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单电缆伺服反馈协议的开放意味着什么?

来源:智造商2018.05.05阅读 4527

  去年夏天,SICK 方面宣布将向所有用户开放其 HIPERFACE DSL 数字式电机反馈技术。这样一来,目前市面上就同时存在有三种开放的单电缆伺服解决方案了,HIPERFACE DSL,BiSS LINE,和 SCS open link。 但是,与双电缆系统相比,这些单电缆协议分别有哪些优势?它们到底有多开放呢?
  本期我们就和大伙一道扒一扒。


  PicSource:BECKHOFF


  单电缆伺服系统最显而易见的特点是省线:只需一根电缆。 传统的伺服电机需要一根动力电缆和一根编码器电缆。 现在,两根电缆合二为一www.cechina.cn,更少的电缆和插头意味着可以节省一半的成本,并减少故障来源和资源的消耗。由于只需一个连接器,电机的体积可以做到更小,对于中小功率的多轴伺服系统来说,这种优势尤为明显。


  PicSource:HIPERFACE DSL


  不过CONTROL ENGINEERING China版权所有,单电缆伺服技术的核心价值在于为编码器和电机反馈提供了一种数字化的通讯接口,方便用户以更少的元件和线缆承载更多数据信息,从而实现更多现场级的信息化应用场景,例如:电机故障诊断、状态监测、设备预防性维护...等等。因此,基于数字化通讯协议的单电缆伺服反馈技术,其实是工业企业实现智能制造在设备数字化层面的一个重要元素。


  PicSource:BECKHOFF


  单电缆技术的起源可以追溯到七年前,当时随着 HIPERFACE DSL 数字式反馈协议的推出,采用单电缆技术的伺服驱动系统逐渐进入人们的视野。最早一代的单电缆伺服电机,例如:罗家的 VPL 系列和 BECKHOFF 的 AM8000 系列,经过多年的发展和市场考验,已经得到了广泛的用户认可。


  PicSource:Kollmorgen


  从外观上看,带有单电缆接口的电机和驱动器辨识度非常高;使用合并了动力与编码器线路的复合电缆也已经越来越流行。迄今为止,全球范围内多家知名的伺服电机和驱动器的供应商都相继推出了采用单电缆技术的伺服产品,这说明该项技术正在逐渐走向成熟。
  近年来,随着单电缆技术的普及,市面上的单电缆伺服系统也愈来愈多,不过究其核心技术,无外乎以下几种:
  ■HIPERFACE DSL
  ■BiSS LINE
  ■SCS open link
  ■DRIVE-CLiQ

  
  HIPERFACE DSL 是 SICK 于 2011 年推出的数字式伺服反馈协议,可以说是单电缆技术当之无愧的鼻祖。


  PicSource:HIPERFACE DSL


  目前市售的单电缆伺服方案,大多数都采用了这种技术。它符合 RS485 标准,在伺服驱动系统中通过两芯导线(电源和数据通过脉冲变压器耦合)实现驱动器与电机之间可靠的数据传输。


  PicSource:Kinetix


  这两根导线可直接整合到长达 100 米的电机电缆内,具备较高的抗干扰性能CONTROL ENGINEERING China版权所有,除了可以反馈电机和负载的运动数据,还可传输集成在数字电机反馈协议中其他传感器的信号(如:温控、振动...等),并具备高达 SIL3 等级的功能安全认证。


  PicSource:HIPERFACE DSL


  2017 年 6 月,SICK 宣布向市场开放 HIPERFACE DSL 技术, 所有人、包括编码器厂商都将可以在其伺服反馈产品中使用这种协议。这意味着 HIPERFACE DSL 将从此成为一项开放的编码器反馈协议标准,而不再是 SICK 专属的产品接口协议。换言之,未来用户使用的具备 HIPERFACE DSL 接口的单电缆电机,其内部的反馈编码器将很可能不是来自 SICK 的。

  
  面市于 2016 年的 BiSS LINE 同样采用 RS485 的异步半双工基带传输作为物理层,传输速率高达 12.5 MBaud。


  PicSource:Kubler


  不过CONTROL ENGINEERING China版权所有,与 HIPERFACE DSL 不同,据其开发者 iC-Haus 宣称,BiSS LINE 是一种真正开源的接口。开源的好处在于用户使用这项技术时几乎不需要支付任何的授权费。然而事情总是会有两面,开源可能带来的问题则是标准不统一产生的兼容性障碍。例如:A 厂商和 B 厂商相同接口的产品,可能会因各自“方言”的不同而无法兼容。而有关这一点,早些年不少自动化厂商在 SSI 接口时代就曾经有过类似的遭遇。


  PicSource:BiSS LINE


  BiSS LINE 有 4 芯(电源和数据相互独立)和 2 芯两种版本,其中 2 芯版本目前还未看到已上市的商用产品应用。同时,作为一款开放接口,BiSS LINE 还支持多从站的总线式结构。
  BiSS LINE 的首批合作伙伴包括:

  

  
  SCS open link 直接将“开放”的字眼写入了协议名称中,可见其开放的态度和决心。它的前身是 HENGSTLER 开发的 ACURO link 专有接口协议,最早的单电缆应用可以追溯到 HENGSTLER 的四线制编码器 AD37。


  PicSource:SCS Open Link


  2017 年 10 月 10 日,HENGSTLER 联合 Baumer 和 Kubler 一起推出了 SCS open link 协议,旨在建立新的联盟以抗衡开放接口 HIPERFACE DSL 和开源接口 BiSS LINE。SCS open link 同样也是基于 RS485 硬件结构,支持最长 100m 的传输距离和最高 10 MBaud 的传输速率,并支持信息化状态监测、远程服务,预测性维护...等功能。


  PicSource:SCS Open Link


  作为市场的跟随者,SCS open link 组织甚至在其参数描述中列明了可与 HIPERFACE DSL (HDSL)硬件结构兼容的特点。
  SCS open link的创始成员包括:


  值得注意的是,Baumer 似乎是唯一家宣称支持全部三种开放协议的编码器厂商。然而其具体产品www.cechina.cn,最新一代单电缆伺服编码器 EFL360 似乎还在研发当中,Baumer 方面仍未就此透露任何相关细节。我们有理由相信控制工程网版权所有,用户市场对于协议的选择会在很大程度上影响其实际进程。

  
  SIEMENS 最新发布的 SINAMICS S210 驱动器和 SIMOTICS-1FK2 电机也采用了单电缆技术。但与前述三种开放(开源)单电缆方案不同的是,SIEMENS 采用的是其独有的传动系统接口:DRIVE-CLiQ 。


  PicSource:SINAMICS


  另一点不同则是 DRIVE-CLiQ 是基于以太网的架构,最初设计时采用六芯电缆,现在应用于单电缆技术的则是四线解决方案。目测 SIEMENS 这样做的目的在于打造基于其自身技术平台的数字化生态系统。
  正如前文所说,单电缆伺服反馈协议的开放,基本上意味着市场上所有自动化和编码器厂商都可以从市场上购买到这种协议的接口芯片,并将其集成到自家的伺服产品中去,包括:伺服编码器反馈、伺服驱动器...。例如:目前包括 TI 和 Renesas 等在内的芯片厂商都已经发布了 HIPERFACE DSL 的协议芯片。


  PicSource:Rexroth MS2N


  这样一来,除了协议创始厂商以外的更多企业和用户,都将因此而有机会从这些开放的技术中收益,尤其是对于那些出色的编码器、电机...等设备层运控元件厂商来说,其产品数字化的进程将因此而大大缩短;同时,单电缆伺服产品在用户端装机数量的增加,还将有助于促进这项技术的快速迭代升级,以及相关元器件(如:芯片、接插件、线缆...)乃至整个系统成本的优化。


  PicSource:HENGSTLER


  更重要的是,当现场的电机和编码器都采用同样的技术进行数字化通讯时,设备系统中产品数据交互因接口协议而造成的技术壁垒将有机会因此而被消除。从这个意义上说,单电缆数字式伺服反馈协议的开放,将很可能彻底打通设备层动力元件的数据链路,真正帮助工业企业实现生产制造的信息化。


  PicSource:LTI MOTION / Weidmuller


  当然,我们或许可以说这些开放协议的始作俑者,从产品的市场份额上看貌似并不怎么强势,但却并不能就此否定这些品牌在行业技术的开拓和创新过程中所起到的重要作用。话说,当今世界很多技术的发展其实都不是由巨无霸似的头部品牌主导和推动的。

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