电机驱动数字化制造的N个样本
来源:亚德诺半导体发布时间:2022-12-26971浏览
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中国及全球主要工业国家都正在推动工业和制造领域的转型，通过提升数字化水平和生产效率来抵消劳动力短缺和成本上涨。国内“十四五”规划拟将工业互联网平台应用的普及率从15%提高到45%，并在产品研发、制造执行、内部运营、维护服务和类似的流程中，将管理和运营的数字化比例从55%提高到68%。工业数字化，制造业首当其冲，下面看看制造业的几个常见场景“样本”。车间装备线——装配系统变得越来越复杂，为高度灵活的模块化装配机器增加了智能。为了将这些机器提升到一个新的水平，每个部件都需要针对实时通信和监控进行优化。毕竟，在整个装配过程中，只有一个组件发生故障就可能导致完全关闭。
自动拾取和放置机器——虽然拾取和放置机器似乎只进行基本运动，但有些机器需要最高的灵活性来完成要求苛刻的任务，例如将单个组件放置在PCB上或从传送带上拾取物体并相应地放置它们。无论任务如何，所有拾取和放置机器都需要高效、可靠和灵活的驱动器。
输送系统——物料的传送在工厂运营中具有非常重要的地位，它是工业化生产的一个重要环节，好的物料流转方式，不仅省时、省力、降低成本，可保持生产线的运转，而且会大大提高我们的生产效率。
在几乎所有这些工业应用的场景，我们可以发现几乎都有电机在里面发挥着重要作用。随着工业制造的数字化发展，市场对步进电机的要求也趋于严苛，不仅要求低噪声、运行平稳、高能效、高速度高扭矩，还要求增加对设备和过程的实时监控异常行为进行优化。基于创新技术实现无传感器的运动
在步进电机应用场合如何实现运动和力控制？传统的思路可能立即会想到：第一，增加力矩传感器；第二，检测电机电流。但是，增加力传感器会带来系统成本的增加。对一个开环系统的步进电机来说，大多采用恒流斩波控制，其电流是恒定的。检测电机电流只能增加编码器，这种方法也会增加控制系统的成本。
使用电机的反电动势原理，ADI Trinamic电机驱动StallGuard™和CoolStep™为电机应用增加了电机负载检测功能，实现无传感器归位和失速保护。StallGuard 是步进电机的无传感器负载测量，可提供有关负载角度的经济高效的反馈，灵敏度可根据应用需求进行调整，使其成为无传感器归位、自校准、距离测量或验证所有机械装置是否仍在安全裕度内运行的理想选择，无需参考或限位开关，并降低了需要精确参考的应用的成本和复杂性。通常，开环步进驱动器在过载情况下会因失速而丢失步数，例如当轴被阻塞时。StallGuard 技术可防止步进损失，通过在达到设定负载值时停止电机来保持步数完整性。无传感器技术可以检测多达 1024 个不同的负载水平，从而提供高分辨率反馈，以便对系统进行连续监控。
适合工业运动无传感器争端诊断的电机驱动解决方案
基于 StallGuard 和 CoolStep 提供支持，整个电机控制系统可以通过实时监控异常行为进行优化，无论是机械磨损还是负载不在指定裕度内，ADI Trinamic的嵌入式解决方案都可以检测并标记事件，将电机以及整个系统变成“传感器”，通过向数据集添加有价值的信息来提高效率，以便实时控制生产线。
TMC5160就是带步进/方向接口和串行通信接口(SPI) 的高功率步进电机控制驱动芯片，将实现自动目标定位的灵活斜坡发生器和业界先进的步进电机驱动器结合在一起。通过外置外部晶体管，实现高动态、高扭矩电机驱动（高达 20A 线圈电流），使系统小型化和性能可扩展变得可行，从而让经济、高效的解决方案得以实现。完整的解决方案在实现高性能基础上，能将学习时间尽可能缩短，加快产品上市时间。
简单易用和成本效益原则是ADI Trinamic设计师在设计步进电机驱控芯片时的指导方针。这些方案将强大的步进电机驱动器和运动控制器集成在一块芯片上，将数字信息直接转换为平滑、精确、可靠的物理运动，被广泛地用于机器人、工业驱动、纺织、缝纫机、包装、工厂和实验室自动化、高速 3D 打印机、液体处理、医疗、办公自动化、视频监控、自动取款机等应用中。
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