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西门子6SL3040-1MA01-0AA0

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SINAMICS 控制单元 CU320-2 PN 不带 CF 卡

装配机器人无需专门编程即可进行产品装配；工厂生产线可以自我优化；列车或风机可以基于运行数据和人工智能（AI）申请维护，它们的自我检查和预判能力甚至优于开发它们的工程师。人工智能的强势发展必将进一步改变人类的工作模式，这是为什么呢？西门子股份公司*技术官博乐仁（Roland Busch）对此进行了详细解读。

如果我们能引导人工智能朝着有益人类的方向发展，让它成为我们的有力帮手，那么发展即机遇。毫无疑问，人工智能的强势发展将进一步改变人类的工作模式。知名市场研究机构*预测，多达50％的生产活动都可以由机器自动完成。这意味着，机器不但可以执行这些活动，而且比人类做得更好、更快。当然，这也意味着，一旦摆脱了这些琐碎的任务，我们就有更多时间来评估执行结果，为客户提供建议，发掘并培养员工能力。

人形机器人将为人类的研究工作、工业发展和日常生活提供帮助，但不会取代人类

不存在“人机对抗”

“人机对抗”的说法难免有危言耸听之嫌，进一步了解人工智能，人们早已发现情况并非如此。如今，变革已经开始，德国各工业企业正在试图互相挖角，尤其是那些跨学科人才，比如具备物理工程知识的数据科学家。只有他们能将人工智能生成的相关数据转化为现实应用。例如，列车操作员收到指令，要在某个时间前更换某节列车的某个部件。而要发出这条指令，需要兼具预测性维护、风险分析的相关知识，还要了解替换部件的可用性，甚至是列车所在国家的法律法规。所以说，只有人类才可以将数字化世界的洞察运用到现实世界中。

正因如此，在高精度作业时我们总是依赖于娴熟的手工劳动。例如，在慕尼黑Allach区的工厂里，生产和维护机车时的工作精度达到十分之一毫米。只有交给专业技术人员，我们才能保证列车的性能。

目前有三大趋势并行：新的就业机会正在产生、一些岗位逐渐被淘汰、还有一些岗位则正在发生着改变。若想人工智能对人类社会产生积极影响，就必须确保商业企业——包括大中小企业甚至零售商——都能广泛应用人工智能。我所讲的是工业人工智能，即结合了专业知识的人工智能。我们的目标是创造“数字化伴侣”，它相当于人类的智能助力器。这种为人类赋能的人工智能技术必须得到普及。但是，我们不能只投资研发，还要投资培训，把这些技能在幼儿园、小学、高中和大学中推广。

我们通过“工业4.0”成功开启了数字化转型，而工业人工智能将这一转型提升至全新高度 

人工智能推动“工业4.0”进入下一阶段

工业大国想要从当前的工业革命中获益，需要工业企业、政府官员、科学家和社会各界合作伙伴们通力合作，制定类似德国“工业4.0”的成功举措。“工业4.0”已是世人皆知的术语，它将在人工智能的助力下迭代升级，因为未来的一切都将和人工智能息息相关，包括IT技术、工业生产、工厂运营、产品性能和服务模式等。工业人工智能将推动“工业4.0”进入下一阶段，巩固德国等工业大国的实力，这一点与美国和中国企业主导的消费品产业所应用的人工智能有所不同。

在位于慕尼黑的西门子机器人实验室内，机器人在没有预先编程的情况下组装产品

人工智能是未来发展的关键

有关人工智能的恐慌论是片面的。我认为人们忽视了重要的一点，那就是人工智能对国内生产总值（GDP）的未来增长十分关键。考虑到人口结构的变化趋势，全球年均3.5％的GDP增长率注定难以为继。经济必须转型，可以通过人工智能技术和技术密集型劳动力而非劳动密集型劳动力来实现，基于资质和生产力创造价值。

无论是国家还是企业，若想在今天取得成功，就必须使经济适应未来发展。知名市场研究机构*预测，如果人工智能得以正确并且持续地应用，它将有可能提高德国等经济体的GDP。我们已经通过“工业4.0”开启了数字化转型，而工业人工智能可以帮助我们达到一个全新的高度。

随着新一代的成长，对人工智能的恐慌是否会爆发？显然，未来的发展重点在于技术密集型劳动力，而非劳动密集型

1问题的提出

1.1 如何扩展值编码器的测量范围
在运动控制系统中，经常使用值旋转编码器作为位置反馈，值编码器具有返回值与实际位置一一对应、断电后位置信息不丢失等优点，在使用时给用户带来了很多方便，比如在设备重新上电时，不需要重新寻找参考点（回零）。
不过值旋转编码器也有缺点，不管是单圈值编码器，还是多圈值编码器，它的测量范围都是有限的。如果负载不停地单方向运行，那么一定会造成编码器返回值溢出，此时编码器的值又重新返回零，周而复始。此时如果设备重新上电，编码器返回值是不包含溢出次数信息的，所得到的位置值也是不可用的。

图1 值旋转编码器的返回值与负载位置的关系

问题1：在使用SINAMICS S120进行位置控制时，在采用值编码器作为位置反馈时，如果负载行程较长，超出了值编码器的测量范围，那么在设备重新上电时，编码器的返回位置r0483与负载实际位置是不匹配的。此时应该如何扩展值编码器的测量范围，正确地读取负载的位置？

1.2 如何正确使用测量齿轮
在一些场合会使用测量齿轮改变电机或负载的转速特性，以便于速度或位置的测量，如图2所示为一个齿轮比为1：3的测量齿轮。如果所用的编码器为值编码器，那么在发生溢出时，编码器返回值的零点与电机/负载的零点就出现偏移，偏移量的大小取决于齿轮比。一旦编码器返回值发生溢出，负载的实际位置值就不可用了。

图2 测量齿轮示意图

举一个例子，在使用图2的测量齿轮时，假设所用的编码器是一个8圈的值编码器，那么默认情况下，编码器返回位置、电机/负载的角度、编码器的角度随时间变化的关系如图3所示。

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图3 编码器返回位置、电机/负载角度、编码器角度的关系

从图3可以看出，在编码器旋转8圈以后发生溢出，每次溢出后编码器返回值的零点与电机/负载的零点会有1/3圈的偏移，在发生溢出以后编码器返回的位置值就不可用了。在溢出3次以后，编码器返回值零点与电机/负载零点又重合了。

问题2：在使用SINAMICS S120进行位置控制时，在采用值编码器作为位置反馈时，如果使用了测量齿轮，那么如何在编码器溢出时，也能正确读取电机/负载的实际位置？

2 SINAMICS S120位置跟踪功能的使用

2.1 SINAMICS S120位置跟踪功能概述
SINAMICS S120位置跟踪（Position Tracking）可用于：

? 扩展值编码器的测量范围
? 在使用测量齿轮时，正确计算负载的位置

该功能可通过参数P0411.0来激活，激活以后，编码器溢出的次数信息会被保存在断电保持数据区中，这样即使编码器返回值发生溢出，即使设备重新上电，也可以重新根据编码器溢出次数和当前返回值计算出负载的当前位置。

图4 测量齿轮和编码器的示意图

值编码器位置实际值保存在参数r0483中，r0483是一个无符号32位数，需要激活编码器的控制字中第13位（GnSTW.13）才会将编码器的实际值显示在r0483中。如果P0411.0＝0，那么位置跟踪功能未被激活，此时r0483中的位置值由以下数据构成：

? 编码器每转脉冲数P0408
? 编码器信号细分位数P0419
? 编码器圈数P0421

如果P0411.0＝1，那么位置跟踪功能被激活，此时r0483中的位置由以下数据构成：

? 编码器每转脉冲数P0408
? 编码器信号细分位数P0419
? 值旋转编码器虚拟圈数P0412
如果没有测量齿轮，编码器的圈数即为P0421的值，如果P0421太小，不满足负载行程要求，那么可以通过放大P0412来扩展值编码器的位置测量范围。
? 测量齿轮比P0433/P0432

2.2 扩展值编码器测量范围的参数设置
要扩展值编码器的测量范围，可以在配置向导中编码器配置画面上进行设置。使用STARTER软件打开项目，在Config DDS的配置向导中，在配置编码器数据时，点击Details按钮，如图5所示。

图5 编码器配置画面

在弹出的对话框中Details选项卡中，选择激活位置跟踪功能，并在虚拟圈数P0412中输入需要的值，如图6所示。配置完毕后，下载数据并保存。

图6 激活位置跟踪功能

另外也可以在ONLINE情况下，通过参数表直接设置。使用PG/PC连接设备，在STARTER软件中连接在线后，通过驱动器的Expert List打开参数列表，依次设置以下参数即可。

P0010＝4， Encoder Commissioning 编码器调试
P0411.0＝Yes， Activate Position Tracking 激活位置跟踪功能
P0412＝600， Set Virtual Revolution 设置虚拟圈数，根据实际情况调整
P0010＝0， Ready 返回就绪状态

2.3 使用测量齿轮时的参数设置
针对1.2节中的例子，编码器每溢出一次，都会在电机/负载侧产生1/3圈的偏移，每溢出3次以后，编码器零点与电机/负载的零点重新吻合。在编码器溢出时，电机/负载的位置就可能不正确了。
此时需要激活位置跟踪功能，并设置测量齿轮的齿轮比P0433和P0432，如图7所示。本例中值编码器是一个8圈的值编码器，所以P0412=8。

图7 测量齿轮的参数设置

这样可以扩展位置值r0483的表示范围（如图8所示），在使用测量齿轮时，即使发生编码器返回值溢出，也能正确指示电机/负载的实际位置。

图8 位置跟踪功能激活后的位置值

说明

有一系列从入门级CPU直到高性能CPU，用于配置控制器。所有CPU控制大量结构;多个CPU可以在一个多值计算配置中一起工作以提高性能。由于CPU的高处理速度和确定性的响应时间，可缩短机器的循环周期。

不同的CPU具有不同性能，例如，工作存储器，地址范围，连接数量和执行时间。十款款标准的CPU，集成PROFIBUS、PROFINET 总线接口。