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精簡人力增加效率 香港全自動化餐廳

  • Ralfliu
  • 2020年 06月27日 12:50
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疫情的升溫不斷迫使各行各業進行轉型思考。自動化餐廳先前大家都認為是一種未來概念,噱頭大於實際效益。在各種機器人以及自動化技術都逐漸成熟的現在,疫情的驅動下,越來越多業者願意進行嘗試。下面影片中介紹一家香港香港全自動化餐廳,從料理到送餐、外送全都由機器人進行。自動化可以實現上菜快速、味道標準化的優點,假以時日可以做到讓人從味道上分不出是機器人或是真人製做的料理。整間店只需要四名員工分別負責食材準備和餐具清潔就可以運作,成功精簡了人力並且降低運營成本。期待未來這樣的餐廳能越來越普及。

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探討馬達特性曲線

  • Liuct2
  • 2020年 06月23日 15:23
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大大小小的馬達都會有選用上的基本資料, 在此探討同步伺服馬達應用上的幾個最基本必須考慮的限制條件。圖上可以看到一些虛線與實線,這張圖縱軸為馬達可以輸出的扭力,橫軸為轉速,以旋轉的馬達常稱為T-n曲線(T = torque; n = 轉速); 而對於線性馬達則類似地稱F-v曲線(F = force; v = velocity)。圖形上基本上顯示的有三個限制條件: 電流限制,電壓限制,散熱限制。(1)電流限制藍色水平虛線為電流限制,具體來講乃是來自於驅動器輸出的最高電流,因為馬達輸出扭力正比於吃的電流所以縱軸為扭力,而受限於驅動器的電流能力。特別一提的是,這一條水平限制的虛線通常涵蓋轉速較低的領域,以範例圖而言為1500或1800 rpm以下的範圍。(2)電壓限制藍色的斜虛線(圖中有2條),為電壓限制,受限於驅動器的電源模組所準備的直流電壓。通常驅動器從工廠接入三相的交流電,內部的電源模組轉換成直流的電壓供應給驅動電路進行轉換為精密控制大小的電流。圖中畫了2條斜虛線顯示的是不同的電源模組準備的電壓不同,虛線(2)比虛線(1)的電壓高了數十到近百伏特所以範圍往外擴大一些,對應的操作範圍大一點。通常電壓限制條件涵蓋轉速較高的領域,如圖中1800 rpm以上的速度。通常由(1)電流限制與(2)電壓限制這兩個圍起來的類似梯形的範圍就是某馬達型號搭配某驅動器的操作範圍。選用時就一定要確認操作點在範圍內。(3)散熱限制最後一個限制條件乃是馬達持續吃電流發熱的限制,基本上馬達流過越多電流發熱就越大,圖中有顯示5條藍色的實線就是不同的占空比(duty cycle)操作時的限制。最下面一條標示S1-60K代表的是連續吃電發燒但溫升約60度C的限制線,100K那條則代表連續操作溫升100度C的限制線。按照IEC 34 (EN 60034)規範有分數種操作方式: S1為連續操作, S3為間歇操作。S3-60%代表占空比60%的間歇操作,其他有40%與25%。由圖中看到占空比越小因為休息時間較長所以限制線就往上方擴。

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STO(Safe Torque Off)的應用簡介

  • Liuct2
  • 2020年 06月12日 17:17
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在歐規工業標準中的Function Safety工業安全中, 對於驅動器有一個最基本的安全功能要求為STO, 英文意思是安全地切斷動力(扭力)。以下以具體驅動器的功能說明,來簡介此功能的使用知識。在安全設計上歐洲規範上有非常仔細而明確的計算設計方法,而且有分等級。馬達於緊急情形時最直覺的就是切斷源源不絕的動力來源,讓機器無法出力,這就是STO的基本概念。例如當有人按下緊急停止按鈕時,迴路設計就應該立刻切斷馬達的動力。在符合安規的驅動器上面就會配備這樣的輸入接頭,讓驅動器切斷動力源頭。從第一張圖可以看到安全接頭CN4裡面有六條信號,基本上與切斷動力有關的有4條為圖上的3, 4一組(SF1)與5, 6一組(SF2)共四個腳。圖5.6.2.1可以看出外部接2個開關,這兩個開關就是緊急的時候用來按下以切斷24V電源的訊號來源。而7, 8兩個乃是從驅動器輸出的監督訊號用來確認STO安全回路是否正常運作中。第二張圖(5.6.2.2)顯示整體原理,而依據安全規範輸入設有兩個獨立的埠(SF1與SF2共兩個頻道)降低安全失效的風險。這兩個輸入獨立控制切斷驅動器內部動力電源的任務。接線上採用0V共接的方式,屬於source方式的接法,24V電源從腳位4與6分別接入。通常機器設備正常運作時兩個輸入都為閉(導通)讓24V進入腳位4與6,而機器緊急停止時兩個輸入都為開(不導通)。以前沒有這樣子STO的安全機制的時代,直接對機器下達Servo On與Off就可以讓馬達激磁與解激磁,但是導入了STO以後就必須要先釐清安全開關的輸入訊號以後,激磁才能使用。圖5.6.2.2的右邊為日本的某大廠牌的相對應的電路圖但是奇怪的是他們不採用STO這個名詞而是以Hard Wire Base Block (HWBB)稱呼之,不知道理由是什麼,不過原理都類似。最後來講接頭上6個腳的最後兩個腳(7, 8)或稱為EDM信號,前面有說,這個不是輸入進去驅動器的而是輸出,主要功用在當SF1與SF2兩者皆開(表示緊急停止要求)的時候EDM信號就會ON(8與7導通),藉以通知上位安全模組: 驅動器的STO迴路是否正常。如果懶惰不接EDM那麼安全功能可以說只做半套, 規範只能達到EN ISO 13849-1的PL c與IEC 61508的SIL 1。而如果想達到更高安全等級的PL e 與SIL 3則一定要接EDM這個回授訊號。(有關PL與SIL可以參考文末提示的本論壇的文章)最後兩張照片可以讓各位看到實體的STO插座長的樣子, 請找尋CN4即可看到。與本主題相關, 在本論壇中還有:STO的圖可以參考這一篇:http://www.imtf4.tw/topicdetail.php?t=294簡單聊聊歐規的功能安全(Functional Safety)的SIL與PLhttp://www.imtf4.tw/topicdetail.php?t=1056

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什麼是伺服馬達應用中的全閉環應用方式(FULL CLOSED LOOP)

  • Liuct2
  • 2020年 06月11日 13:34
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今日使用滾珠螺桿搭配伺服馬達是一種蠻普遍取得具有精度的線性運動的手段,如附圖所示後半段為伺服馬達,前面比較長的為一體化的線性模組裡面含有螺桿以及導引滑塊,常見的型號有KK模組。但,有些應用單獨以如此旋轉運動轉換直線運動所達到的精度還無法滿足,此時有一個簡便的方法,就是在旁邊直接加上直線位置回授器,通常為光學尺,打算藉由光學尺的精度來提升原來達不到的定位精度。機構方面只是追加一個零件,但是電控的部份呢?如圖所示,在驅動器上面也要有相對應的功能,功能包括硬體接入的接口以及軟體控制是否支持。圖中所示的產品例就具有如此的附加功能,可以說低精高精兩相宜。而且這樣的架構也在許多日本的精密電子設備的案例中活用了好幾年了。通常此架構下,伺服馬達本身內附的編碼器就不負責位置迴路控制,只負責速度迴路或者電流迴路控制。控制方塊圖如第二張圖示請參照。主要的一些參數包含:光學尺解析度的設定,計數方向的一致化設定等等。其他則有輸出的模擬編碼器的解析度設定,還有發生錯誤時兩個編碼器不一致的差量門檻值的設定。通常這樣子的機構在使用的時候盡量要做到減少背隙的存在,例如如果有減速齒輪的話,也不希望減速齒輪的背隙影響控制,因為背隙過大,對於位置迴路會有導致不穩定的影響。最後一張圖則列出了同級的日本製品牌的類似功能,該案例中為了要支援上述的線性編碼器,多加了好幾個物料,其實看起來就貴森森的感覺,具體可以從圖上看到驅動器本體附掛了一個類似尿袋的追加物用來讀取光學尺,然後線性編碼器讀頭出來的地方又加了一個信號轉接頭把光學尺訊號轉換成驅動器本身的串列格式。由此可見,第一個圖中所示的架構,零件數比較少,因此可靠度比較高,而且成本也絕對比較低。本論壇中其他有關雙迴路或全閉環的話題也可以參考下列連結:伺服馬達在折床上的應用http://www.imtf4.tw/topicdetail.php?t=511位置回授系統的精度基本要素http://www.imtf4.tw/topicdetail.php?t=249

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PROFIdrive是什麼意思

  • Liuct2
  • 2020年 06月05日 18:35
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前幾篇有提到PROFIBUS還有PROFINET,這一篇來討論一下什麼是PROFIdrive?先前的文章有提到PROFIBUS是歷史比較早的總線,趨勢是具有融合Ethernet特性的PROFINET,這些都是使用在工業通訊上,具有及時性通訊特性。相較於PROFIBUS與PROFINET為總線技術,PROFIdrive其實不是總線通訊技術,而是一種驅動器的控制規範,定義了上位與下位驅動器之間的約定俗成。如果熟悉EtherCAT的各位,應該有聽過CoE (CANopen over EtherCAT),其中有個DS402 profile,乃是規定驅動器的控制方式,而本篇所探討的PROFIdrive之於PROFINET就等同於DS402 profile之於EtherCAT。角色非常接近。通常這樣子的應用,驅動器本身其實都具有蠻高階的運算能力,能處理位置控制的功能。而PROFIdrive中依照了應用的不同予以分級稱為Application Class:AC 3: 有點類似CoE中的PP(Profile Position mode),在驅動器中已經有定位功能,上位控制器只要告知座標,速度等然後啟動運動命令。AC 4: 類似CSV不過在西門子技術中有區分為with DSC與without DSC。這個模式上位會以IRT方式嚴格控制控制器與驅動器同步通訊,上位主要會隨著時間綿密地送一大堆速度指令下來給驅動器。AC 5: 類似CSP模式,也是以IRT嚴格具有同步通訊,上位綿密地送許多位置指令下來給驅動器。而驅動器忠實地追隨指令位置。如果有使用過脈波指令控制伺服馬達的人應該不陌生。此應用模式就是數位網路時代的脈波模式,但是已經不使用落後的脈波當介質了。以上用了EtherCAT中的幾個名詞CSV, CSP來說明PROFIdrive,補充一下:CSV: Cyclic Synchronous Velocity modeCSP:  Cyclic Synchronous Position mode最後上文有提到西門子的用語DSC (Dynamic Servo Control)其實是在早期通訊速度不太快的前提下衍生的一個改善通信延遲(4ms~10ms)所造成的定位性能不良。

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