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智能工廠、工業(yè)4.0和自控生產(chǎn)——當(dāng)前機(jī)械工程部門正在憧憬種種美好的未來。創(chuàng)新步伐和不斷縮短的研發(fā)時(shí)間正在全球競(jìng)爭(zhēng)中發(fā)揮越來越重要的作用。為了簡(jiǎn)化工程流程并增加單個(gè)組件的可重用性，設(shè)計(jì)工程師們正在關(guān)注機(jī)械的模塊化設(shè)計(jì)，即機(jī)電一體化方法。 

企業(yè)在研發(fā)新的設(shè)備和機(jī)械時(shí)，機(jī)電一體化方法是一個(gè)成功因素。機(jī)電一體化這一術(shù)語正體現(xiàn)了機(jī)械和電子領(lǐng)域的相互作用。根據(jù)機(jī)電一體化方法構(gòu)建的系統(tǒng)本質(zhì)上是由模塊組成的。每個(gè)模塊都包括傳感器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、信息處理和一個(gè)機(jī)械基礎(chǔ)系統(tǒng)（液壓和/或氣動(dòng)）。  

中、長(zhǎng)期來看，在面對(duì)挑戰(zhàn)時(shí)，只有嚴(yán)格、跨學(xué)科的“模塊化思維”才能帶來成功。控制系統(tǒng)在此發(fā)揮關(guān)鍵作用，一定會(huì)為機(jī)電一體化方法提供支持。這就是目前的系統(tǒng)已經(jīng)達(dá)到極限的地方。一方面，雖然可以創(chuàng)建軟件模塊，但如果采用強(qiáng)力的、集中式控制系統(tǒng)執(zhí)行這些模塊，單個(gè)模塊的調(diào)試將變得非常復(fù)雜。另一方面，可以采用本地控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)模塊自動(dòng)化，但這需要付出額外投入來建立通信機(jī)制。所以控制單元的數(shù)量和布局最好以機(jī)器的整體機(jī)電一體化設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)。通常在設(shè)計(jì)之前必須解決這些問題，以避免因?yàn)楹罄m(xù)更改而需要付出的巨大代價(jià)。

皮爾磁公司提供的PSS 4000自動(dòng)化系統(tǒng)為這一領(lǐng)域開拓了新的可能性。因?yàn)樵撓到y(tǒng)具有分散式結(jié)構(gòu)，所以在設(shè)計(jì)階段，可以延遲做出選擇適合設(shè)計(jì)和控制結(jié)構(gòu)的可編程邏輯控制器等決定。 因此設(shè)計(jì)工程師可以專注于設(shè)計(jì)過程所需組件，而性能和結(jié)構(gòu)等問題可以稍后考慮。在傳統(tǒng)的自動(dòng)化技術(shù)中，獨(dú)立的、集中式控制系統(tǒng)監(jiān)控設(shè)備或機(jī)械并處理所有信號(hào)，而PSS 4000在使得控制功能持續(xù)被分配。 

具體來說，PSS 4000自動(dòng)化系統(tǒng)包括硬件組件和軟件組件，例如實(shí)時(shí)的以太網(wǎng)SafetyNET p和各種用于不同領(lǐng)域的程序編輯器，還帶有應(yīng)用型功能塊。硬件包括各種性能等級(jí)的控制系統(tǒng)。通過以太網(wǎng)，可以交換并同步過程或控制數(shù)據(jù)、故障保護(hù)數(shù)據(jù)和診斷信息。通過始終合并安全和自動(dòng)化功能，可以降低通信領(lǐng)域的復(fù)雜性，且可以同時(shí)優(yōu)化成本。 

除此之外，在處理各個(gè)程序段的位置，控制功能不受其影響。操作員不需要操作集中式控制系統(tǒng)，而是操作集中式項(xiàng)目中的分散于運(yùn)行時(shí)間內(nèi)的用戶程序。 

模塊化是機(jī)電一體化操作的基礎(chǔ) 

皮爾磁自動(dòng)化套件PAS4000適用于PSS 4000自動(dòng)化系統(tǒng)中的軟件編輯器。這一工具的一個(gè)關(guān)鍵方面是模塊化：從基本功能中創(chuàng)建元件，元件繼而用于創(chuàng)建模塊，而模塊被用來創(chuàng)建設(shè)備和機(jī)械，所有這些僅通過分層塊嵌套就可以實(shí)現(xiàn)。基本功能、元件和模塊構(gòu)成了軟件開發(fā)的基礎(chǔ)，憑借其密封和面向?qū)ο蟮奶攸c(diǎn)，它們適合作為軟件組件重復(fù)使用。 

皮爾磁公司也可以提供包含最常見的基本功能、元件和模塊的軟件庫，從而為該程序提供支持。從軟件庫中選擇現(xiàn)成的組件本身并不新鮮。PAS4000的一個(gè)特別之處在于這些組件已被賦予了“屬性”。這使得輕松設(shè)置所需功能的參數(shù)成為可能。就功能標(biāo)準(zhǔn)化而言，這是一個(gè)特別的優(yōu)勢(shì)：以前用戶必須考慮一個(gè)功能塊中可以放入多少功能，同時(shí)卻不會(huì)對(duì)清晰度造成不良影響。 事實(shí)上，結(jié)果要么是大量的功能塊，要么是帶有大量參數(shù)的數(shù)量過少的功能塊。采用PAS4000后，結(jié)果就不同了。在這里用戶可以創(chuàng)建其首選組件，建立適應(yīng)其應(yīng)用的用戶級(jí)；隨后可以用此選擇各種功能。結(jié)果，功能唯有以參數(shù)的方式才可見；組件本身不再復(fù)雜，用戶也易于管理。

并行工程

使用組件還有一個(gè)優(yōu)勢(shì)：編程和硬件設(shè)計(jì)可以分開而且二者可以并行進(jìn)行，而不是像以前那樣依次進(jìn)行。而常見的做法是，只有確定機(jī)械規(guī)范且初始電路圖可用時(shí)，才進(jìn)行軟件開發(fā)。如果您按照機(jī)電一體化進(jìn)行思考和設(shè)計(jì)，這些過程可以分開且并行進(jìn)行。只要通過在軟件庫中創(chuàng)建組件對(duì)機(jī)器功能進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，僅用一些初始信息就可以最終設(shè)計(jì)您想建立的機(jī)器總體結(jié)構(gòu)。之后可通過單個(gè)屬性設(shè)置組件的詳細(xì)功能。可從所有機(jī)能的初始項(xiàng)目許可中大體推斷出機(jī)器所需的組件。可通過屬性回顧性地定義詳細(xì)功能。 

模塊通信 

在現(xiàn)代的機(jī)器網(wǎng)絡(luò)中，用戶之間建立并保持通信需要進(jìn)行相當(dāng)多的工作。如果您考慮到機(jī)電一體化模塊也是硬件模塊，并且因此每個(gè)模塊中都包括控制智能化，那么模塊之間或者更準(zhǔn)確地說模塊控制系統(tǒng)之間的通信，將是一個(gè)主要問題。 

使用PSS 4000后，通信設(shè)置將不再明示，而是暗示。首先，所有網(wǎng)絡(luò)用戶都可以平等地知曉并使用所有信息。

其次，控制模塊和單個(gè)模塊的通信信道將被整個(gè)項(xiàng)目組知曉并且可由PSS 4000根據(jù)賦值（例如程序分配）單獨(dú)進(jìn)行設(shè)置。

綜述

機(jī)電一體化方法對(duì)控制解決方案提出了更高的要求。這是因?yàn)閱蝹€(gè)設(shè)備零件的變化在控制層面有深遠(yuǎn)影響，因?yàn)榭刂葡到y(tǒng)中心點(diǎn)的程序結(jié)構(gòu)需要修改。這正解釋了為什么未來的自動(dòng)化需要特定的解決方案，這些方案既要能夠分配控制智能并確保多個(gè)控制系統(tǒng)之間的聯(lián)網(wǎng)要繼續(xù)簡(jiǎn)便可行，以便于用戶進(jìn)行處理。 

如果您檢查機(jī)器的生命周期，機(jī)電一體化方法的優(yōu)勢(shì)將顯而易見，特別是在設(shè)計(jì)和調(diào)試階段。

PSS 4000自動(dòng)化系統(tǒng)既使用戶得到分散式控制結(jié)構(gòu)的好處，同時(shí)又沒有增加硬件和軟件處理的復(fù)雜度。

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