运动控制的优势帮助原始设备制造商设计具有高水平的整体设备有效性、效率和环境友好性的机器。

在工业革命时期，即使是最有远见的工程师也很难想象机器最终将执行的任务的广度。从测试到组装再到包装，今天的机器可以在一端输入原材料，在另一端生产出托盘产品。随着时间的推移，操作和执行这些操作的机器变得越来越复杂，速度也越来越快。

很长一段时间以来，主要的问题只是如何让运动控制执行手头的任务。今天，随着工业受到经济和环境力量的冲击，问题不在于运动控制能做什么，而是运动控制能否以一种经济有效的方式做到这一点。

总体设备效率(OEE)、高效运行、绿色设计——它们是独立的概念，但又相互关联，相互加强，因此执行其中任何一个都很可能意味着在其他方面取得成功。例如，开始购买总拥有成本(TCO)较低的机器的最终用户会发现，同一台机器由于效率的提高而减少了碳足迹。对于OEM机器制造商来说，这增加了销售故事。对于终端用户来说，它提供了另一种提升企业品牌的方式。“这绝对是紧密联系在一起的，”杰西·汉森(Jesse Henson)说鲍德电气公司(阿肯色州史密斯堡)。“能源效率和绿色对工业正变得越来越重要。”

高可用性

总体设备效率是一个度量，本质上表达了机器的实际输出接近其理论输出的程度。虽然OEE的概念起源于制造业，可用于分析从生产效率到特定产品的可制造性等所有问题，但OEE也为思考机器设计提供了一种有用的方法。OEE的关键基本指标包括生产设备的可用性、与理论性能相比的设备性能以及生产的产品质量。

对OEE的推动似乎主要来自最终用户。OEM机器制造商通常关心组件的成本和集成的便利性。最终用户关注的是运营成本。汉森说:“他们希望提高机器的整体生产率。”“在一天结束的时候，这就是它的全部——获得更多的吞吐量和生产更多的产品，这反过来又更快地为机器支付费用。”

事实上，OEE已经成为一个焦点，甚至被写进了合同。“这取决于行业，但我确实看到终端用户要求原始设备制造商提供保证一定OEE水平的机器，”西门子电气驱动和控制部门销售和营销经理Dan Throne表示博世力士乐公司(霍夫曼地产，伊利诺伊州)。“他们在合同中规定了罚款条款，因此如果一台机器没有交付，OEM就会受到打击。这并不有趣，因为有些事情超出了OEM的控制范围，但它确实推动了技术的发展，这是肯定的。”

这是一个挑战，但运动控制可以帮上忙。在性能方面，运动控制提供了精度、鲁棒性和可重复性。不过，这项技术真正的亮点在于它的可用性。电子凸轮可以通过加速转换来提高可用性。不要花几个小时甚至几天的时间来更换机械传动装置。使用电子轴系，更改食谱可以像在人机界面中切换命令一样简单。

配备板载内存和处理能力的智能组件具有诊断功能，简化了故障排除和维护。这种设备允许系统监测诸如电机转矩、位置和加速度等属性，以及任何振荡或振动的频率。这些参数可以提供大量关于系统运行状况的信息。例如，加速度的不同可以表明负载的变化。振动或温度的变化可能表明润滑油损坏或由松联轴器或滚珠丝杆引起的计划外运动。

今天的运动控制系统可以在控制器中记录这些参数。原始设备制造商可以在机器离开他们的楼层之前设置机器的工作范围，并编写软件，以便当任何参数超出范围时，工厂维护人员会收到通知。如果一台机器停止运行，机器制造商可以调出整个故障历史以找到原因，如果系统是联网的，则可以远程进行。设备参数可存储在智能卡中，当设备出现故障时，维护人员只需更换故障设备，插上智能卡，恢复正常操作即可。

王座表示，对于运动控制供应商来说，智能诊断可能已经是旧闻了，但它并没有像人们预期的那样广泛应用。他指出:“我们进入的许多工厂，并不是那些登上杂志封面、被誉为世界上自动化程度最高的工厂。”“绝大多数工厂仍然使用有30年历史的机器。与此同时，许多原始设备制造商在市场上的竞争力受到限制，需要快速安装机器，而安装成本通常由终端客户支付。我认为，由于所有这些因素的影响，许多最终用户并没有尽可能地利用预测性维护。这是我希望看到更多的东西。”

最小化故障，最大化正常运行时间

智能部件，如具有集成驱动器的电机，除了改善诊断外，还提供了其他好处。在传统的集中式架构中，驱动器位于机柜中，并通过成对的电源和反馈电缆连接到电机。所有这些电缆都需要时间连接，也很花钱。也许更重要的是，电缆是机器最大的故障点。电缆和连接器越多，停机的可能性越大。

集成电机驱动为分布式架构打开了大门。机器制造商不用把驱动器放在柜子里，而是把它们和马达一起放在机器上，用一根电缆把它们连在一起。Throne表示:“我们不仅减少了85%的布线，这直接有助于提高可靠性和OEE，而且还减少了制造、组装和配置时间。”

运动控制系统提供的安全选项同样有助于提高生产率。当系统阻塞时，基本协议是切断电源，停止上下游操作，进入受限区域清除阻塞，然后恢复电源，返回家园，一个模块一个模块地接上线路。更新的安全组件可以让运营商更快地恢复和运行线路。通过安全运动，电机可以在安全扭矩关闭模式下工作，例如，在这种模式下，驱动器被禁用，但保持其位置设置。安全速度模式更好:不仅驱动器保持供电，而且电机可以用来帮助清除堵塞，加快清理过程。其结果是系统得到了恢复，运行速度比以前快得多。Throne说道:“你可以在安全运行模式下打开守卫门，清除阻塞，关闭守卫门，然后点击重启。“当你把它加起来的时候，它只是把这一行的效率提高了十倍。”

效率

甚至在汽油价格为每加仑4美元之前，美国能源部就已经为汽车设定了最低效率标准。考虑到工业部门消耗了美国大约30%的能源，这比任何其他部门的总和都要多，对电机和机器的效率要求可能会变得更加严格。

在这方面，运动控制也有帮助。

基于定速感应电机的机器保持电机以固定转速旋转，并在需要时使用齿轮箱、皮带和离合器来传递速度和扭矩。另一方面，伺服电机只有在使用时才会耗电。罗克韦尔自动化公司Kinetix运动控制产品营销经理Tom Strigel说:“运动控制本质上是一种更环保的技术。”“伺服运动控制单独运行，根据需要在所需的功率水平上打开和关闭电机，因此不会浪费运动。”

“我们现在看到的一件大事是，交流电机客户将伺服式电机用于交流感应电机类型的应用，因为这样可以节省能源，”Henson同意说。

同样，液压系统必须一直保持充电状态。除非伺服电机通电以保持特定位置，否则当它不移动时，它不使用任何电源。因此，从液压系统到机电系统的转换可以带来巨大的回报。王座指出，MoCo工程和制造公司(华盛顿州斯波坎市)，为木材行业制造搬运和堆垛机。“在过去，他们曾采用液压技术进行堆垛作业，但他们遇到了一个难题，即液压技术总是需要在峰值时提供能量，因为他们使用的是隔膜和蓄能器类型的系统。他们发现，当他们使用电力驱动系统时，他们能够节省大约37%的能源消耗。”

高效电机提供的好处超过了降低功耗。驱动器不仅消耗大量电力，它们通常会以热量的形式消耗很大一部分电力，从而影响性能并导致早期故障。因此，特别是当驱动器打包到一个机柜中时，驱动器需要从风扇到空调等各种冷却设备。更多的组件意味着更高的前期成本、更高的运营成本和额外的故障点，这将我们带回OEE。电机的效率越高，散热的量就越小。

另一个最大化性能的工具是再生电源。再生电源将减速电机产生的能量重新输送到电网。当您使用再生电源并将多个伺服放大器与公共总线连接在一起时，您就拥有了一个极其节能的系统，因为当一些电机为加速提取功率时，另一些则从减速电机返回功率。斯特里格尔说:“在制动过程中，你基本上是在捕捉能量，并将其放回系统中，供系统的其他部分消耗，所以它不会仅仅作为热量浪费。”净效果是零电力消耗从电网。

走向绿色

所有上述功能和技术结合起来，使运动控制成为一个高度绿色的选择。分布式架构减少了机器上使用的材料数量，无论是电缆还是外壳的空调。高速系统允许一台最先进的机器取代几台旧的设计，释放空间并最大限度地减少资源消耗。最重要的是，该技术提供了性能和适应性。王座说:“这些机电系统更加灵活，所以它们能够运行不同的包装材料。”“这意味着如果机器的自动化程度更高，你可以在机器上使用更多的可生物降解材料。有上百万种方法可以实现绿色环保。”

例如，零部件供应商开始使用无铅焊料生产电子产品，部分原因是为了满足欧盟的《电气和电子设备中限制使用某些有害物质》(RoHS)等法规。RoHS最初的目标是消费电子产品，随着时间的推移，它的授权范围正在扩大。“在运动控制业务中，我们在过去六七年里一直在不同的层面上关注它，并一直与供应商合作，朝着符合rohs的状态迈进，”Strigel说。“话虽如此，可能直到最近6到9个月，RoHS指令真的完全没有谈到我们分类中的产品。它更面向消费产品，但现在已经实施了第一波RoHS II指令，它开始影响下一步。”

当RoHS扩展到工业机器时，运动控制行业将做好准备。无论是可用性、性能、效率还是环境友好性的问题，运动控制都为机器制造商和最终用户实现更大的目标提供了强大的手段。液压和定速电机等技术或许能够完成这项工作;运动控制做得很好。

确认

感谢Elopak的Michael Ballinger的有益讨论。