孟強 歐姆龍（中國）有限公司市場統括部驅動產品科經理 白金田 富士電機（上海）有限公司技術部 曹海笑 倫茨（上海）機電傳動有限公司電子產品經理 邢峰 丹納赫傳動公司銷售經理 王剛 蘇州鈞信自動控制有限公司伺服系統產品經理 趙金彪 廣州數控設備有限公司系統銷售部業務經理 驅動電機 交流伺服系統按其采用的驅動電動機的類型來分，主要有兩大類:永磁同步（ＳＭ型）電動機交流伺服系統和感應式異步（ＩＭ型）電動機交流伺服系統。哪種產品更具有市場優勢？ 歐姆龍：就目前的市場狀況，感應式異步電機還是具有優勢的。本身伺服電機的造價就偏高，而永磁同步電機的造價相對于感應式異步電機又有所提升；就控制要求而言，異步電機基本能夠滿足準確、快速、可靠的控制要求，而可能存在的“自轉”現象也是可以通過調整參數來進行調整。所以對于控制要求不是特別高的系統，感應式異步電機完全能夠勝任，無需使用造價昂貴的永磁同步電機。 富士電機：現將永磁同步電動機和感應式異步電動機各自所具有的特點列表如下： 說明： ①控制方式：由于永磁同步電動機的直軸磁動勢由永磁體產生，而異步電動機是由定子勵磁產生，所以控制電機旋轉時永磁同步電機比較容易控制，特別是在低速旋轉時，感應異步電動機會因為轉差率的增大，發熱量也相應增大。 ②體積：由于不需要風扇等部件，所以永磁同步電機的結構更加緊湊，體積相對異步電機要小很多。 ③散熱：只有電機的線圈才產生熱量，永磁電機的轉子不產生熱量，所以永磁電機不需要風扇就可以很好的散熱，而異步電機產生的熱量較大，需要風扇散熱。 ④價格：因為有永磁材料的存在，永磁同步電機的價格相應稍貴一些。 ⑤最高速度：永磁同步電機在轉子芯上粘結永磁材料制造而成，所以在速度很高的條件下，例如在10000r/min的轉速下，由于離心力的作用，永磁體有可能脫離轉子芯飛出。感應式異步電動機的轉子是鼠籠式的，不會產生此現象。 ⑥最大轉矩約束：當轉矩達到一定限度時，會使永磁電機的永磁體退磁，而異步電機不存在這種現象。 ⑦大容量化：也是由于永磁材料的原因，永磁同步電機容量只能限制在5.5Kw以下，容量再增加就有困難，異步電機沒有這方面的限制。 綜上所述：永磁電機和異步電機各有各自的優勢，在容量比較小的場合，永磁電機具有它的優勢，而在容量比較大或轉速比較高的特殊場合，異步電機有它的優勢。在普通的FA中，永磁電機基本上都能滿足要求。 倫茨：Lenze公司同時提供SM電機和IM電機，這兩種產品有著各自不同的市場定位，因此不能孤立的說那種電機更有市場優勢。同步伺服電機由于其能量密度高，相應性好，更適合高動態響應的場合。異步伺服電機，由于其成本低，結構設計成熟，更適合長期穩速運行以及性價比要求較高的場合。比如我們在包裝機械的各種聯動軸上使用同步伺服，而在其收放卷軸上使用異步伺服，所以沒有最好的伺服電機，只有最合適的伺服電機。 丹納赫：SM伺服以優異的性能占據傳統的高端運動控制市場，IM伺服用于替代傳統變頻器應用時則會體現性價比的優勢。 蘇州鈞信：交流電機主要分為永磁同步和感應式異步電機兩大類。感應式異步電機就是我們常說的鼠籠電機。由于交流電機轉矩和電流不成線性比，所以交流電機要當伺服電機使用時，控制問題非常的關鍵。現在交流電機的控制方式主要是調壓、變頻、變極等幾種。 現在市場中盛行的交流伺服電機其實從設計理念上說，就是直流無刷電機。驅動部分雖然是交流供電，但交流電進入驅動后就直接整流成直流電。交流電機相對于直流電機來說具有結構簡單、無換相火化、價格低和可靠性強的特點。 但就伺服運用來看，直流電機由于其扭矩和電流成線性比，轉矩慣量大，可執行頻繁變化的位置和速度控制命令等特點，直流伺服電機一直占著伺服市場的主導地位。 廣州數控：永磁同步電動機的永磁材料性能不斷提高，而價格又不斷下降，同時，控制起來又比異步電機簡單，技術上已趨于完全成熟，永磁伺服系統的調速范圍寬，適應市場對高性能伺服驅動的要求, 在工業生產自動化領域中的應用將越來越廣泛，目前已成為交流伺服系統的主流. 感應式異步電動機交流伺服系統中的感應式異步電動機結構堅固，制造容易，價格低廉。但由于該系統采用矢量變換控制，相對永磁同步電動機伺服系統來說控制比較復雜，而且電機低速運行時還存在著效率低，發熱嚴重等有待克服的技術問題，目前并未得到普遍應用。但技術一旦成熟，則具有更好的發展前景，代表了將來伺服技術的方向。 直流伺服 直流伺服驅動技術受電機本身缺陷的影響，其發展受到了限制，由于直流伺服電機存在機械結構復雜、維護工作量大等缺點，在運行過程中轉子容易發熱。那么直流伺服還具有怎樣的生命力？ 歐姆龍：直流伺服電機的轉矩特性較交流伺服電機的硬，這種特性比較適用于功率較大的系統，比如隨動系統中的位置控制。 富士電機：直流電機和交流電機各自所具有的特點列表如下： 說明： ① 價格：交流伺服電機的控制電路比直流伺服電機復雜，所以價格稍貴一些。 ② 控制方式：交流伺服電機是交-直-交的電流變換過程，而直流伺服電機是交-直轉換，所以控制方式上有很大的區別，交流伺服電機比較復雜。 ③ 維護：交流伺服電機沒有電刷不需要維護，而直流伺服電機的電刷使用一段時間后需要更換，更換還必須有專業人員來進行，所以維護比較麻煩。 ④ 散熱：永磁交流伺服電機只有定子發熱，所以散熱比較有利，直流電機的轉子和定子都要發熱，需要風扇散熱。 ⑤ 直流電機因為有電刷的存在，所以結構比較復雜。交流電機沒有電刷。 ⑥ 應用場所：直流電機的電刷在運行過程中會產生火花，所以對環境的要求比較高，不能應用在易燃、易化爆的環境中。交流電機不產生火花。 ⑦ 小容量化：直流伺服電機在30W、10W甚至更小容量中制造比較容易，成本相對較低。 綜上所述：在一般的機械工業自動化都會采用交流伺服電機，但直流電機在小容量領域內，會一直應用下去。 倫茨：在張力控制時，直流電機更簡單。在微電機控制時，直流控制更緊湊。 丹納赫：目前直流伺服的價值在于特定環境應用，如低電壓使用場合/對速度平穩性要求較高的測速機應用場合等。 蘇州鈞信：我剛才說過，由于直流伺服由于其扭矩和電流成線性比，轉矩慣量大，可執行頻繁變化的位置和速度控制命令等特點，他還會在市場中占據主要位置。而且隨著技術的發展，刷體材料的改善和換相水平的提高，直流伺服的生命力還是很強的。 廣州數控：直流伺服電機本身存在著機械結構復雜、維護工作量大等缺點，同時，運行過程中，轉子容易發熱，直接影響與其連接的其他機械設備的精度，因此，難以應用到高速及大容量的場合，電刷、換向器等機械部件所帶來的各種缺點則成為了直流伺服技術發展的瓶頸。在未來的工業發展中，直流伺服產品正逐漸減少，交流伺服產品則日漸增加，業界人員只能通過材料和工藝的改進來提高直流伺服的生命力，它仍將在相當長的時間內得到應用，但市場份額會持續下降。 運動控制器 通用機械中使用的運動控制器包括單軸控制器、雙軸控制器、運動控制器和多軸高性能運動控制器等。他們各有什么應用場合？不同的公司需要用什么相應的產品來適應這種場合？ 歐姆龍：1）單軸控制器因為不存在插補等復雜操作，所以一般用于簡單定位的系統，本公司的帶有脈沖輸出功能的PLC（CPM1A/2A/2C、CJ1M-CUP21/22/23、CP1H）和單軸的控制器（CJ1W-NC113/133、CS1W-NC113/133）都能夠對應這種應用，脈沖輸出的頻率各有不同，其中CP1H-Y最高可達1MHz，同時CP1H無需配置任何定位模塊即可達到最多可以分別控制4軸的要求。 2）雙軸控制器主要有CJ1W-NC213/233,CS1W-NC213/233，CS1W-MC221，在以上幾種產品中，NC模塊可以實現兩軸直線插補，MC模塊可以實現兩軸直線插補和兩軸圓弧插補； 3）多軸控制器主要有CJ1W-NC413/433，CS1W-NC413/NC433，CS1W-MC421等，最多可以實現4個自由度的插補，NC為直線插補，MC為直線插補和圓弧插補； 4）歐姆龍最新推出的高功能位置控制單元CJ1W-NCF71，CS1W-NCF71，CS1W-MCH71，FQM1。其中NCF和MCH模塊都是通過Mechatrolink總線（10MBps）以通訊的方式來實現控制，NCF最多可以控制16個軸，可以實現直線插補；MCH最多可以控制30個物理軸，2個虛軸，可以實現直線插補，圓弧插補，電子凸輪功能等；FQM1通過內部總線（同步刷新時間2ms）的方式進行控制，可以實現高性能的同步控制。 綜合以上的內容，歐姆龍的伺服產品可以輕松實現包裝、精確的電子組裝、紡織、木材剖面加工、模具注塑等較高要求的行業應用。 　　 富士電機：1、單軸：富士電機伺服放大器內置定位控制功能，簡易機械中被廣泛使用。 2、雙軸：富士電機的PLC中，有SPH系列產品可以進行兩軸或多軸的插補控制。主要應用在雕刻機械、機床等需要兩軸插補或多軸插補的機械中。 3、多軸：在多軸的插補控制的機械中，富士電機的SPH系列PLC能夠勝任。主要應用行業有機械手、包裝機械、印刷機械等。 倫茨：Lenze的9300系列伺服控制器是伺服驅動器和單軸控制器的完美結合，能在不依賴上位命令的前提下，獨立完成驅動任務。　Lenze新推出的ECS伺服系統是高性能的多軸驅動系統，能在Lenze ETC多軸控制器的配合下，完成諸如機器人控制等高動態性能的控制。 丹納赫：單軸控制器如DHR Motion的SC系列，應用在有特定的固定循環運動控制場合。多軸控制器如DHR Motion使用SERCOS總線的MS系列、使用Synqnet總線的MEI控制器則適合應用于高速/高精度的多軸運動控制場合。 蘇州鈞信：對于驅動器來說，軸數的選擇主要取決于應用。絕大部分的應用主要為單軸驅動。多軸驅動對設計來說還是有一定的要求的，而且軸與軸之間存在相互干擾的情況。所以我們一般不推薦使用多軸驅動器。但對于一些特殊的應用，例如對結構尺寸要求嚴格，接線要求簡單的應用情況，多軸驅動器還是非常有市場的。 除了單、雙軸驅動器，蘇州鈞信在多軸驅動方面也有相關產品。例如Baldor，Copley，Elau等產品都有多軸驅動器。而且Copley還有一系列PCB接口的驅動器，用戶可按照自己的應用設計母板，將多軸驅動器安裝在同一個母板上，大大縮減了系統安裝尺寸，為客戶節省了空間。 廣州數控：單軸控制器，就是只能對單方向的運動進行控制，適用于各種定位控制場合，其具體適應面要看控制器所針對運用場合開發的特定功能而定。我公司在這一方面主要有991位置控制器，適用于距離定位控制場合，通過編程可完成一軸位置控制及多路開關量的輸入/輸出控制。雙軸控制器，可以實現平面內任意曲線的運動控制及定位，常見運用場合為車床，沖床平面加工控制等。這一方面，公司產品主要分為928系列，980系列車床控制系統，可實現X、Z二軸直線、圓弧、二次曲線插補，進行各種復雜表面加工，現已廣泛應用于國內眾多機床廠家，得到廣大客戶的一致好評。運動控制器有基于PC的運動控制卡，也有帶運動控制功能的PLC，還有專業的運動控制器，這類控制器主要作為各種運動控制場合（包括位移、速度、加速度等）的上位控制單元。它滿足新型數控系統的標準化、柔性、開放性等要求； 同時，由于PC機在各種工業現場的廣泛應用，也促使配備相應的控制卡的產生以充分發揮PC機的強大功能。我公司暫時在這一領域還未涉足，相信隨著工業需求的發展，也會開發相應產品已適應市場需求。多軸高性能運動控制器，主要用于高性能復雜加工運用場合，最常見的為銑床系統，加工中心，及多軸聯動控制系統。我公司現已開發出983系統及21M系統，并已投入試生產，隨著技術的不斷成熟與改進，國內的中檔多軸高性能運動控制系統也將慢慢打破進口系統長期的壟斷，并在市場份額上占有一席之地。 接口 最新的伺服系統都配置了標準的串行通信接口（如ＲＳ-232Ｃ或ＲＳ-422接口等）和專用的局域網接口。這些接口都有什么好處？每一個公司的產品在通訊能力方面各有什么特點？ 歐姆龍：由于伺服驅動器的通訊協議是公開的，所以提供了串行通信接口后客戶可以通訊的方式對伺服驅動器的內部參數進行讀寫，也可以通過簡易的命令控制電機的起停、轉速、轉向等，可以不通過專門的控制模塊就實現對伺服的簡易控制； 本公司的伺服系列產品中，Smartstep A 和W系列都提供了232/485的接口，另外W系列可以配置Devicenet和Profibus的適配卡，這樣，伺服就可以作為以上網絡中的一個節點，直接通過控制器往節點中寫命令和數據即可進行遠程控制，W系列還提供專門的運動控制卡R88A-MCW151-E，通過類似VB的高級語言進行編程即可滿足高性能的控制要求; 針對專門的控制器NCF和MCH的Mechatrolink網絡，W系列伺服可以配置FNY-NS115的適配器實現，當然我們最新推出了內置Mechatrolink接口的WN系列伺服，該系列無需配置適配器即可直接進行Mechatrolink通訊。 富士電機：1、RS-232C/RS-442通信特點：①與電腦可以通信。②速度較慢，雙方向通信無法實現。 應用：在伺服和電腦通信的時應用，讀寫伺服內部的參數。富士伺服電機調試的通信方式是RS-485轉RS-232通信。這種通信方式不能應用在控制伺服運行上。 2、現場總線控制：為雙向通信，響應速度比較快。能夠進行伺服的運動控制。 富士電機采用SX總線控制，性能特點為：①傳輸速度25Mbps；②通信距離25.6公里；③可直接控制伺服電機、變頻器、觸摸屏。 倫茨：Lenze的系統總線是CAN總線系統，能完成多達63臺設備之間的多主網絡通信，比RS232和RS422等總線系統有更高的通信速率，比專用的設備接口有更好的兼容性，而且隨著國內CAN設備的進一步普及，我們相信CAN網絡的優勢將進一步體現。Lenze非常重視現場總線技術，目前Lenze設備可以使用CAN, DeviceNet, Profibus, Interbus, RS232/485, ASI, Lonwork等多種現場總線。 丹納赫：有標準通訊口的伺服系統一般都有開放的，豐富的基本內部指令和功能，可方便可戶最大限度地發掘伺服放大器的特性，方便地通過普通PC進行調試和監控。DHR Motion的全部伺服產品都具有標準通訊接口。 蘇州鈞信：伺服系統主要配置串口通訊，串口主要用來調節驅動參數。由于驅動器功能日益強大，很多功能都需要利用計算機通過串口加以實現，而且還可以實現控制功能。除串口通訊外，現在還有CAN，Profibus，局域網、廣域網等通訊方式。串口通訊方式傳輸速率較慢，CAN，局域網是現在比較主流的總線控制方式。廣域網還可以實現遠端控制，例如在北京的客戶可以通過廣域網通訊功能對深圳的伺服系統實現遠端控制。 我司除所有伺服系統都具備串口通訊功能外，還擁有一些高端產品，例如：Copley，Baldor驅動器具備CAN功能；Elau具備局域網功能；Smartmotor具有廣域網功能。 廣州數控：這些接口的設置，顯著地增強了伺服單元與其它控制設備間的互聯能力，從而與ＣＮＣ系統間的連接也由此變得十分簡單，只需要一根電纜或光纜，就可以將數臺，甚至數十臺伺服單元與上位計算機連接成為整個數控系統。也可以通過串行接口，與可編程控制器（ＰＬＣ）的數控模塊相連，進行數據傳輸和信號控制。目前我公司主要針對CAN總線接口進行了研究設計，CAN總線協議是開放的，成本低，并且已經在很多領域得到了廣泛的應用，并且具有傳輸速率快，距離長的優點。基于CAN總線的伺服系統已經配套我公司數控系統進行了實驗應用。 伺服技術 伺服技術是數控系統的重要組成部分，在數控系統中都推出了各有特色的伺服系統。 歐姆龍：CNC系統一般提供的都是Total Solution，伺服系統只是其中的執行機構，本公司目前為止還沒有這方面的案例，但是我們的伺服產品作為執行機構是完全能夠提供良好的動態性能的，其緊湊的尺寸也具有相當的吸引力和競爭力。 富士電機：目前富士電機有三大系列伺服產品。包括FALDIC-α系列、FALDIC-β系列、FALDIC-W系列產品。 三大系列產品共同的特點： ①頻率響應６００Ｈｚ、標準配備高分辨率串行編碼器（16位 or 17位）； ②完全符合ＣＥ標志、ＵＬ/ｃＵＬ規格的全球性伺服電機 分別介紹三大系列產品各自的特點： 1、FALDIC-α：應用領域廣泛的高性能伺服電機。 ①內置定位功能（Ｌ型、Ｒ型）； ②對應ＳＸ總線； ③對應ABS編碼器； ④輸入脈沖序列「位置控制」、模擬量輸入「速度控制」「轉矩控制」。 2、FALDIC-β：最適合于高節拍運行的超小型、小容量、高性能伺服電機。 ① 輸入脈沖序列實現定位控制；②減振控制、陷波濾波器、命令跟蹤控制。 3、FALDIC-Ｗ：此款伺服在繼承FALDIC-α系列、FALDIC-β系列優點的同時，專門針對中國市場開發的新型產品。 ①輸入脈沖序列「定位控制」、模擬量輸入「速度控制」「轉矩控制」； ②標準配備簡易調試、試運行功能（新開發）； ③ 伺服電機的保護等級為IP67。 倫茨：Lenze的ETC多軸控制系統和ECS伺服驅動系統配合，能完成非常豐富的多軸數控功能。 蘇州鈞信：我司產品系列比較齊全，說到特色，其實每個產品都有特色。下面我介紹幾個伺服產品給大家。 美國的Copley驅動器功能齊全，使用非常簡單，其主流的數字驅動器采用DSP技術，能驅動所有的直流電機，用戶只需要在軟件中進行簡單的設置。而且驅動器還具有Index功能，能進行編程并脫機使用，也可以利用CANopen對多軸驅動實現分布式控制。Copley的直線電機采用最新的設計理念，為用戶提供一種最佳的直線傳動解決方案。 美國Baldor公司生產的驅動器型號齊全，性能卓越。Baldor生產自己的多軸控制卡，有自己的編程語言，編程非常簡單。Baldor將控制卡和伺服驅動整合在一起，為用戶提供了一種簡潔的、經濟的系統控制方案。Baldor編程語言支持嵌入式編程，用戶可通過VC，VB等高級編程語言開發用戶界面。 德國Elau采用最新SERCOS光纖通訊方式，可實現最多高達200根軸的多軸系統控制。其電機通過了歐洲食品行業應用標準。電機具備SERCOS絕對編碼反饋。 美國Smartmotor是一款特殊的伺服控制系統。他將控制卡、驅動器和直流電機整合在一起，而體積與標準直流電機相差無幾。用戶只需要通過串口進行編程、并下載到電機中，便可實現脫機運行。而且系統供電24或48V直流，可用電池進行供電。 廣州數控：現有產品伺服系統包括通用型伺服系統和增強型伺服系統，我公司已生產的A系列通用伺服具備標準位置控制方式，采用了先進數字信號處理器,使用智能化功率模塊（IPM），集成度高、體積小、保護完善、可靠性好。采用最優PID算法完成PWM控制，性能已達到國外同類產品的水平。增強型B，C系列，具備三種控制接入模式，具備模擬控制功能，可與系統構成全閉環控制系統，自帶PLC功能，實現上位控制與伺服一體設計，為客戶節約控制成本。調速比達到1：5000，從低速到高速都具有穩定的轉矩特性，高速度、高精度，回轉定位精度為1/10000r。全數字式控制，用戶可對多組控制參數進行設置，增加多種現場實用功能，進一步加強驅動器自身功能完整性，減弱對控制器的依賴，以適用不同的應用需求。