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詳細(xì)介紹
西門子6AU1230-2AA00-0AA0
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SIMOTION C230-2 PROGRAMMABLE MOTION CONTROLLER ONBOARD PERIPHERALS 18DI/8DO WITH FW VERSION 3.2
裝配機(jī)器人無需專門編程即可進(jìn)行產(chǎn)品裝配；工廠生產(chǎn)線可以自我優(yōu)化,；列車或風(fēng)機(jī)可以基于運(yùn)行數(shù)據(jù)和人工智能（AI）申請維護(hù),，它們的自我檢查和預(yù)判能力甚至優(yōu)于開發(fā)它們的工程師。人工智能的強(qiáng)勢發(fā)展必將進(jìn)一步改變?nèi)祟惖墓ぷ髂Ｊ?，這是為什么呢,？西門子股份公司*技術(shù)官博樂仁（Roland Busch）對此進(jìn)行了詳細(xì)解讀。
如果我們能引導(dǎo)人工智能朝著有益人類的方向發(fā)展,，讓它成為我們的有力幫手,，那么發(fā)展即機(jī)遇。毫無疑問,，人工智能的強(qiáng)勢發(fā)展將進(jìn)一步改變?nèi)祟惖墓ぷ髂Ｊ?。市場研究機(jī)構(gòu)*預(yù)測，多達(dá)50％的生產(chǎn)活動都可以由機(jī)器自動完成,。這意味著,，機(jī)器不但可以執(zhí)行這些活動，而且比人類做得更好,、更快,。當(dāng)然，這也意味著,，一旦擺脫了這些瑣碎的任務(wù),，我們就有更多時(shí)間來評估執(zhí)行結(jié)果,，為客戶提供建議,，發(fā)掘并培養(yǎng)員工能力。
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人形機(jī)器人將為人類的研究工作,、工業(yè)發(fā)展和日常生活提供幫助,，但不會取代人類
不存在“人機(jī)對抗”
“人機(jī)對抗”的說法難免有危言聳聽之嫌，進(jìn)一步了解人工智能,，人們早已發(fā)現(xiàn)情況并非如此,。如今,，變革已經(jīng)開始，德國各工業(yè)企業(yè)正在試圖互相挖角,，尤其是那些跨學(xué)科人才,，比如具備物理工程知識的數(shù)據(jù)科學(xué)家。只有他們能將人工智能生成的相關(guān)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實(shí)應(yīng)用,。例如,，列車操作員收到指令，要在某個(gè)時(shí)間前更換某節(jié)列車的某個(gè)部件,。而要發(fā)出這條指令,，需要兼具預(yù)測性維護(hù)、風(fēng)險(xiǎn)分析的相關(guān)知識,，還要了解替換部件的可用性,，甚至是列車所在國家的法律法規(guī)。所以說,，只有人類才可以將數(shù)字化世界的洞察運(yùn)用到現(xiàn)實(shí)世界中,。
正因如此，在高精度作業(yè)時(shí)我們總是依賴于嫻熟的手工勞動,。例如,，在慕尼黑Allach區(qū)的工廠里，生產(chǎn)和維護(hù)機(jī)車時(shí)的工作精度達(dá)到十分之一毫米,。只有交給專業(yè)技術(shù)人員,，我們才能保證列車的性能。
目前有三大趨勢并行：新的就業(yè)機(jī)會正在產(chǎn)生,、一些崗位逐漸被淘汰,、還有一些崗位則正在發(fā)生著改變。若想人工智能對人類社會產(chǎn)生積極影響,，就必須確保商業(yè)企業(yè)——包括大中小企業(yè)甚至零售商——都能廣泛應(yīng)用人工智能,。我所講的是工業(yè)人工智能，即結(jié)合了專業(yè)知識的人工智能,。我們的目標(biāo)是創(chuàng)造“數(shù)字化伴侶”,，它相當(dāng)于人類的智能助力器。這種為人類賦能的人工智能技術(shù)必須得到普及,。但是,，我們不能只投資研發(fā)，還要投資培訓(xùn),，把這些技能在幼兒園,、小學(xué)、高中和大學(xué)中推廣。
我們通過“工業(yè)4.0”成功開啟了數(shù)字化轉(zhuǎn)型,，而工業(yè)人工智能將這一轉(zhuǎn)型提升至全新高度
人工智能推動“工業(yè)4.0”進(jìn)入下一階段
工業(yè)大國想要從當(dāng)前的工業(yè)革命中獲益,，需要工業(yè)企業(yè)、政府官員,、科學(xué)家和社會各界合作伙伴們通力合作,，制定類似德國“工業(yè)4.0”的成功舉措。“工業(yè)4.0”已是世人皆知的術(shù)語,，它將在人工智能的助力下迭代升級,，因?yàn)槲磥淼囊磺卸紝⒑腿斯ぶ悄芟⑾⑾嚓P(guān)，包括IT技術(shù),、工業(yè)生產(chǎn),、工廠運(yùn)營、產(chǎn)品性能和服務(wù)模式等,。工業(yè)人工智能將推動“工業(yè)4.0”進(jìn)入下一階段,，鞏固德國等工業(yè)大國的實(shí)力，這一點(diǎn)與美國和中國企業(yè)主導(dǎo)的消費(fèi)品產(chǎn)業(yè)所應(yīng)用的人工智能有所不同,。
在位于慕尼黑的西門子機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室內(nèi),，機(jī)器人在沒有預(yù)先編程的情況下組裝產(chǎn)品
人工智能是未來發(fā)展的關(guān)鍵西門子6AU1230-2AA00-0AA0
有關(guān)人工智能的恐慌論是片面的。我認(rèn)為人們忽視了重要的一點(diǎn),，那就是人工智能對國內(nèi)生產(chǎn)總值（GDP）的未來增長十分關(guān)鍵,。考慮到人口結(jié)構(gòu)的變化趨勢,，年均3.5％的GDP增長率注定難以為繼,。經(jīng)濟(jì)必須轉(zhuǎn)型，可以通過人工智能技術(shù)和技術(shù)密集型勞動力而非勞動密集型勞動力來實(shí)現(xiàn),，基于資質(zhì)和生產(chǎn)力創(chuàng)造價(jià)值,。
無論是國家還是企業(yè)，若想在今天取得成功,，就必須使經(jīng)濟(jì)適應(yīng)未來發(fā)展,。市場研究機(jī)構(gòu)*預(yù)測，如果人工智能得以正確并且持續(xù)地應(yīng)用,，它將有可能提高德國等經(jīng)濟(jì)體的GDP,。我們已經(jīng)通過“工業(yè)4.0”開啟了數(shù)字化轉(zhuǎn)型，而工業(yè)人工智能可以幫助我們達(dá)到一個(gè)全新的高度,。
隨著新一代的成長,，對人工智能的恐慌是否會爆發(fā)？顯然,，未來的發(fā)展重點(diǎn)在于技術(shù)密集型勞動力,，而非勞動密集型
1問題的提出
1.1 如何擴(kuò)展值編碼器的測量范圍
在運(yùn)動控制系統(tǒng)中，經(jīng)常使用值旋轉(zhuǎn)編碼器作為位置反饋,，值編碼器具有返回值與實(shí)際位置一一對應(yīng),、斷電后位置信息不丟失等優(yōu)點(diǎn)，在使用時(shí)給用戶帶來了很多方便,，比如在設(shè)備重新上電時(shí),，不需要重新尋找參考點(diǎn)（回零）。
不過值旋轉(zhuǎn)編碼器也有缺點(diǎn),，不管是單圈值編碼器,，還是多圈值編碼器，它的測量范圍都是有限的,。如果負(fù)載不停地單方向運(yùn)行,，那么一定會造成編碼器返回值溢出，此時(shí)編碼器的值又重新返回零,，周而復(fù)始,。此時(shí)如果設(shè)備重新上電，編碼器返回值是不包含溢出次數(shù)信息的,，所得到的位置值也是不可用的,。
圖1 值旋轉(zhuǎn)編碼器的返回值與負(fù)載位置的關(guān)系
問題1：在使用SINAMICS S120進(jìn)行位置控制時(shí)，在采用值編碼器作為位置反饋時(shí),，如果負(fù)載行程較長,，超出了值編碼器的測量范圍，那么在設(shè)備重新上電時(shí),，編碼器的返回位置r0483與負(fù)載實(shí)際位置是不匹配的,。此時(shí)應(yīng)該如何擴(kuò)展值編碼器的測量范圍，正確地讀取負(fù)載的位置,？
1.2 如何正確使用測量齒輪
在一些場合會使用測量齒輪改變電機(jī)或負(fù)載的轉(zhuǎn)速特性,，以便于速度或位置的測量，如圖2所示為一個(gè)齒輪比為1：3的測量齒輪,。如果所用的編碼器為值編碼器,，那么在發(fā)生溢出時(shí)，編碼器返回值的零點(diǎn)與電機(jī)/負(fù)載的零點(diǎn)就出現(xiàn)偏移,，偏移量的大小取決于齒輪比,。一旦編碼器返回值發(fā)生溢出，負(fù)載的實(shí)際位置值就不可用了,。
圖2 測量齒輪示意圖
舉一個(gè)例子,，在使用圖2的測量齒輪時(shí)，假設(shè)所用的編碼器是一個(gè)8圈的值編碼器,，那么默認(rèn)情況下,，編碼器返回位置、電機(jī)/負(fù)載的角度、編碼器的角度隨時(shí)間變化的關(guān)系如圖3所示,。
圖3 編碼器返回位置,、電機(jī)/負(fù)載角度、編碼器角度的關(guān)系
從圖3可以看出,，在編碼器旋轉(zhuǎn)8圈以后發(fā)生溢出,，每次溢出后編碼器返回值的零點(diǎn)與電機(jī)/負(fù)載的零點(diǎn)會有1/3圈的偏移，在發(fā)生溢出以后編碼器返回的位置值就不可用了,。在溢出3次以后,，編碼器返回值零點(diǎn)與電機(jī)/負(fù)載零點(diǎn)又重合了。
問題2：在使用SINAMICS S120進(jìn)行位置控制時(shí),，在采用值編碼器作為位置反饋時(shí),，如果使用了測量齒輪，那么如何在編碼器溢出時(shí),，也能正確讀取電機(jī)/負(fù)載的實(shí)際位置,？
2 SINAMICS S120位置跟蹤功能的使用
2.1 SINAMICS S120位置跟蹤功能概述
SINAMICS S120位置跟蹤（Position Tracking）可用于：
? 擴(kuò)展值編碼器的測量范圍
? 在使用測量齒輪時(shí)，正確計(jì)算負(fù)載的位置
該功能可通過參數(shù)P0411.0來激活,，激活以后,，編碼器溢出的次數(shù)信息會被保存在斷電保持?jǐn)?shù)據(jù)區(qū)中，這樣即使編碼器返回值發(fā)生溢出,，即使設(shè)備重新上電,，也可以重新根據(jù)編碼器溢出次數(shù)和當(dāng)前返回值計(jì)算出負(fù)載的當(dāng)前位置。
圖4 測量齒輪和編碼器的示意圖
值編碼器位置實(shí)際值保存在參數(shù)r0483中,，r0483是一個(gè)無符號32位數(shù),，需要激活編碼器的控制字中第13位（GnSTW.13）才會將編碼器的實(shí)際值顯示在r0483中。如果P0411.0＝0,，那么位置跟蹤功能未被激活,，此時(shí)r0483中的位置值由以下數(shù)據(jù)構(gòu)成：
? 編碼器每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)P0408
? 編碼器信號細(xì)分位數(shù)P0419
? 編碼器圈數(shù)P0421
如果P0411.0＝1，那么位置跟蹤功能被激活,，此時(shí)r0483中的位置由以下數(shù)據(jù)構(gòu)成：
? 編碼器每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)P0408
? 編碼器信號細(xì)分位數(shù)P0419
? 值旋轉(zhuǎn)編碼器虛擬圈數(shù)P0412
如果沒有測量齒輪,，編碼器的圈數(shù)即為P0421的值，如果P0421太小,，不滿足負(fù)載行程要求,，那么可以通過放大P0412來擴(kuò)展值編碼器的位置測量范圍。
? 測量齒輪比P0433/P0432
2.2 擴(kuò)展值編碼器測量范圍的參數(shù)設(shè)置
要擴(kuò)展值編碼器的測量范圍,，可以在配置向?qū)е芯幋a器配置畫面上進(jìn)行設(shè)置,。使用STARTER軟件打開項(xiàng)目，在Config DDS的配置向?qū)е?，在配置編碼器數(shù)據(jù)時(shí),，點(diǎn)擊Details按鈕,，如圖5所示。
圖5 編碼器配置畫面
在彈出的對話框中Details選項(xiàng)卡中,，選擇激活位置跟蹤功能,，并在虛擬圈數(shù)P0412中輸入需要的值，如圖6所示,。配置完畢后，下載數(shù)據(jù)并保存,。
圖6 激活位置跟蹤功能
另外也可以在ONLINE情況下,，通過參數(shù)表直接設(shè)置。使用PG/PC連接設(shè)備,，在STARTER軟件中連接在線后,，通過驅(qū)動器的Expert List打開參數(shù)列表，依次設(shè)置以下參數(shù)即可,。
P0010＝4,， Encoder Commissioning 編碼器調(diào)試
P0411.0＝Y(jié)es， Activate Position Tracking 激活位置跟蹤功能
P0412＝600,， Set Virtual Revolution 設(shè)置虛擬圈數(shù),，根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整
P0010＝0， Ready 返回就緒狀態(tài)
2.3 使用測量齒輪時(shí)的參數(shù)設(shè)置
針對1.2節(jié)中的例子,，編碼器每溢出一次,，都會在電機(jī)/負(fù)載側(cè)產(chǎn)生1/3圈的偏移，每溢出3次以后,，編碼器零點(diǎn)與電機(jī)/負(fù)載的零點(diǎn)重新吻合,。在編碼器溢出時(shí)，電機(jī)/負(fù)載的位置就可能不正確了,。
此時(shí)需要激活位置跟蹤功能,，并設(shè)置測量齒輪的齒輪比P0433和P0432，如圖7所示,。本例中值編碼器是一個(gè)8圈的值編碼器,，所以P0412=8。
圖7 測量齒輪的參數(shù)設(shè)置
這樣可以擴(kuò)展位置值r0483的表示范圍（如圖8所示）,，在使用測量齒輪時(shí),，即使發(fā)生編碼器返回值溢出，也能正確指示電機(jī)/負(fù)載的實(shí)際位置,。
圖8 位置跟蹤功能激活后的位置值
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