ROCKWELL壓力機(jī)解決方案

ROCKWELL壓力機(jī)解決方案第1頁/共49頁2Agenda3.伺服壓機(jī)方案介紹ServoPressSolution4.伺服曲線設(shè)計(jì)ServoCAMDesign

5.技術(shù)支持及其它TechSupport&Other2.同步壓機(jī)方案介紹SyncPressSolution1.壓機(jī)簡介BriefIntroduction

第2頁/共49頁31.沖壓機(jī)簡介DCInputDriveAFE整流回饋單元逆變單元第3頁/共49頁42.同步壓機(jī)解決方案第4頁/共49頁52.同步壓機(jī)解決方案功能描述系統(tǒng)的目的是控制多臺壓機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的同步運(yùn)行。整個(gè)系統(tǒng)由壓機(jī)主控制系統(tǒng)（LineMasterPress）、各壓機(jī)從控制系統(tǒng)、機(jī)械手控制系統(tǒng)、同步傳動(dòng)控制系統(tǒng)（SynchroController）等子系統(tǒng)組成。同步傳動(dòng)控制系統(tǒng)由同步傳動(dòng)控制器(PLC)和傳動(dòng)裝置及交流變頻電機(jī)組成。第5頁/共49頁62.同步壓機(jī)解決方案主控制系統(tǒng)：由計(jì)算機(jī)及PLC組成，用于控制壓機(jī)的整體運(yùn)作，協(xié)調(diào)各子系統(tǒng)的配合。進(jìn)行產(chǎn)品規(guī)格、壓機(jī)壓制速度、壓制節(jié)拍周期的設(shè)定，綜合各子系統(tǒng)的信號對整體設(shè)備的生產(chǎn)狀況、停止和故障等狀態(tài)信號進(jìn)行采集、傳遞、記錄及顯示。壓機(jī)從控制系統(tǒng)：在主控制系統(tǒng)協(xié)調(diào)下，進(jìn)行常規(guī)壓機(jī)的輔助控制。機(jī)械手控制系統(tǒng)：在主控制系統(tǒng)協(xié)調(diào)下，控制傳遞工件的機(jī)械臂，按照一定的節(jié)拍將上一個(gè)工序壓機(jī)內(nèi)生產(chǎn)好的工件取出，放入下一個(gè)工序壓機(jī)內(nèi)。機(jī)器人自動(dòng)化盡可能自動(dòng)地工作，為了在循環(huán)中獲得連續(xù)的工作流，機(jī)器人自動(dòng)化系統(tǒng)將會(huì)通過自身的編碼器獲取壓機(jī)角度，以與上料/下料壓機(jī)同步。同步傳動(dòng)控制系統(tǒng)：在主控制系統(tǒng)協(xié)調(diào)下，控制多臺壓機(jī)按一定的頻率節(jié)拍及相位差生產(chǎn)，提高生產(chǎn)效率。功能描述第6頁/共49頁72.同步壓機(jī)解決方案ControlLogix系列產(chǎn)品，根據(jù)要求可以采用Ethernet、ProfiBus與上位主控制系統(tǒng)通信，采用ControlNet、Synchlink與各壓機(jī)主傳動(dòng)逆變器通信。傳動(dòng)系統(tǒng)采用直流母線供電方式，由一套IGBT可逆整流器單元供電。PF700S矢量逆變器控制各壓機(jī)的主傳動(dòng)電機(jī)，通過曲柄機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)滑塊的運(yùn)動(dòng)。PF700S均配置Drivelogix控制器及通信接口，可接收ControlNet、Synchlink信號、絕對值編碼器信號及增量編碼器信號。少量實(shí)時(shí)性能要求高的數(shù)據(jù)通過Synchlink網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信，其他數(shù)據(jù)通過ControlNet網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信。電機(jī)軸端配置速度反饋編碼器，反饋實(shí)際電機(jī)轉(zhuǎn)速。在減速機(jī)輸出軸端（曲柄機(jī)構(gòu)軸端）配置絕對值編碼器，精確測定曲柄的轉(zhuǎn)角。本控制系統(tǒng)特點(diǎn)是同步控制、速度控制均在變頻器內(nèi)部完成，由同步光纖Synchlink實(shí)現(xiàn)速度、角度的給定及反饋，因此響應(yīng)快速、控制準(zhǔn)確。同步系統(tǒng)配置第7頁/共49頁81：相位差控制同步傳動(dòng)控制器將從主控制系統(tǒng)接收到數(shù)據(jù)整理、計(jì)算，確定壓機(jī)主傳動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速及各壓機(jī)曲柄間角度差傳下載到各傳動(dòng)裝置中，同時(shí)接收傳動(dòng)裝置的實(shí)際工作狀態(tài)信息。變頻器內(nèi)插的DriveLogix控制板接收同步傳動(dòng)控制器發(fā)送的位置同步信號(Virtual)、速度給定信號、曲柄相位差給定信號，從位置編碼器采集本壓機(jī)實(shí)際曲柄角度信號，通過相位調(diào)節(jié)控制軟件輸出速度調(diào)節(jié)偏置信號給速度調(diào)節(jié)器。變頻器本身速度調(diào)節(jié)器從Drivelogix采集速度給定信號、速度偏置信號及速度反饋信號實(shí)現(xiàn)速度閉環(huán)控制。2.同步壓機(jī)解決方案同步系統(tǒng)功能第8頁/共49頁91：相位差控制2.同步壓機(jī)解決方案同步系統(tǒng)功能第9頁/共49頁102：停止處理預(yù)案正常停止：當(dāng)操作員根據(jù)生產(chǎn)要求按下正常停止按鈕，經(jīng)主控制系統(tǒng)確認(rèn)后發(fā)送到同步傳動(dòng)控制器。同步控制器按照由1＃至N＃壓機(jī)的次序，完成工件生產(chǎn)后按要求停止在相應(yīng)初始位置，以備再次啟動(dòng)。緊急停止：當(dāng)發(fā)生火災(zāi)、人生安全事故，或者系統(tǒng)超出可允許的誤差范圍等情況下時(shí)，由操作員判斷按下緊急停止按鈕。同步控制系統(tǒng)接收到緊急停止后按最快速度停止斜率停電機(jī)。2.同步壓機(jī)解決方案同步系統(tǒng)功能第10頁/共49頁113：設(shè)備主電源失電當(dāng)設(shè)備主電源瞬時(shí)失電：壓機(jī)飛輪慣性力矩通過電機(jī)轉(zhuǎn)化為電能，可以維持直流母線上的電壓在正常水平，直到電源恢復(fù)供電。壓機(jī)正常工作。當(dāng)設(shè)備主電源非瞬時(shí)失電：壓機(jī)飛輪慣性力矩通過電機(jī)轉(zhuǎn)化為電能，但直流母線電壓會(huì)漸漸下降到低于正常水平。系統(tǒng)發(fā)出故障信號，壓機(jī)按照快停處理。由于電機(jī)轉(zhuǎn)速快速下降，電機(jī)制動(dòng)能量回饋直流母線，直到電機(jī)停止（壓機(jī)停止工作）。壓機(jī)重新工作之前，需要人工手動(dòng)將壓機(jī)回復(fù)到初始狀態(tài)，方可啟動(dòng)。2.同步壓機(jī)解決方案同步系統(tǒng)功能第11頁/共49頁124：壓機(jī)與機(jī)械臂同步描述壓機(jī)傳動(dòng)與機(jī)械臂的同步通過通信及各自檢測壓機(jī)曲柄的角度完成。壓機(jī)通過檢測曲柄的角度實(shí)現(xiàn)相位差完成恒相位差同步控制，同時(shí)采集機(jī)械臂工作正常信號。如果采集到機(jī)械臂工作異常信號，壓機(jī)執(zhí)行快速停機(jī)程序；機(jī)械臂通過檢測曲柄的角度和運(yùn)行速度，確定機(jī)械臂是否可以進(jìn)入壓機(jī)取工件或放工件，同時(shí)采集傳動(dòng)工作正常信號。如果采集到傳動(dòng)工作異常信號，機(jī)械臂停止執(zhí)行取放工件程序，停在初始位。2.同步壓機(jī)解決方案同步系統(tǒng)功能第12頁/共49頁13PowerFlex700S–SynchLink?SynchLinkSimplifieddialogsinDriveExecutiveTMProcessor-to-processorsynchronizationInternalprocessorssynchronizedDrive-to-drivesynchronizationHighspeeddatatransfer4direct/18buffereddataconfigurations50μSecdirectdatatransfer500μSecbuffereddatatransferTopologiesStar-updatesupto256slavedrivesatmaximumdatarateDaisyChain-passesdatapeer-to-peeratmaximumdatarate,multi-driveconfigurations(upto10drives)receivedataatmultiplesofthemaximumdatarateRing-avariationoftheDaisyChain,closingthe“ring”fromthelastnodebacktothemaster第13頁/共49頁14StarConfiguration12FiberHub12163FiberHubFiberHub第14頁/共49頁15DaisyChainConfigurationUpto10devicesinsameprocessorscan.Moredevicescanbelinkedbutwillbeinnextprocessorscan500uSlater.12310第15頁/共49頁16RingConfigurationLastdriveinaRingcanpassstatusinformationbacktothemasterdriveBypassblockscanbeusedifdriveswillberemovedtomaintaintheSynchLinkconnection12310第16頁/共49頁17HowSynchLinkDataisTransmittedEvery50uSecSynchLinktransmitsadata“packet”.TotalpacketsizeisthesameforeachtransmissionOnepacketcannottransmitallavailabledataEachpacketcontainsallselectedDirectwordsSomeoftheBufferedwordsaresentineachpacketExample;4Direct2Buff4DirectNext2Buff4DirectNext2BuffTransmit-1Transmit-2Transmit-34DirectFirst2BuffTransmit-nPacketSize第17頁/共49頁18DirectDataTransmissionvs.Buffered

inDaisyChainConfigurationReceiveTransmitDirectBufferedDataStorageBufferedDataStorageSynchLinkBufferedDataStorageBufferedDataStorageHostprocessorReceiveTransmitDirectBufferedDataStorageBufferedDataStorageSynchLinkBufferedDataStorageBufferedDataStorageHostprocessorReceiveTransmitDirectBufferedDataStorageBufferedDataStorageSynchLinkBufferedDataStorageBufferedDataStorageHostprocessor50usec.transmissions50usec.transmissions50usec.transmissions50usec.transmissions第18頁/共49頁19PF700S的伺服控制DriveLogix5730支持的運(yùn)動(dòng)控制指令DriveLogix5730supports25MotionInstructionswhichincludethefollowing:Instructions: Descriptions: MSO MotionServoOnMSF MotionServoOffMAH MotionAxisHomeMAM MotionAxisMoveMAJ MotionAxisJogMAG MotionAxisGearMAS MotionAxisStopMCD MotionChangeDynamicsMRP MotionRedefinePositionMCCP MotionCalculatePositionProfileMAPC MotionAxisPositionCamMATC MotionAxisTimeCamMASD MotionAxisShutdownMASR MotionAxisShutdownResetMAFR MotionAxisFaultResetInstructions: Descriptions:MAW MotionArmWatchMDW MotionDisarmWatchMAR MotionArmRegistrationMDR MotionDisarmRegistrationMGS MotionGroupStopMGSD MotionGroupShutdownMGSR MotionGroupShutdownResetMGSP MotionGroupStrobePositionMAOC MotionArmOutputCamMDOC MotionDisarmOutputCam

第19頁/共49頁203.伺服壓機(jī)電控系統(tǒng)一覽(BriefIntroduction)

伺服控制壓力機(jī)是通過伺服控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)齒輪帶動(dòng)曲柄連桿機(jī)構(gòu)使滑塊產(chǎn)生上下的直線運(yùn)動(dòng),帶動(dòng)拉伸模具對鋼板（或其他材料，如帶材）沖壓并成型，該類設(shè)備在汽車生產(chǎn)廠家有著廣泛應(yīng)用。1.1伺服壓機(jī)特點(diǎn):提高產(chǎn)能減少能耗更靈活生產(chǎn)--可編程的運(yùn)動(dòng)軌跡更高產(chǎn)品質(zhì)量優(yōu)化壓機(jī)系統(tǒng),優(yōu)化設(shè)備提升沖程調(diào)節(jié)和速度調(diào)節(jié)的性能第20頁/共49頁21伺服壓機(jī)電控系統(tǒng)一覽1.2伺服壓下電機(jī)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)第21頁/共49頁22

1.3伺服氣墊電機(jī)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)伺服壓機(jī)電控系統(tǒng)一覽第22頁/共49頁23方案介紹(RockwellSolutionIntroduction)2.1該機(jī)器的主要控制策略描述如下：PLC配置伺服控制模塊，由曲柄前端的角位置編碼器的位置反饋信號進(jìn)行壓頭的位置控制。伺服控制模塊輸出模擬量速度給定信號與各變頻器通過雙絞線連接。每一臺PF700S由電機(jī)軸端配置的編碼器反饋速度，與變頻器組成速度控制內(nèi)環(huán)，進(jìn)行精確速度控制。由PLC內(nèi)部同時(shí)給伺服控制模塊位置給定信號，并通過與4個(gè)位置反饋信號綜合處理，實(shí)現(xiàn)同步位置控制。在各滑塊處還配置有線性位移傳感器，檢測滑塊的實(shí)際位置，用于設(shè)備的安全保護(hù)。第23頁/共49頁24方案介紹(RockwellSolutionIntroduction)應(yīng)用中可以使用1756-M02AEand1756-M02AS兩種模塊，但是AS模塊需要SSI界面的編碼器。在負(fù)載端每個(gè)軸需要兩個(gè)編碼器，1個(gè)旋轉(zhuǎn)編碼器和1個(gè)線性位置編碼器，這兩個(gè)編碼器都鏈接至M02AS模塊，線性編碼器最直接反映當(dāng)前滑塊物理位置，建議采用線性編碼器作為伺服系統(tǒng)的閉環(huán)反饋，旋轉(zhuǎn)編碼器反饋?zhàn)鳛閭溆没蛟O(shè)備的安全檢測。編碼器如果采用第三方供應(yīng)商，推薦選用SSI接口的。RSLOGIX5000AxisConfigurationIntegratedMotionProgrammingVELOCITYPOSITION

COMMANDEXECUTIONANDMOTIONPLANNER

LOGIXENGINE

M02AEorM02ASDRIVEMOTORFEEDBACKVELOCITYPOSITIONDRIVEMOTORFEEDBACKVELOCITYPOSITIONPF700STorqueTorque第24頁/共49頁252.2電機(jī)選擇,伺服壓機(jī)典型速度曲線方案介紹(RockwellSolutionIntroduction)盡可能小的電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，以減小加減速功率。較大的恒功率區(qū)，以達(dá)到較高的轉(zhuǎn)速縮短周期時(shí)間，提高產(chǎn)出率。較大的過載能力，以降低電機(jī)功率。很好的抗沖擊設(shè)計(jì)。周期性地頻繁地快速地加減速。加減速能量在周期中占較大比重。中間平坦部分為成形/拉伸部分其所需功率由材料加工決。為提高電機(jī)利用率通常設(shè)計(jì)成電機(jī)基速。加減速部分及頂部平坦部分僅為改變系統(tǒng)動(dòng)能和克服各種損耗作功，不對材料作功。第25頁/共49頁26電容儲能與能量回饋之比較電容儲能時(shí)第一個(gè)上升段所需的輸入電流較小。拉伸段所需電流相對延遲，平均功率減小。所需峰值電流基本一致，但時(shí)間較短。下降段能量無需經(jīng)由輸入裝置，使輸入裝置的平均功率降低。約為能量回饋的58%。兩者所需的功率是相同的。兩者輸入的峰值功率是相同的。電容儲能輸入裝置的實(shí)際容量約為能量回饋的80%。第26頁/共49頁27電容儲能與能量回饋之比較對電網(wǎng)的影響（以一周期計(jì)）：電容儲能少了一次較大的電流輸入。但對于容量較大的電網(wǎng)（如10000KVA以上),該影響是可以忽略的。能量回饋多了兩次對電網(wǎng)的電流回輸?shù)绊懣珊雎?。裝置壽命：電容壽命與工作電壓，充放電電壓，電流幅度，充放電次數(shù)及環(huán)境溫度密切相關(guān)。能量回饋裝置本身壽命較長。工作時(shí)直流母線電壓波動(dòng)很小從而延長了變頻器中電容的壽命。第27頁/共49頁28電容儲能與能量回饋之比較成本：能量回饋裝置成本較低，壽命較長。較之電容儲能，能量回饋可選較高的輸入電壓和電機(jī)電壓，從而降低變頻器成本。電容儲能的輸入裝置容量較低，但這部分占的比例不高。第28頁/共49頁29控制要求:

(ControlRequirements)3.1伺服壓力機(jī)的控制要求:本傳動(dòng)系統(tǒng)的控制要求分兩部分：壓機(jī)壓下伺服控制及壓機(jī)下面氣墊控制。壓機(jī)壓下伺服控制是控制壓機(jī)的四臺電機(jī)同步運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)以下步驟：在盡可能短的時(shí)間內(nèi)使電機(jī)由零位（壓機(jī)壓頭在最上位置）零速加速到壓下速度穩(wěn)速一段時(shí)間然后降速到?jīng)_壓速度。使壓機(jī)壓頭在沖壓機(jī)件前達(dá)到設(shè)定速度，并在整個(gè)沖壓過程中維持沖壓速度恒定。在沖壓完成以后再加速到返回速度，以盡可能短的時(shí)間回到初始位零位。。配有多組伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)時(shí)，驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)獨(dú)立控制，與壓力機(jī)內(nèi)部信號聯(lián)鎖?；瑝K位置傳感器速度控制系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)加載行程的調(diào)整和控制。壓力傳感器反饋信號控制，結(jié)合滑塊位置產(chǎn)生任意的壓邊力。氣墊位置旋變碼器控制伺服電機(jī)，結(jié)合滑塊位置控制氣墊回程位置和速度。在壓頭向下運(yùn)動(dòng)時(shí)向上運(yùn)動(dòng)，當(dāng)與壓頭及沖壓件靠上時(shí)，向下運(yùn)動(dòng)并維持向上的力矩。第29頁/共49頁304.BetterThroughput&PerformancebyInnovation

更高產(chǎn)能、連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行的機(jī)器速度Speed動(dòng)態(tài)調(diào)整Dynamics精度Accuracy機(jī)電一體化Mechatronics電氣伺服傳動(dòng)取代復(fù)雜機(jī)械傳動(dòng)（電軸v.s機(jī)械軸）電子齒輪取代機(jī)械齒輪電子凸輪取代機(jī)械凸輪機(jī)器人Robotics直驅(qū)：直驅(qū)旋轉(zhuǎn)電機(jī)線性馬達(dá)套準(zhǔn)連續(xù)收放卷動(dòng)態(tài)慣量補(bǔ)償自動(dòng)接卷基于伺服的主動(dòng)活套控制全自動(dòng)機(jī)械手高級過程控制高精度自動(dòng)回路整定能力基于模型的預(yù)測控制大滯后環(huán)節(jié)多輸出/輸出系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制第30頁/共49頁31OptimizedMotion

Forexample:simplePoint-PointmoveOriginalProfileInfinitejerkatcornersMachine“jumped”offthefloorathighspeed

OptimizedProfileLimitedjerkthroughentireprofileThisaxiswasnolongeralimitingfactorformachinespeed第31頁/共49頁32OptimizedMotion:

AOIs

wereprovidedbyRockwellAutomationVelocityAccelJerkV*A第32頁/共49頁33AOI:EasytoconfigurefordifferentCAMapplications第33頁/共49頁34AOIlibrarycoveringmanycomplex

applicationsincludingCAMetc…第34頁/共49頁35FasterTimetoMarket,LowerCosttoDesignDevelop&Deliver

更快、更低成本的機(jī)器開發(fā)及交付設(shè)計(jì)仿真取代實(shí)物‘樣品/樣機(jī)’制造MotionAnalyzeretc標(biāo)準(zhǔn)化及可重用性標(biāo)準(zhǔn)化程序模板：PowerProgramming應(yīng)用代碼庫：各類UDT,AOI,Faceplate控制平臺IA集成：傳動(dòng)、運(yùn)動(dòng)、機(jī)器人、SIL3安全、離散、過程、批處理可移植和可收縮性ControlLogixv.sCompactLogixIAv.sLiteofIA(CompactMachineSolution)就地分布式布置+遠(yuǎn)程訪問、診斷和維護(hù)SERCOS、DeviceNet、ControlNet&EtherNet/IPIP67/65高防護(hù)等級、零機(jī)柜安裝的IO&Drive第35頁/共49頁36MasterDistanceAbs.EncoderV1Prod1KnifeStartPositionParkPositionCuttingDistanceMasterDistanceMasterDistanceRegistrationMasterAxis:Belt(needAbs.Encoder)orBeltServoSlaveAxis:RotaryKnifeParkPosition:TheacceleratingrangeduringwhichKnifeacceleratefrom0toV1CuttingDistance:therangeduringwhichKnifewillkeepsynch.Velocity(V1)tocompletecuttingactionMasterLockPosition:willusinginAccelerationMAPC(forwardonly=ExecutionSchedule)whenfirstproductcoming;MeanswhenwillwestartknifetorunaccelerationcamprofileMasterLockPosition=RegistrationPositionofProd1+DistanceofRegistrationSensortoKnife–OutMasterDistancetoAccelerateStartAcce.CampointOutMasterDistancetoAccelerateDistanceofRegistrationSensortoKnifeMasterLockPositionOutMasterDistancetoAccelerateV1ParkPositionAverageSpeedofKnifeAcceleration(timeissame)AverageSpeedofKnifeAcceleration=V1*K(Kisaconstantand0<K<1);so,OutMasterDistancetoAccelerate=ParkPosition/KExampleofRotaryKnifetoshowRAvalue第36頁/共49頁37ExampleofRotaryKnifetoshowRAvalue第37頁/共49頁38伺服曲線設(shè)計(jì)

(ServoCAMDesign)4.1編程工具：PowerProgrammingUDTRSLogix5000壓力機(jī)AOI指令：包括CAM計(jì)算，輸入/輸出參數(shù)等。成型時(shí)間和成型轉(zhuǎn)速必須由工藝人員提供并輸入。第38頁/共49頁394.2由AOI指令得到的CamProfile曲線主軸：以時(shí)間做主軸從軸：曲柄旋轉(zhuǎn)的角度，每圈360度我們共設(shè)計(jì)了3段CAM曲線，在創(chuàng)建該曲線時(shí)，遵照以下規(guī)則伺服曲線設(shè)計(jì)(ServoCAMDesign)第39頁/共49頁404.3使用優(yōu)化的CAM曲線減少伺服電機(jī)功率需求 為了降低對電機(jī)功率的需求和滿足循環(huán)時(shí)間的要求，在section1和section2的加減速度需要優(yōu)化。因?yàn)槌尚蜁r(shí)間是常值，所以其余的循環(huán)時(shí)間需要這兩段以一種方式分別占用，對于這兩段峰值功率幾乎是相等的。在保證最大電機(jī)速度不被超出的前提下，調(diào)整加減速度值可以改變峰值功率，且在起始點(diǎn)和終點(diǎn)的速度必須匹配。

4.4壓機(jī)伺服軸同步運(yùn)行

通過集成伺服指令,實(shí)現(xiàn)從軸與虛擬主軸,或任意要求實(shí)軸的同步運(yùn)動(dòng)

同步演示伺服曲線設(shè)計(jì)(Se