液壓與伺服(fu)混合驅動技術帶來更高能效
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)驅動在機(ji)械工(gong)程(cheng)領域仍(reng)占有(you)著很大(da)的(de)市場份(fen)額。執行機(ji)構的(de)高(gao)功(gong)率密度以(yi)及直(zhi)線運動的(de)實現(xian)簡(jian)單和成本低廉，使緊湊的(de)系統(tong)設(she)計方案成為(wei)了可能(neng)(neng)。由于采(cai)用了液壓(ya)(ya)蓄能(neng)(neng)器(qi)和伺服閥(fa)技術，因此(ci)(ci)能(neng)(neng)夠使用高(gao)動態(tai)、高(gao)精確性驅動器(qi)，例如(ru)，在注(zhu)塑機(ji)上(shang)的(de)應(ying)用。但與此(ci)(ci)同時，液壓(ya)(ya)驅動軸(zhou)也有(you)著不(bu)容忽視的(de)缺點：低能(neng)(neng)效、環境噪聲以(yi)及液壓(ya)(ya)油的(de)污染。盡(jin)管如(ru)此(ci)(ci)，液壓(ya)(ya)還不(bu)是能(neng)(neng)完全被取代，因為(wei)它能(neng)(neng)為(wei)很多(duo)應(ying)用場合提(ti)供較大(da)的(de)力和扭(niu)矩。
從控制技術角度來說，液壓驅動軸在控制算法和響應
時(shi)間方面有著特殊需(xu)(xu)求。液壓軸(zhou)在(zai)從(cong)引(yin)導運(yun)動到控(kong)制(zhi)壓力曲(qu)線(xian)的(de)(de)(de)過渡中(zhong)對時(shi)間非常敏感。簡(jian)單的(de)(de)(de)液壓軸(zhou)通常擁有較低的(de)(de)(de)固有頻率和高度(du)定位控(kong)制(zhi)系統性能(neng)。這就是為什么采用(yong) PID 控(kong)制(zhi)時(shi)間位移曲(qu)線(xian)會失敗(bai)的(de)(de)(de)原因(yin)。因(yin)此(ci)，在(zai)過去，液壓軸(zhou)常常需(xu)(xu)要使用(yong)專用(yong)的(de)(de)(de)硬件(jian)控(kong)制(zhi)器(qi)。
液壓功能庫：通過軟件實現運動控制功能
Beckhoff 基于 PC 的控(kong)制(zhi)(zhi)器的分(fen)為硬件模塊和軟件模塊兩(liang)個(ge)部(bu)分(fen)。運動(dong)控(kong)制(zhi)(zhi)功(gong)能(neng)通(tong)(tong)過軟件庫(ku)實現(xian)，無需(xu)任何專用(yong)硬件。而過程數據(ju)將(jiang)通(tong)(tong)過電子總(zong)線端子模塊讀入和輸出。采(cai)用(yong) Beckhoff XFC 極速控(kong)制(zhi)(zhi)技術，將(jiang)大(da)(da)大(da)(da)縮短系(xi)統響應時間；若采(cai)用(yong) EtherCAT 和功(gong)能(neng)強大(da)(da)的 Intel? CPU ，可實現(xian)控(kong)制(zhi)(zhi)器采(cai)樣時間達到 100 μs。
TwinCAT 液壓功能(neng)庫(ku)提供(gong)了液壓軸的(de)運動(dong)控制功能(neng)；電(dian)動(dong)伺服軸也可(ke)選擇性地進行控制。模塊(kuai)設(she)計(ji)及認(ren)證符合 open 標準。用(yong)戶使(shi)用(yong)的(de)界面在功能(neng)上(shang)與(yu) Beckhoff 以(yi)及其他制造商的(de)同類(lei)產品相同。液壓功能(neng)庫支(zhi)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。
軌跡控制(zhi)與(yu)時間(jian)控制(zhi)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(ye)(ye)壓(ya)軸通常用在(zai)需要從速度控制轉換(huan)到(dao)壓(ya)力調節(jie)的設備(bei)中，例如，壓(ya)機(ji)、注塑機(ji)或模(mo)鑄機(ji)。XFC 結合了(le)液(ye)(ye)壓(ya)功能庫中的功能，具有(you)對輸入信號響應時間短、時間分(fen)辨率高的特(te)點，它為上述應用提供(gong)了(le)理想的解決方案。這樣，注塑運動由位移(yi)引(yin)導；隨后的壓(ya)力調節(jie)在(zai)閉環(huan)中根據特(te)定的過程(cheng)以高分(fen)辨率的方式實現。
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)(le)增加能(neng)效(xiao)，混合驅(qu)動(dong)(dong)(dong)方(fang)案 — 結合使用(yong)電動(dong)(dong)(dong)伺服(fu)驅(qu)動(dong)(dong)(dong)軸和液壓(ya)(ya)驅(qu)動(dong)(dong)(dong)軸 — 已在實際運用(yong)中獲得了(le)(le)越(yue)來越(yue)多的青睞。伺服(fu)電機也可通(tong)過使用(yong)液壓(ya)(ya)功(gong)能(neng)庫(ku)以點對點的方(fang)式進行控制。時間(jian)控制曲(qu)線(xian)曲(qu)線(xian)也可由液壓(ya)(ya)功(gong)能(neng)庫(ku)生成。同時，液壓(ya)(ya)功(gong)能(neng)庫(ku)也支持電動(dong)(dong)(dong)軸的同步運動(dong)(dong)(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(ruan)件提(ti)供操作簡單(dan)的診(zhen)斷功能
示波(bo)器(qi)功能(neng)(neng)（Scope View）軟件(jian)通過對(dui)重要(yao)(yao)信號(hao)特性(xing)曲線的(de)(de)精(jing)確分析簡化(hua)了控制軟件(jian)的(de)(de)實施和驗(yan)證工作。它可(ke)以在 TwinCAT 開發環境中(zhong)擴展(zhan)。所(suo)有輸入信號(hao)以及內部(bu)變(bian)量(liang)都以不同(tong)的(de)(de)軸分辨率顯示。為了能(neng)(neng)夠以最佳方(fang)式運行(xing)液壓回路(lu)，常常需(xu)要(yao)(yao)進行(xing)重新調整。對(dui)于出(chu)現(xian)緊急情(qing)況時需(xu)要(yao)(yao)維修服務，并(bing)需(xu)要(yao)(yao)大(da)量(liang)信息的(de)(de)時候，總部(bu)的(de)(de)開發人(ren)員必須提(ti)供支(zhi)持。通常，專用(yong)的(de)(de)硬(ying)件(jian)解決方(fang)案有很大(da)的(de)(de)局限(xian)性(xing)。若使用(yong) TwinCAT Scope View 軟件(jian)，能(neng)(neng)夠保(bao)存并(bing)發送(song)測(ce)量(liang)結果(guo)以對(dui)故障進行(xing)分析，并(bing)可(ke)為現(xian)場(chang)維修提(ti)供帶測(ce)量(liang)調整功能(neng)(neng)的(de)(de)模板。
