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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
裝配機器人無需專門編程即可進行產品裝配；工廠生產線可以自我優(yōu)化；列車或風機可以基于運行數據和人工智能（AI）申請維護，它們的自我檢查和預判能力甚至優(yōu)于開發(fā)它們的工程師。人工智能的強勢發(fā)展必將進一步改變人類的工作模式，這是為什么呢？西門子股份公司*技術官博樂仁（Roland Busch）對此進行了詳細解讀。
如果我們能引導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)展即機遇。毫無疑問，人工智能的強勢發(fā)展將進一步改變人類的工作模式。市場研究機構*預測，多達50％的生產活動都可以由機器自動完成。這意味著，機器不但可以執(zhí)行這些活動，而且比人類做得更好、更快。當然，這也意味著，一旦擺脫了這些瑣碎的任務，我們就有更多時間來評估執(zhí)行結果，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“人機對抗”
“人機對抗”的說法難免有危言聳聽之嫌，進一步了解人工智能，人們早已發(fā)現情況并非如此。如今，變革已經開始，德國各工業(yè)企業(yè)正在試圖互相挖角，尤其是那些跨學科人才，比如具備物理工程知識的數據科學家。只有他們能將人工智能生成的相關數據轉化為現實應用。例如，列車操作員收到指令，要在某個時間前更換某節(jié)列車的某個部件。而要發(fā)出這條指令，需要兼具預測性維護、風險分析的相關知識，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字化世界的洞察運用到現實世界中。
正因如此，在高精度作業(yè)時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，生產和維護機車時的工作精度達到十分之一毫米。只有交給專業(yè)技術人員，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)機會正在產生、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——都能廣泛應用人工智能。我所講的是工業(yè)人工智能，即結合了專業(yè)知識的人工智能。我們的目標是創(chuàng)造“數字化伴侶”，它相當于人類的智能助力器。這種為人類賦能的人工智能技術必須得到普及。但是，我們不能只投資研發(fā)，還要投資培訓，把這些技能在幼兒園、小學、高中和大學中推廣。
我們通過“工業(yè)4.0”成功開啟了數字化轉型，而工業(yè)人工智能將這一轉型提升至全新高度
人工智能推動“工業(yè)4.0”進入下一階段
工業(yè)大國想要從當前的工業(yè)革命中獲益，需要工業(yè)企業(yè)、政府官員、科學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”已是世人皆知的術語，它將在人工智能的助力下迭代升級，因為未來的一切都將和人工智能息息相關，包括IT技術、工業(yè)生產、工廠運營、產品性能和服務模式等。工業(yè)人工智能將推動“工業(yè)4.0”進入下一階段，鞏固德國等工業(yè)大國的實力，這一點與美國和中國企業(yè)主導的消費品產業(yè)所應用的人工智能有所不同。
在位于慕尼黑的西門子機器人實驗室內，機器人在沒有預先編程的情況下組裝產品
人工智能是未來發(fā)展的關鍵西門子6AU1230-2AA00-0AA0
有關人工智能的恐慌論是片面的。我認為人們忽視了重要的一點，那就是人工智能對國內生產總值（GDP）的未來增長十分關鍵?？紤]到人口結構的變化趨勢，年均3.5％的GDP增長率注定難以為繼。經濟必須轉型，可以通過人工智能技術和技術密集型勞動力而非勞動密集型勞動力來實現，基于資質和生產力創(chuàng)造價值。
無論是國家還是企業(yè)，若想在今天取得成功，就必須使經濟適應未來發(fā)展。市場研究機構*預測，如果人工智能得以正確并且持續(xù)地應用，它將有可能提高德國等經濟體的GDP。我們已經通過“工業(yè)4.0”開啟了數字化轉型，而工業(yè)人工智能可以幫助我們達到一個全新的高度。
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)展重點在于技術密集型勞動力，而非勞動密集型
1問題的提出
1.1 如何擴展值編碼器的測量范圍
在運動控制系統中，經常使用值旋轉編碼器作為位置反饋，值編碼器具有返回值與實際位置一一對應、斷電后位置信息不丟失等優(yōu)點，在使用時給用戶帶來了很多方便，比如在設備重新上電時，不需要重新尋找參考點（回零）。
不過值旋轉編碼器也有缺點，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。如果負載不停地單方向運行，那么一定會造成編碼器返回值溢出，此時編碼器的值又重新返回零，周而復始。此時如果設備重新上電，編碼器返回值是不包含溢出次數信息的，所得到的位置值也是不可用的。
圖1 值旋轉編碼器的返回值與負載位置的關系
問題1：在使用SINAMICS S120進行位置控制時，在采用值編碼器作為位置反饋時，如果負載行程較長，超出了值編碼器的測量范圍，那么在設備重新上電時，編碼器的返回位置r0483與負載實際位置是不匹配的。此時應該如何擴展值編碼器的測量范圍，正確地讀取負載的位置？
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或負載的轉速特性，以便于速度或位置的測量，如圖2所示為一個齒輪比為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，編碼器返回值的零點與電機/負載的零點就出現偏移，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，負載的實際位置值就不可用了。
圖2 測量齒輪示意圖
舉一個例子，在使用圖2的測量齒輪時，假設所用的編碼器是一個8圈的值編碼器，那么默認情況下，編碼器返回位置、電機/負載的角度、編碼器的角度隨時間變化的關系如圖3所示。
圖3 編碼器返回位置、電機/負載角度、編碼器角度的關系
從圖3可以看出，在編碼器旋轉8圈以后發(fā)生溢出，每次溢出后編碼器返回值的零點與電機/負載的零點會有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，編碼器返回值零點與電機/負載零點又重合了。
問題2：在使用SINAMICS S120進行位置控制時，在采用值編碼器作為位置反饋時，如果使用了測量齒輪，那么如何在編碼器溢出時，也能正確讀取電機/負載的實際位置？
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：
? 擴展值編碼器的測量范圍
? 在使用測量齒輪時，正確計算負載的位置
該功能可通過參數P0411.0來激活，激活以后，編碼器溢出的次數信息會被保存在斷電保持數據區(qū)中，這樣即使編碼器返回值發(fā)生溢出，即使設備重新上電，也可以重新根據編碼器溢出次數和當前返回值計算出負載的當前位置。
圖4 測量齒輪和編碼器的示意圖
值編碼器位置實際值保存在參數r0483中，r0483是一個無符號32位數，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r0483中的位置值由以下數據構成：
? 編碼器每轉脈沖數P0408
? 編碼器信號細分位數P0419
? 編碼器圈數P0421
如果P0411.0＝1，那么位置跟蹤功能被激活，此時r0483中的位置由以下數據構成：
? 編碼器每轉脈沖數P0408
? 編碼器信號細分位數P0419
? 值旋轉編碼器虛擬圈數P0412
如果沒有測量齒輪，編碼器的圈數即為P0421的值，如果P0421太小，不滿足負載行程要求，那么可以通過放大P0412來擴展值編碼器的位置測量范圍。
? 測量齒輪比P0433/P0432
2.2 擴展值編碼器測量范圍的參數設置
要擴展值編碼器的測量范圍，可以在配置向導中編碼器配置畫面上進行設置。使用STARTER軟件打開項目，在Config DDS的配置向導中，在配置編碼器數據時，點擊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選項卡中，選擇激活位置跟蹤功能，并在虛擬圈數P0412中輸入需要的值，如圖6所示。配置完畢后，下載數據并保存。
圖6 激活位置跟蹤功能
另外也可以在ONLINE情況下，通過參數表直接設置。使用PG/PC連接設備，在STARTER軟件中連接在線后，通過驅動器的Expert List打開參數列表，依次設置以下參數即可。
P0010＝4， Encoder Commissioning 編碼器調試
P0411.0＝Yes， Activate Position Tracking 激活位置跟蹤功能
P0412＝600， Set Virtual Revolution 設置虛擬圈數，根據實際情況調整
P0010＝0， Ready 返回就緒狀態(tài)
2.3 使用測量齒輪時的參數設置
針對1.2節(jié)中的例子，編碼器每溢出一次，都會在電機/負載側產生1/3圈的偏移，每溢出3次以后，編碼器零點與電機/負載的零點重新吻合。在編碼器溢出時，電機/負載的位置就可能不正確了。
此時需要激活位置跟蹤功能，并設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8圈的值編碼器，所以P0412=8。
圖7 測量齒輪的參數設置
這樣可以擴展位置值r0483的表示范圍（如圖8所示），在使用測量齒輪時，即使發(fā)生編碼器返回值溢出，也能正確指示電機/負載的實際位置。
圖8 位置跟蹤功能激活后的位置值
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