爱默生使用混合自动化系统优化线性运动解决方案

在为工业机械设计运动控制解决方案时，原始设备制造商 (OEM) 必须评估许多技术和商业因素。许多类型的工业机械都使用运动控制来执行其功能，而 OEM 依赖于线性运动控制的一些最流行的技术是气动和电动线性执行器。运动控制可以由操作员手动启动，也可以由高级控制平台自动启动。

在设计自动化系统时，OEM 历来不得不在运动控制技术之间做出选择。气动和电动运动各有优势：气动运动被认为是坚固且易于使用和维护的，而电动运动被认为是智能、快速和精确的。原始设备制造商不得不根据可为应用程序提供最大利益的技术来选择技术，但在某些应用程序中，牺牲了关键需求以支持其他需求。

流程和应用程序的优先级随着时间的推移而演变。可持续发展是当今几乎每个行业的首要任务，而流程变得越来越复杂，需要更精确、更高效的运动。功能被整合到具有更少组件的更小空间中。

其他重要的事情也发生了变化。原始设备制造商不必再只选择一种技术。混合自动化系统结合了气动和电动技术的优势，可为复杂的运动控制应用提供最大的优势。

推动混合自动化系统发展的趋势

一些原始设备制造商可能想知道为什么除了气动之外还需要电动直线运动。通过认识推动混合自动化系统发展和使用的几种趋势，我们可以更好地理解跨技术解决方案是如何出现的。可持续性、数字化转型、机器设计和竞争压力都在影响其受欢迎程度。

可持续性

每个行业都越来越关注能源消耗、碳排放和成本节约。个人责任感、客户需求、政府法规和利益相关者的压力正在推动这种关注，许多公司正在根据雄心勃勃的净零倡议做出承诺和长期目标。

使用更少能源并可由可再生资源供电的运动控制系统是节能设备的关键，也是可持续企业战略的一部分。  

数字化转型

今天的制造商在日常生活中与数字自动化和详细的用户界面交互，并期望工业系统具有相同的数字功能。随着公司对运营进行数字化转型，他们看到了真实、可靠的收益。

设备中的嵌入式传感器持续实时跟踪温度、位置、负载和磨损。监控、自动配置和诊断以及仪表盘中显示的收集过程数据为操作员提供了做出自信、明智决策所需的洞察力。连接的运动控制系统使操作员能够分析生产性能、能源使用和可靠性。

通过仪表板访问这些见解使制造商能够更好地控制和持续改进他们的运营，并最终改进他们的生产。

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爱默生

优化运营在很大程度上依赖于实时数据来呈现来自气动、电动或混合运动控制解决方案的见解。这些见解使操作员能够监控设备状况并做出明智的决策。

市场竞争

在劳动力短缺和供应链问题之间，公司保持竞争优势从未像现在这样具有挑战性。此外，工业制造的数字化转型和推动它的先进技术使投资它们的公司能够显着优化其运营。

在响应不断变化的市场需求和可靠地满足客户需求以保持市场领先优势时，比以往任何时候都更需要保持敏捷。制造商必须最大限度地减少机器停机时间并最大限度地提高产量，而采用连接的混合自动化解决方案可以帮助提高机器的可靠性和正常运行时间。

为了优化能源使用、加强运营并在行业中保持领先地位，公司正在寻找完整的运动控制包。领先的技术供应商了解这一点，并开发了一系列先进的集成解决方案，将伺服驱动器、电机和电动执行器以及气动装置结合在一起。

原始设备制造商有很大的机会将混合自动化系统整合到机器设计中，以更好地满足并解决客户的最大需求和关注点。  

自动化和当代机器设计

公司克服挑战和提高产量的一种方法是将更小、更复杂的机器集成到他们的生产线中。更小的占地面积允许更多机器安装在相同的生产空间中，先进的运动控制技术可以使从装配到最终产品检测的更高精度任务自动化成为可能。

制造商也在寻求具有以下特点的运动控制技术： 更高的精度以防止浪费；缩短周期时间以增加产量；以及更大的位置灵活性，允许操作员按下按钮更改机器程序。使用具有这些功能的机器可以在更短的时间内提高产量，提高可持续性并降低成本。

如何选择气动、电动或混合运动控制

有许多可用的运动控制产品，不知道如何从中选择可能会让人感到困惑。OEM 什么时候使用电动，什么时候使用气动，什么时候两者都使用？

选择运动解决方案时需要考虑许多因素和问题：

* 它们是否满足应用程序的性能、灵活性和准确性要求？

* 什么是初始运营和持续维护成本？

* 它们如何影响机器的能效？

* 运动产品将如何与其他设备集成？

* 他们可以收集数据并分析设备健康状况吗？

* 它们会让设计机器变得更容易、更快吗？

* 新技术的学习曲线是什么？

气动和电动运动控制各有不同的优势，具体取决于应用程序的需要，应用程序可能会从其中一个或两者中受益。对于某些应用程序，很明显哪个是最合适的。对于将箱子从传送带上推出的简单机制，气缸最合适。但是，如果这些箱子要分拣到传送带上的不同线路或位置，则需要具有多位置的电动执行器。

在更复杂的应用程序中，选择可能不清楚。这是一个迹象，表明应用程序可能会从使用两者中获得最大的好处。机电气缸可以通过气动连接器使用压缩空气来密封填充应用中的空气。在装配系统中，电动线性多轴系统可以使用气动夹具。而在垂直方向上运行的电动直线轴可以使用气缸进行重量补偿。

跨技术自动化使原始设备制造商能够在同一应用中利用气动和电动运动控制技术的互补优势，并将利益传递给他们的客户。

让我们看看每种技术的优势，以更好地了解它们如何协同工作：

气动运动控制

气动运动是通过使用压缩气体以物理方式作用于机构以产生所需运动来实现的。事实证明，气动解决方案可为硬件、设计和安装提供稳健的操作，与伺服系统相比，升级气动系统时通常需要更换或更换的组件更少。

气动运动控制最常见的例子是带有内部活塞的气缸，它产生线性运动。这可能就是为什么气动技术通常被认为是一种离散运动技术，只适用于完全伸展或缩回的机构。

然而，运动控制技术供应商推动的持续创新扩大了可能性。例如，使用四分之一回转执行器可以实现连续旋转运动。

传感器和流量控制也可用于监控和优化操作，而压差控制使设备能够实现连续气动定位。使用相对较小的电动气动开/关电磁阀或调节定位阀，在恒定的背压下施加受控压力。

操作员可以使用按钮和开关手动控制位置，或使用可编程逻辑控制器 (PLC) 或回路控制器自动控制位置。

电气运动控制

与伺服电机相结合的电动执行器以高速、精确度和效率着称，并通过将电力转换为旋转或线性运动来实现运动。这些闭环系统通常包括比气动运动解决方案更复杂的组件，例如运动控制器、伺服驱动器、电机和反馈传感器以及设计实践。

每个伺服电机都与一个驱动器相关联，该驱动器遵循提供所需功能的命令信号，并可以提供准确的定位、精确的角速度和可变加速度曲线。有了这样的范围，伺服系统可以为各种应用提供位置运动控制，从机器人手臂到连续旋转的传送带。

阅读更多：为电动执行器选择合适的步进电机或伺服电机

由于伺服驱动器和控制器是微处理器设备，它们具有高水平的板载功能，可以直接为仪表板提供本地和远程诊断和数据记录功能。

将 PLC 和其他控制器连接到伺服运动系统可以帮助 OEM 实现更高级的运动控制和同步。专业功能包括具有亚微米可重复性的高精度定位、电子凸轮和电子齿轮传动，可以使最复杂的应用受益，例如机械加工、机器人和制造设备。

例如，包装线可以从机械凸轮盘升级到带有电动凸轮盘的伺服运动系统。使用机械盘更改格式复杂、耗时且容易出错，而使用电动凸轮盘的机器转换只需按一下按钮即可。这可以节省时间、提高准确性、最大限度地减少废料并降低成本。

电动和气动技术具有明显的优势，在选择最能满足特定应用需求和目标的技术时，这些优势很重要。

混合运动控制

电动气动混合自动化系统可以帮助制造商为每个特定功能应用适当的技术。当可持续性、位置灵活性、精度、稳定性、安静操作、连接性和监控最重要时，电动运动具有很大的优势。当应用有空间限制、需要稳健运行或需要快速设计、安装和调试时，气动运动控制是最佳选择。

大多数制造设施的生产线包括各种类型的 OEM 设备，产品沿着运输和堆积输送机在机器之间移动。这些生产线提供了许多集成气动和电动直线运动的机会。

例如，一条典型的饮料包装生产线包括以下功能：拉伸吹塑瓶、灌装和封盖、输送和堆积、贴标瓶、检查灌装和贴标、装瓶和码垛和收缩包装箱。拉伸吹塑、折叠盒和涂胶都受益于气动运动，而在灌装机和贴标设备中输送和定位瓶子则受益于伺服运动。

简单的运输输送机和码垛系统受益于两种形式的运动：输送机可以由电动机驱动，产品停止和门可以使用气动驱动进行操作。可以使用气动装置处理散装箱，而可以使用伺服运动控制插补和精细位置调整。

混合自动化系统的优势

领先的运动控制技术供应商现在提供集成的完整解决方案包，包括电气、气动或混合运动控制。这些全面的解决方案以现场级智能设备、运动控制、机器控制和分析为特色。

气动选项包括气缸、阀门系统、控制器、分析和通过网关的仪表板，而电气选项包括电动线性执行器、伺服电机和驱动器、控制器和通过网关的仪表板。虽然这两种技术都提供仪表板，但数据可直接从伺服驱动器获得，气动系统需要添加传感器。  

阅读更多：先进的电动气动定位实现动态力控制

像这样的完整、集成的解决方案对 OEM 及其客户都有很多好处。由于它们已经过设计和组装，混合自动化系统可以简化采购、开发和调试。否则，原始设备制造商必须单独采购组件并自行匹配和设计。这不仅需要更长的时间并增加供应链的复杂性，还会引入尺寸问题。

混合自动化系统还提供了灵活性，使原始设备制造商能够设计出能够生产一系列产品类型的机器，最大限度地减少转换时间并满足随时间变化的需求。由于许多公司面临着在降低运营成本的同时提高吞吐量的持续压力，这可以缩短生产运行时间、提高机器利用率并延长设备寿命。

通过运动控制电子重新配置，操作员可以即时更改运动配置文件，一些系统提供面向未来的设计，并配备了现在或未来几代机器可以实现的功能。要为客户提供最高水平的灵活性，请寻找具有可满足广泛应用要求的极其通用的电动执行器的系统。

除了保持竞争力，混合自动化系统还可以提高制造商的可持续性。这些系统可以提供更高的机器效率并减少废料，从而降低资源消耗和成本。能源效率可以更好地实现可持续性目标，而成本节约可以降低总拥有成本。为了获得更高的可重复性和均匀性，寻找具有最高可靠性和准确性的电动线性运动系统非常重要。

艾默生的 PACMotion 控制器、伺服驱动器和伺服电机专为协同工作而设计，将集成运动和机器逻辑解决方案与高级机器自动化所需的性能、灵活性和可扩展性相结合。

更大的灵活性、效率和性能

原始设备制造商可以通过评估关键应用因素来确定混合自动化系统是否会使应用受益，这些因素包括：

* 能源消耗，

* 运营成本，

* 职位灵活性，

* 准确性，

* 振动和噪音，

* 资本支出，

* 连通性，

* 尺寸，

* 安装和

* 调试时间和耐用性。

要选择最合适的解决方案来实现预期结果，与拥有全面技术组合和选型选项的专业运动控制和数字化转型合作伙伴合作至关重要。这样的合作伙伴可以帮助 OEM 委托解决方案并提供长期支持。

借助混合自动化系统，公司不必在性能、灵活性、可持续性、连通性和成本之间做出选择。他们可以拥有一切——精确、强大的线性运动、满足不断变化的生产要求的灵活性、数据和洞察力以最大限度地提高生产、优化能源消耗和降低总拥有成本。

本文由艾默生 AVENTICS™ 执行器产品营销经理 Linda Schwartzen 撰写和贡献。Schwartzen 在电气直线运动、销售和产品管理方面拥有 14 年的经验。她拥有南威斯特伐利亚应用科学大学的机械工程硕士学位和机电工程学士学位。