環境噪聲以(yi)及液壓(ya)(ya)油的污染。盡管如此(ci)，液壓(ya)(ya)還不(bu)是(shi)能(neng)完全(quan)被取(qu)代(dai)，因為它能(neng)為很(hen)多應用場合(he)提供較大的力(li)和扭矩(ju)。
從控制技術角度來說，液壓驅動軸在控制算法和響應
時間方面有(you)著特殊(shu)需求。液壓(ya)(ya)軸(zhou)在從引導運(yun)動到控制(zhi)壓(ya)(ya)力曲線的過(guo)渡中對時間非(fei)常敏感。簡單的液壓(ya)(ya)軸(zhou)通常擁有(you)較(jiao)低的固有(you)頻率(lv)和(he)高度定位控制(zhi)系統性能。這就是(shi)為什么(me)采用 PID 控制(zhi)時間位移曲線會失(shi)敗的原因。因此，在過(guo)去，液壓(ya)(ya)軸(zhou)常常需要使用專用的硬(ying)件控制(zhi)器。
液壓功能庫：通過軟件實現運動控制功能
Beckhoff 基于 PC 的(de)控(kong)制(zhi)器的(de)分為硬件模(mo)塊和(he)(he)軟件模(mo)塊兩個部(bu)分。運(yun)動控(kong)制(zhi)功能通過(guo)軟件庫實(shi)現(xian)，無需(xu)任(ren)何專用(yong)硬件。而過(guo)程數據將(jiang)(jiang)通過(guo)電子(zi)總線端(duan)子(zi)模(mo)塊讀入和(he)(he)輸出(chu)。采(cai)用(yong) Beckhoff XFC 極速控(kong)制(zhi)技術(shu)，將(jiang)(jiang)大大縮短系統響應時(shi)(shi)間；若采(cai)用(yong) EtherCAT 和(he)(he)功能強(qiang)大的(de) Intel? CPU ，可實(shi)現(xian)控(kong)制(zhi)器采(cai)樣時(shi)(shi)間達到 100 μs。
TwinCAT 液壓(ya)功能庫提(ti)供了液壓(ya)軸的運動控(kong)制功能；電動伺服(fu)軸也可選擇(ze)性地(di)進行控(kong)制。模塊設計及認(ren)證符合 open 標準。用(yong)戶使用(yong)的(de)界面在功能(neng)上與 Beckhoff 以及其他制造商的(de)同(tong)類產(chan)品(pin)相同(tong)。液壓功能(neng)庫支持所有通用(yong)的(de)類型；非線性閥特性曲線通過采用對自動生成的特性曲線進行線性化來補償。
如果簡單的 PID 位移控制器找到一個與位移無關的特殊控制系統特性，傳統的 NC 系統將計算出與時間相關的時間位移曲線。該液壓驅動器的特殊控制系統特性要求生成的曲線考慮到與位移相關的軌跡特性、黏滑效應以及最大制動/延遲時間。液壓功能庫包含了生成漸進曲線的功能模塊。方向相關的控制系統特性也被考慮進去，加速和減速匝道則根據曲線精度標準或最小周期時間來計算。
軌跡控(kong)制與(yu)時間(jian)控(kong)制的比較
傳統的 NC 控制器計算的位移曲線是一個時間函數，但是，這種計算方式不適用于液壓執行機構的特性曲線。在時間控制中，可以觀察到對象有強烈的速度波動、過沖或黏滑振動。經濟的液壓方案不使用伺服閥，但需要生成一個位移相關的曲線。對于這些軌跡來說，與高驅動速度和目標精確定位相比，曲線精度就顯得不那么重要了。對于位移相關的運動控制，在運動期間不會執行位移控制；決定生成曲線的控制變量是剩余距離，而不是時間。達到目標位置是通過制動方式實現的，例如，啟動一個根函數后。
液壓(ya)軸(zhou)通常用在需要從速(su)度控制轉換到壓(ya)力(li)調節的設備(bei)中，例如，壓(ya)機(ji)、注塑機(ji)或模鑄機(ji)。XFC 結合了液壓(ya)功能(neng)庫中的功能(neng)，具有對輸入(ru)信號(hao)響應時間(jian)短、時間(jian)分辨(bian)率高(gao)的特點，它為(wei)上(shang)述應用提供(gong)了理想的解決方案。這(zhe)樣，注塑運動(dong)由位移引(yin)導；隨(sui)后的壓(ya)力(li)調節在閉(bi)環中根據特定的過程以高(gao)分辨(bian)率的方式實現(xian)。
在壓機和折彎機應用中，要求多個液壓軸同時驅動；為此將強制進行同步運動和非橫向力的壓力增加。在實際應用中，使用液壓功能庫可以實現用小于 10 或者大到數千噸的驅動壓力帶動最多 20 根同步軸。根據具體的需求，液壓功能庫可支持主/從軸或虛擬主軸方式。若要構建高閉合力，直線液壓執行機構必須與非線性齒輪結合，如連桿或曲柄機構；液壓功能庫也可為此提供合適的轉換功能。
液壓軸和電動伺服軸結合使用 — 顯著提高能效
為了(le)增加(jia)能效(xiao)，混合(he)驅(qu)(qu)動(dong)方(fang)案 — 結(jie)合(he)使用電動(dong)伺服(fu)驅(qu)(qu)動(dong)軸和液壓(ya)驅(qu)(qu)動(dong)軸 — 已在實際運用中獲得了(le)越來越多(duo)的(de)青睞。伺服(fu)電機也可(ke)通過(guo)使用液壓(ya)功能庫以點對點的(de)方(fang)式進行控制。時間控制曲線(xian)曲線(xian)也可(ke)由(you)液壓(ya)功能庫生成(cheng)。同時，液壓(ya)功能庫也支持電動(dong)軸的(de)同步(bu)運動(dong)。
伺服電機和液壓定位的容積式泵的混合使用將進一步提升靜液壓驅動的能效。液壓功能庫中的軌跡控制與活動部分相關，同時，使用高動態性 EtherCAT 驅動器能夠實現全新的創新型運動控制方案。
Scope View 軟件提(ti)供(gong)操作簡單的診斷功能
示波器功能(neng)(neng)（Scope View）軟件通(tong)過(guo)對(dui)重要信號特性曲(qu)線(xian)的(de)精確分(fen)析簡化了控制(zhi)軟件的(de)實施(shi)和驗證工作。它可(ke)以(yi)(yi)在 TwinCAT 開(kai)發(fa)(fa)環境中擴展。所有輸入(ru)信號以(yi)(yi)及內部(bu)變(bian)量都以(yi)(yi)不同(tong)的(de)軸分(fen)辨率顯示。為了能(neng)(neng)夠(gou)以(yi)(yi)最佳(jia)方式(shi)運(yun)行液壓(ya)回路，常常需要進(jin)(jin)行重新(xin)調整。對(dui)于(yu)出現緊急情況時(shi)(shi)需要維(wei)修服務，并需要大量信息(xi)的(de)時(shi)(shi)候，總部(bu)的(de)開(kai)發(fa)(fa)人員必須提供(gong)支持(chi)。通(tong)常，專(zhuan)用的(de)硬件解決(jue)方案有很大的(de)局限性。若使用 TwinCAT Scope View 軟件，能(neng)(neng)夠(gou)保存(cun)并發(fa)(fa)送測量結果以(yi)(yi)對(dui)故障進(jin)(jin)行分(fen)析，并可(ke)為現場維(wei)修提供(gong)帶測量調整功能(neng)(neng)的(de)模板。
