如何评价 Beckhoff 的分布式驱动系统

前段时间的 SPS IPC Drive 上，Beckhoff 展示了一款被称为“分布式伺服驱动”的新产品。

 

 

那么，到底什么是分布式驱动呢？本期，就让我们借这款 AMP8000 来和大伙一道扒个究竟。

 

事实上，这款 AMP8000 至少要到今年二季度后才会正式发布，因此，目前我们能够获取到的有关这款产品的技术细节仍然不多；即便是登陆 Beckhoff 官网，也只能在其产品宣传页面上看到一些简单的图文描述和基本规格参数。不过，仅这些信息已经足够让我们对它的系统应用特点有一个初步的了解了。

 

 

首先，AMP8000 系统也采用了集成驱动电机技术，也就是在伺服电机中集成了伺服驱动器。共包括 AMP804x 和 AMP805x 两个框架尺寸，额定堵转扭矩从 2.0 …11.4 Nm。并且按照 Beckhoff 官方说法，AMP8000 的电机在技术性能和安装尺寸...等各方面都是与现有的 AM8000 / AM5000 系列电机兼容的。

 

⚠️  最大堵转扭矩为 11.4Nm 引自产品宣传页中的文字描述，但在电机的具体型号规格中，最大一档 AMP8053 的堵转扭矩为 9.7Nm。此处须待产品正式发布后再次确认。

 

从已经公布的产品图片看，AMP8000 的集成驱动器是安装在电机尾部末端的，这与以往欧美系集成驱动电机“背包”式的做法有很大不同，但和我们之前介绍过的 Σ-7F 是类似的。

 

 

同时，由于使用了 EthetCAT P 技术，AMP8000 将电机的直流动力电源输入和运控总线连接集成在了一个电气端口中，每台伺服电机就只需要使用一根线缆连接。这将有助于减少设备在线缆敷设/连接...等方面的应用成本和工作量。

 

另外，AMP8000 的集成驱动电机还基于 TwinSAFE 技术整合了 STO、SS1、SS2、SOS、SLS、SDI（准备中）...等安全控制功能，运控设备中的安全急停、安全门监控、安全位置、安全限速...等逻辑/参数的配置和调整，将可以通过 TwinCAT 在一个统一的应用平台上集中完成。

 

 

若要将 AMP8000 的电机接入设备动力和控制系统，需要使用基于 EtherCAT 驱动系统的接口模块。该接口模块可直接与运控系统中其他驱动单元并列安装在一起，共用同一直流电源和控制母线，并通过 EtherCAT P 为 AMP8000 电机提供直流母线电源和运控总线接口。

 

AMP8000 系统共提供了 AX883x 和 AX503x 两种接口模块，分别用于将电机接入 AX8000 和 AX5000 两个不同系列的驱动系统；同时，每种模块又分为单通道和双通道两个型号，以提高系统配置的灵活性。

 

 

而要搭建一个完整的 AMP8000 分布式伺服驱动系统，还需要在集成驱动电机和驱动侧接口模块之间使用一个型号为 AMP8805 的现场分布模块。其作用实际上就是一支 EtherCAT P 的“分线器”，一个输入口用于连接 AMP8000 在驱动侧的接口模块，其余 5 个输出端口则用来连接 AMP804x/AMP805x 集成驱动电机、现场 I/O 单元、或另一支 AMP8805 模块。借助这种串联组合方式，AMP8000 可以将集成了动力电源的运控总线（EtherCAT P），从驱动系统中的一个输出节点，分布扩展到运控设备中的各个工位现场。

 

 

将 AMP8000 的上述几种不同类型的组件连接在一起并接入 EtherCAT 驱动系统，其整体样式基本上就是照片中产品展板所演示出来的这种效果。

 

不难看出，所谓的分布式驱动系统，其实就是通过将伺服驱动单元集成到现场的电机中，从而极大的减少运控动力组件在设备电气柜内占用的空间。这和我们之前谈到的基于集成驱动电机的“无电柜”或“省电柜”技术本质上是一回事。

 

好了，现在我们要来回答下本文标题中提出的那个问题了。

 

 

首先，我们来看一下 AMP8000 的系统架构，从动力电源、到现场分布模块、再到集成驱动电机，简直就是原来 Elau iSH 的翻版有木有。只是相比老款 iSH，AMP8000 将动力接口整合到了现有的 EtherCAT 驱动系统中，在系统的内部连接上采用了 EtherCAT P 技术，并基于 TwinSAFE 集成了高阶的安全运动控制功能...

 

但总体来说，这个分布式驱动系统本身其实并不是一项新技术。

 

 

其次，在内部绕组和功率元件的散热问题上，AMP8000 并没有表现出明显的技术突破，由此而带来的集成驱动电机连续功率受限的状况依然是存在的。这一点从目前 AMP8000 仅最大 1.78 kW 的额定功率就可见一斑；另外看一下各型号电机的峰值扭矩，普遍都超出了连续扭矩的 4 倍以上，这个我们很早以前就在关于电机特性一文中有提到，其根本原因其实是来自内部散热条件的限制。

 

应对输出功率的限制，AMP8000 的做法跟 IndraDrive MI 有些类似，就是将其整合接入到了现有驱动系统中，这样，如果应用需求超出了 AMP8000 的功率输出范围，那么仍然可以在同一个系统框架中使用原来的 AM8000 / AM5000 电机和柜内安装驱动单元（AX8000 / AX5000）。

 

 

但如果看一下最新款的 IndraDrive MI 就会发现，它不仅是与传统 IndraDrive 整合在了一起，而且还为用户提供了单独的现场级动力单元和驱动模块，即使是要用到传统的大功率电机，依然可以将动力模块分布到设备现场，并彻底省去对电气柜的需求。

 

所以，从这个角度看，AMP8000 更像是填补了 Beckhoff 自身在集成驱动电机产品方面的一项空白。而就其所宣传的分布式驱动技术而言，可以进一步提升的空间貌似还是不小的。

 

 

当然，作为一款新产品，AMP8000 也还是一些独到之处的。例如：能够以 115mm 的框架尺寸达到 10Nm 左右的堵转扭矩，其功率密度和体积尺寸方面的表现还是不错的；另外，使用了 EtherCAT P 作为集成动力接口的现场驱动总线，这将在很大程度上减少和优化驱动侧和现场电机侧的线路连接。

 

 

不过，尽管 AMP8000 与同类型对标产品相比并没有什么明显的优势可言，但我们必须看到， AMP8000 在这里所使用的 EtherCAT P，其实是由 ETG （EtherCAT 技术组织）主推的一种面向设备动力层的总线连接技术。

 

 

考虑到 EtherCAT 目前在工业市场的影响力，应该会有很多产品厂商因为看到这款产品而脑洞大开，使用这种集成动力接口的总线技术开发出各种不同类型的设备层产品。

 

而从这个意义上说，我倒是觉得 AMP8000 这款产品给市场带来的示范效应，可能要远大于其作为一款运控产品对于用户的价值和意义。