ROCKWELL压力机解决方案

ROCKWELL压力机解决方案第1页/共49页2Agenda3.伺服压机方案介绍ServoPressSolution4.伺服曲线设计ServoCAMDesign

5.技术支持及其它TechSupport&Other2.同步压机方案介绍SyncPressSolution1.压机简介BriefIntroduction

第2页/共49页31.冲压机简介DCInputDriveAFE整流回馈单元逆变单元第3页/共49页42.同步压机解决方案第4页/共49页52.同步压机解决方案功能描述系统的目的是控制多台压机传动系统的同步运行。整个系统由压机主控制系统（LineMasterPress）、各压机从控制系统、机械手控制系统、同步传动控制系统（SynchroController）等子系统组成。同步传动控制系统由同步传动控制器(PLC)和传动装置及交流变频电机组成。第5页/共49页62.同步压机解决方案主控制系统：由计算机及PLC组成，用于控制压机的整体运作，协调各子系统的配合。进行产品规格、压机压制速度、压制节拍周期的设定，综合各子系统的信号对整体设备的生产状况、停止和故障等状态信号进行采集、传递、记录及显示。压机从控制系统：在主控制系统协调下，进行常规压机的辅助控制。机械手控制系统：在主控制系统协调下，控制传递工件的机械臂，按照一定的节拍将上一个工序压机内生产好的工件取出，放入下一个工序压机内。机器人自动化尽可能自动地工作，为了在循环中获得连续的工作流，机器人自动化系统将会通过自身的编码器获取压机角度，以与上料/下料压机同步。同步传动控制系统：在主控制系统协调下，控制多台压机按一定的频率节拍及相位差生产，提高生产效率。功能描述第6页/共49页72.同步压机解决方案ControlLogix系列产品，根据要求可以采用Ethernet、ProfiBus与上位主控制系统通信，采用ControlNet、Synchlink与各压机主传动逆变器通信。传动系统采用直流母线供电方式，由一套IGBT可逆整流器单元供电。PF700S矢量逆变器控制各压机的主传动电机，通过曲柄机构驱动滑块的运动。PF700S均配置Drivelogix控制器及通信接口，可接收ControlNet、Synchlink信号、绝对值编码器信号及增量编码器信号。少量实时性能要求高的数据通过Synchlink网络进行通信，其他数据通过ControlNet网络进行通信。电机轴端配置速度反馈编码器，反馈实际电机转速。在减速机输出轴端（曲柄机构轴端）配置绝对值编码器，精确测定曲柄的转角。本控制系统特点是同步控制、速度控制均在变频器内部完成，由同步光纤Synchlink实现速度、角度的给定及反馈，因此响应快速、控制准确。同步系统配置第7页/共49页81：相位差控制同步传动控制器将从主控制系统接收到数据整理、计算，确定压机主传动电机的转速及各压机曲柄间角度差传下载到各传动装置中，同时接收传动装置的实际工作状态信息。变频器内插的DriveLogix控制板接收同步传动控制器发送的位置同步信号(Virtual)、速度给定信号、曲柄相位差给定信号，从位置编码器采集本压机实际曲柄角度信号，通过相位调节控制软件输出速度调节偏置信号给速度调节器。变频器本身速度调节器从Drivelogix采集速度给定信号、速度偏置信号及速度反馈信号实现速度闭环控制。2.同步压机解决方案同步系统功能第8页/共49页91：相位差控制2.同步压机解决方案同步系统功能第9页/共49页102：停止处理预案正常停止：当操作员根据生产要求按下正常停止按钮，经主控制系统确认后发送到同步传动控制器。同步控制器按照由1＃至N＃压机的次序，完成工件生产后按要求停止在相应初始位置，以备再次启动。紧急停止：当发生火灾、人生安全事故，或者系统超出可允许的误差范围等情况下时，由操作员判断按下紧急停止按钮。同步控制系统接收到紧急停止后按最快速度停止斜率停电机。2.同步压机解决方案同步系统功能第10页/共49页113：设备主电源失电当设备主电源瞬时失电：压机飞轮惯性力矩通过电机转化为电能，可以维持直流母线上的电压在正常水平，直到电源恢复供电。压机正常工作。当设备主电源非瞬时失电：压机飞轮惯性力矩通过电机转化为电能，但直流母线电压会渐渐下降到低于正常水平。系统发出故障信号，压机按照快停处理。由于电机转速快速下降，电机制动能量回馈直流母线，直到电机停止（压机停止工作）。压机重新工作之前，需要人工手动将压机回复到初始状态，方可启动。2.同步压机解决方案同步系统功能第11页/共49页124：压机与机械臂同步描述压机传动与机械臂的同步通过通信及各自检测压机曲柄的角度完成。压机通过检测曲柄的角度实现相位差完成恒相位差同步控制，同时采集机械臂工作正常信号。如果采集到机械臂工作异常信号，压机执行快速停机程序；机械臂通过检测曲柄的角度和运行速度，确定机械臂是否可以进入压机取工件或放工件，同时采集传动工作正常信号。如果采集到传动工作异常信号，机械臂停止执行取放工件程序，停在初始位。2.同步压机解决方案同步系统功能第12页/共49页13PowerFlex700S–SynchLink™SynchLinkSimplifieddialogsinDriveExecutiveTMProcessor-to-processorsynchronizationInternalprocessorssynchronizedDrive-to-drivesynchronizationHighspeeddatatransfer4direct/18buffereddataconfigurations50µSecdirectdatatransfer500µSecbuffereddatatransferTopologiesStar-updatesupto256slavedrivesatmaximumdatarateDaisyChain-passesdatapeer-to-peeratmaximumdatarate,multi-driveconfigurations(upto10drives)receivedataatmultiplesofthemaximumdatarateRing-avariationoftheDaisyChain,closingthe“ring”fromthelastnodebacktothemaster第13页/共49页14StarConfiguration12FiberHub12163FiberHubFiberHub第14页/共49页15DaisyChainConfigurationUpto10devicesinsameprocessorscan.Moredevicescanbelinkedbutwillbeinnextprocessorscan500uSlater.12310第15页/共49页16RingConfigurationLastdriveinaRingcanpassstatusinformationbacktothemasterdriveBypassblockscanbeusedifdriveswillberemovedtomaintaintheSynchLinkconnection12310第16页/共49页17HowSynchLinkDataisTransmittedEvery50uSecSynchLinktransmitsadata“packet”.TotalpacketsizeisthesameforeachtransmissionOnepacketcannottransmitallavailabledataEachpacketcontainsallselectedDirectwordsSomeoftheBufferedwordsaresentineachpacketExample;4Direct2Buff4DirectNext2Buff4DirectNext2BuffTransmit-1Transmit-2Transmit-34DirectFirst2BuffTransmit-nPacketSize第17页/共49页18DirectDataTransmissionvs.Buffered

inDaisyChainConfigurationReceiveTransmitDirectBufferedDataStorageBufferedDataStorageSynchLinkBufferedDataStorageBufferedDataStorageHostprocessorReceiveTransmitDirectBufferedDataStorageBufferedDataStorageSynchLinkBufferedDataStorageBufferedDataStorageHostprocessorReceiveTransmitDirectBufferedDataStorageBufferedDataStorageSynchLinkBufferedDataStorageBufferedDataStorageHostprocessor50usec.transmissions50usec.transmissions50usec.transmissions50usec.transmissions第18页/共49页19PF700S的伺服控制DriveLogix5730支持的运动控制指令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页/共49页203.伺服压机电控系统一览(BriefIntroduction)

伺服控制压力机是通过伺服控制电机驱动传动齿轮带动曲柄连杆机构使滑块产生上下的直线运动,带动拉伸模具对钢板（或其他材料，如带材）冲压并成型，该类设备在汽车生产厂家有着广泛应用。1.1伺服压机特点:提高产能减少能耗更灵活生产--可编程的运动轨迹更高产品质量优化压机系统,优化设备提升冲程调节和速度调节的性能第20页/共49页21伺服压机电控系统一览1.2伺服压下电机控制系统结构第21页/共49页22

1.3伺服气垫电机控制系统结构伺服压机电控系统一览第22页/共49页23方案介绍(RockwellSolutionIntroduction)2.1该机器的主要控制策略描述如下：PLC配置伺服控制模块，由曲柄前端的角位置编码器的位置反馈信号进行压头的位置控制。伺服控制模块输出模拟量速度给定信号与各变频器通过双绞线连接。每一台PF700S由电机轴端配置的编码器反馈速度，与变频器组成速度控制内环，进行精确速度控制。由PLC内部同时给伺服控制模块位置给定信号，并通过与4个位置反馈信号综合处理，实现同步位置控制。在各滑块处还配置有线性位移传感器，检测滑块的实际位置，用于设备的安全保护。第23页/共49页24方案介绍(RockwellSolutionIntroduction)应用中可以使用1756-M02AEand1756-M02AS两种模块，但是AS模块需要SSI界面的编码器。在负载端每个轴需要两个编码器，1个旋转编码器和1个线性位置编码器，这两个编码器都链接至M02AS模块，线性编码器最直接反映当前滑块物理位置，建议采用线性编码器作为伺服系统的闭环反馈，旋转编码器反馈作为备用或设备的安全检测。编码器如果采用第三方供应商，推荐选用SSI接口的。RSLOGIX5000AxisConfigurationIntegratedMotionProgrammingVELOCITYPOSITION

COMMANDEXECUTIONANDMOTIONPLANNER

LOGIXENGINE

M02AEorM02ASDRIVEMOTORFEEDBACKVELOCITYPOSITIONDRIVEMOTORFEEDBACKVELOCITYPOSITIONPF700STorqueTorque第24页/共49页252.2电机选择,伺服压机典型速度曲线方案介绍(RockwellSolutionIntroduction)尽可能小的电机转子转动惯量，以减小加减速功率。较大的恒功率区，以达到较高的转速缩短周期时间，提高产出率。较大的过载能力，以降低电机功率。很好的抗冲击设计。周期性地频繁地快速地加减速。加减速能量在周期中占较大比重。中间平坦部分为成形/拉伸部分其所需功率由材料加工决。为提高电机利用率通常设计成电机基速。加减速部分及顶部平坦部分仅为改变系统动能和克服各种损耗作功，不对材料作功。第25页/共49页26电容储能与能量回馈之比较电容储能时第一个上升段所需的输入电流较小。拉伸段所需电流相对延迟，平均功率减小。所需峰值电流基本一致，但时间较短。下降段能量无需经由输入装置，使输入装置的平均功率降低。约为能量回馈的58%。两者所需的功率是相同的。两者输入的峰值功率是相同的。电容储能输入装置的实际容量约为能量回馈的80%。第26页/共49页27电容储能与能量回馈之比较对电网的影响（以一周期计）：电容储能少了一次较大的电流输入。但对于容量较大的电网（如10000KVA以上),该影响是可以忽略的。能量回馈多了两次对电网的电流回输但影响可忽略。装置寿命：电容寿命与工作电压，充放电电压，电流幅度，充放电次数及环境温度密切相关。能量回馈装置本身寿命较长。工作时直流母线电压波动很小从而延长了变频器中电容的寿命。第27页/共49页28电容储能与能量回馈之比较成本：能量回馈装置成本较低，寿命较长。较之电容储能，能量回馈可选较高的输入电压和电机电压，从而降低变频器成本。电容储能的输入装置容量较低，但这部分占的比例不高。第28页/共49页29控制要求:

(ControlRequirements)3.1伺服压力机的控制要求:本传动系统的控制要求分两部分：压机压下伺服控制及压机下面气垫控制。压机压下伺服控制是控制压机的四台电机同步运行，实现以下步骤：在尽可能短的时间内使电机由零位（压机压头在最上位置）零速加速到压下速度稳速一段时间然后降速到冲压速度。使压机压头在冲压机件前达到设定速度，并在整个冲压过程中维持冲压速度恒定。在冲压完成以后再加速到返回速度，以尽可能短的时间回到初始位零位。。配有多组伺服电机驱动时，驱动控制系统独立控制，与压力机内部信号联锁。滑块位置传感器速度控制系统进行预加载行程的调整和控制。压力传感器反馈信号控制，结合滑块位置产生任意的压边力。气垫位置旋变码器控制伺服电机，结合滑块位置控制气垫回程位置和速度。在压头向下运动时向上运动，当与压头及冲压件靠上时，向下运动并维持向上的力矩。第29页/共49页304.BetterThroughput&PerformancebyInnovation

更高产能、连续稳定运行的机器速度Speed动态调整Dynamics精度Accuracy机电一体化Mechatronics电气伺服传动取代复杂机械传动（电轴v.s机械轴）电子齿轮取代机械齿轮电子凸轮取代机械凸轮机器人Robotics直驱：直驱旋转电机线性马达套准连续收放卷动态惯量补偿自动接卷基于伺服的主动活套控制全自动机械手高级过程控制高精度自动回路整定能力基于模型的预测控制大滞后环节多输出/输出系统的协调控制第30页/共49页31OptimizedMotion

Forexample:simplePoint-PointmoveOriginalProfileInfinitejerkatcornersMachine“jumped”offthefloorathighspeed

OptimizedProfileLimitedjerkthroughentireprofileThisaxiswasnolongeralimitingfactorformachinespeed第31页/共49页32OptimizedMotion:

AOIs

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

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

更快、更低成本的机器开发及交付设计仿真取代实物‘样品/样机’制造MotionAnalyzeretc标准化及可重用性标准化程序模板：PowerProgramming应用代码库：各类UDT,AOI,Faceplate控制平台IA集成：传动、运动、机器人、SIL3安全、离散、过程、批处理可移植和可收缩性ControlLogixv.sCompactLogixIAv.sLiteofIA(CompactMachineSolution)就地分布式布置+远程访问、诊断和维护SERCOS、DeviceNet、ControlNet&EtherNet/IPIP67/65高防护等级、零机柜安装的IO&Drive第35页/共49页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页/共49页37ExampleofRotaryKnifetoshowRAvalue第37页/共49页38伺服曲线设计

(ServoCAMDesign)4.1编程工具：PowerProgrammingUDTRSLogix5000压力机AOI指令：包括CAM计算，输入/输出参数等。成型时间和成型转速必须由工艺人员提供并输入。第38页/共49页394.2由AOI指令得到的CamProfile曲线主轴：以时间做主轴从轴：曲柄旋转的角度，每圈360度我们共设计了3段CAM曲线，在创建该曲线时，遵照以下规则伺服曲线设计(ServoCAMDesign)第39页/共49页404.3使用优化的CAM曲线减少伺服电机功率需求 为了降低对电机功率的需求和满足循环时间的要求，在section1和section2的加减速度需要优化。因为成型时间是常值，所以其余的循环时间需要这两段以一种方式分别占用，对于这两段峰值功率几乎是相等的。在保证最大电机速度不被超出的前提下，调整加减速度值可以改变峰值功率，且在起始点和终点的速度必须匹配。

4.4压机伺服轴同步运行

通过集成伺服指令,实现从轴与虚拟主轴,或任意要求实轴的同步运动

同步演示伺服曲线设计(Se