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比较几款集成驱动伺服电机

时间:2020-04-22    作者:星辰智能


据 Interact Analysis 的测算,集成驱动电机在目前全球伺服运动控制市场中的份额大概仅占 3% 左右,不过其规模却会在未来几年以年均约 12% 的增幅快速成长,远高于市场的平均水平。


DataSource:Interact Analysis


那么,目前市面上都有哪些集成驱动伺服电机产品?它们各自有着怎样的特点?相互之间又有哪些差别呢?本期,我们就以几款有代表性的产品为例,和大伙浅浅的解读下。


PicSource:Schneider Electric


要说现在市场上的集成驱动伺服电机产品其实还是不少的。不过不知大家有没有注意到,经常呈现在我们视野中的主要还是一些欧系(特别是德语区)的品牌,包括:


  • 博世力士乐 Bosch Rexroth 的 KSM02

  • 施耐德电气 Schneider Electric 的 Lexium 62 ILM

  • 贝加莱自动化 B&R Automation 的 ACOPOSmotor

  • 倍福自动化 Beckhoff Automation 的新款 AMP8000

  • 丹佛斯 Danfoss 的 ISD 510

  • 西门子 Siemens 的 SINAMICS S120M



粗看产品样本,我们很容易对它们产生这样的印象 - 都是自动化厂商基于本品牌多轴驱动系统扩展出来的现场分布式伺服方案的一部分,能够提供 IP65 或以上的环境防护等级,同时在与多轴系统适配时,都需要使用相应的扩展连接模块作为直流电源和通讯接口与之兼容。比如:


PicSource:Bosch Rexroth


博世力士乐 Bosch Rexroth 的 KSM02 就是 IndraDrive 系统中无电柜技术 IndraDrive MI 系列的一款产品,需使用 KCU 驱动连接模块 Drive Connection Box 与柜内驱动系统兼容。


PicSource:Schneider Electric


施耐德电气 Schneider Electric 的 Lexium 62 ILM 则是 PacDrive 3 系统中 Lexium 62 系列的一款分布式驱动产品,需要使用 Lexium 62 ILM Connection Module(简称 ILM62CM)连接 Lexium 62 系统。


PicSource:B&R Automation


贝加莱自动化 B&R Automation 的 ACOPOSmotor 是基于其 ACOPOSmulti 驱动系统的现场分布式产品,需通过 8BVE ExpansionModule 扩展模块接入 ACOPOSmulti 系统。


PicSource:Beckhoff Automation


倍福自动化 Beckhoff Automation 的 AMP8000,可使用 AX8831/AX8832 模块与 AX8000 多轴伺服系统对接。


PicSource:Danfoss


丹佛斯 Danfoss 的 ISD 510 是其 FlexMotion 伺服系统中的一款分布式驱动产品,需使用 DAM 510(Decentral Access Module 分布式接口模块)接入 FlexMotion 的 MSD 510 系统。


PicSource:Siemens


而西门子 Siemens 的 SINAMICS S120M 其实是需要基于 SINAMICS S120 系统通过 AM600 (Adaptor Module 适配模块)扩展出来的。


不过,稍加分析我们就会发现,这些产品在很多方面还是存在不同程度的差异,且各自有着一定特点的。


先来看用户比较关心的电机输出特性。



几款产品中,貌似 ISD 510 能够提供的功率是最高的;



但在关键的连续堵转扭矩上,各家的表现就比较接近了,除了SINAMICS S120M,大部分都具备 2 ~ 10 Nm 以上的输出能力。



而 Lexium 62 ILM、ISD 510 和 ACOPOSmotor 则有着更高的峰值扭矩。


接着说说产品的结构样式。

PicSource:Danfoss


几款产品的驱动器大都是置于电机侧面的。


PicSource:Beckhoff Automation


而 AMP8000 则采用了尾部安装的集成方式。按照倍福官宣的说法,这种集成方式将有助于改善电机的散热,减少或避免降容使用的情况,并且还能够帮助优化安装尺寸,保持其与普通伺服电机的一致性。



结合上面的功率和扭矩输出特性,比较下各款产品的法兰直径。不难看出,AMP8000 以更为紧凑的产品尺寸提供了相对较高的连续输出功率和堵转扭矩。这其实与上述这种驱动器尾部安装的集成方式有很大关系。



再看下动力输入。目测是由于欧系品牌的原因,几款产品的电源基本都采用了 600 V DC 左右的额定电压等级,电压范围则基本都在 560 ~ 700 V DC 左右,Lexium 62 ILM 则可宽至 250 ~ 750 V DC。



而在直流电源的选择上,除了通过扩展模块接入本品牌的多轴驱动系统,KSM02、AMP8000 和 ISD510 还可以自行搭载动力电源模块,组成独立的分布式伺服系统。例如:


PicSource:Beckhoff Automation


与 AMP8000 配套的 AMP8620 电源模块;


PicSource:Danfoss


为 ISD 510 提供动力和通讯转换接口的 SAB (Servo Access Box)伺服接口模块;


PicSource:Bosch Rexroth


KSM02 则可以选择现场型 KMV 电源模块,构成完整的分布式系统,彻底省去电气驱动柜。


 

通讯连接方面,几款产品都使用了工业实时以太网技术,但在具体协议的选择上,还是有着不同策略的。其中,KSM02 和 ISD 510 为用户提供了多种总线协议选项,而 AMP8000 则使用了目前业内比较流行 EtherCAT 技术,这些都在一定程度上提升了分布式伺服适配第三方控制系统的兼容性。


PicSource:Siemens


有关系统的拓扑架构,KSM02、ISD 510 和 SINAMICSS120M 都只支持从电源模块开始以串联菊花链的连接方式进行扩展;


PicSource:B&R Automation


而 Lexium 62 ILM 与 ACOPOSmotor 则不仅能直接组成串联菊花链拓扑,还分别可以通过系统中配套可选的 ILM62DB(Distribution Box) 和 8CVE(Remote Connection Box)分布式扩展模块,实现星型甚至灵活的混合型拓扑架构。


PicSource:Beckhoff Automation 


AMP8000 也为用户提供了名为 AMP8805 的分布式扩展模块(Distribution Module),只不过它在系统中需以串联菊花链串联的方式与 AX8000 驱动系统或 AMP8620 电源模块进行连接,而与 AMP8000 之间的连接则只能是星型拓扑。


PicSource:Siemens


不过,尽管在动力电源、总线通讯和网络拓扑…等方面的选择有所差异,但这几款产品的电气连接却都普遍采用了集成动力直流电源与以太网通讯信号的混合型线缆和接插件,以减少设备系统中线缆敷设量和线路连接节点数。



由于驱动器和电机已经集成为一体,因此用户在使用时是不需要考虑反馈编码器的适配与连接的。估计也就是这个原因,某些厂家并未在产品资料中特别显著的位置标注出伺服反馈的协议类型等参数。上面这张表列出了目前查到的几款集成驱动伺服电机的编码器参数。


还有就是机器安全。


PicSource:Bosch Rexroth


几款产品都集成了 STO (安全扭矩关断)...等运动安全功能。


PicSource:Bosch Rexroth


而借助安全控制器和 CIP Safety、Open Safety、FSoE 和 PROFIsafe 等基于以太网的集成安全技术,几款产品都能够实现很多灵活的运动安全控制功能。


值得一提的是,为了弥补集成驱动电机在功率范围上的不足,部分品牌还为用户提供了可现场安装的独立型分布式驱动器产品选项,如:


PicSource:Bosch Rexroth


IndraDrive MI 的 KMS02,输出功率范围可达 2.2 ~ 11 kW;


PicSource:Schneider Electric


Lexium62 ILD,可提供 2.7 ~ 6 A 的电流输出;


PicSource:B&R Automation


ACOPOSremote:可提供 1.5 ~ 4 kW / 4.5 ~ 8.8A 的输出;


PicSource:Danfoss


FlexMotion 的 DSD 510,具备 4.4 kW 的功率输出能力;

 

 

重新对各品牌分布式伺服驱动方案的功率输出范围进行比较(如上图),可以看到,ACOPOS 和 FlexMotion 都有着 4kW 以上的输出能力,而博世力士乐 Bosch Rexroth 的分布式伺服驱动方案 IndraDrive MI 的输出功率则最高可达 11 kW,这其实已经能够满足大部分通用运动控制的需求了。


PicSource:Bosch Rexroth


以上我们对市面上几款有代表性的集成驱动伺服电机产品做了些简单的比较。总的来说还是相当粗糙的。日常对伺服系统进行规划时,自然是不能仅凭这点内容就一刀切的评价这些产品孰优孰劣的。若要研判在实际设备中选用哪一款产品更合适,还是得把它们放到具体的应用场景中去做评估的。


PicSource:WITTENSTEIN | cyber simco drive2


此外,目前市场上可供选择的这类产品其实还有很多,相关技术的迭代速度也非常快,不少品牌都在推出新的集成驱动电机产品。比如:本文中的 AMP8000 就是倍福 Beckhoff 近期的新款,贝加莱 B&R 今年也推出了新款紧凑型集成驱动电机 Compact ACOPOSmotor,以及威腾斯坦 WITTENSTEIN 最近也推出了新款 cyber simco drive 2 … 等等。这些也都是值得我们留意的。

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