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

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

第2頁/共49頁31.沖壓機簡介DCInputDriveAFE整流回饋單元逆變單元第3頁/共49頁42.同步壓機解決方案第4頁/共49頁52.同步壓機解決方案功能描述系統(tǒng)的目的是控制多臺壓機傳動系統(tǒng)的同步運行。整個系統(tǒng)由壓機主控制系統(tǒng)(LineMasterPress)、各壓機從控制系統(tǒng)、機械手控制系統(tǒng)、同步傳動控制系統(tǒng)(SynchroController)等子系統(tǒng)組成。同步傳動控制系統(tǒng)由同步傳動控制器(PLC)和傳動裝置及交流變頻電機組成。第5頁/共49頁62.同步壓機解決方案主控制系統(tǒng):由計算機及PLC組成,用于控制壓機的整體運作,協(xié)調(diào)各子系統(tǒng)的配合。進(jìn)行產(chǎn)品規(guī)格、壓機壓制速度、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)壓機的輔助控制。機械手控制系統(tǒng):在主控制系統(tǒng)協(xié)調(diào)下,控制傳遞工件的機械臂,按照一定的節(jié)拍將上一個工序壓機內(nèi)生產(chǎn)好的工件取出,放入下一個工序壓機內(nèi)。機器人自動化盡可能自動地工作,為了在循環(huán)中獲得連續(xù)的工作流,機器人自動化系統(tǒng)將會通過自身的編碼器獲取壓機角度,以與上料/下料壓機同步。同步傳動控制系統(tǒng):在主控制系統(tǒng)協(xié)調(diào)下,控制多臺壓機按一定的頻率節(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與各壓機主傳動逆變器通信。傳動系統(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的主傳動電機,通過曲柄機構(gòu)驅(qū)動滑塊的運動。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。少量實時性能要求高的數(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。電機軸端配置速度反饋編碼器,反饋實際電機轉(zhuǎn)速。在減速機輸出軸端(曲柄機構(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控制器將從主控制系統(tǒng)接收到數(shù)據(jù)整理、計算,確定壓機主傳動電機的轉(zhuǎn)速及各壓機曲柄間角度差傳下載到各傳動裝置中,同時接收傳動裝置的實際工作狀態(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實際曲柄角度信號,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現(xiàn)速度閉環(huán)控制。2.同步壓機解決方案同步系統(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)送到同步傳動控制器。同步控制器按照由1#至N#壓機的次序,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。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,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。2.同步壓機解決方案同步系統(tǒng)功能第10頁/共49頁113:設(shè)備主電源失電當(dāng)設(shè)備主電源瞬時失電:壓機飛輪慣性力矩通過電機轉(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。壓機正常工作。當(dāng)設(shè)備主電源非瞬時失電:壓機飛輪慣性力矩通過電機轉(zhuǎn)化為電能,但直流母線電壓會漸漸下降到低于正常水平。系統(tǒng)發(fā)出故障信號,壓機按照快停處理。由于電機轉(zhuǎn)速快速下降,電機制動能量回饋直流母線,直到電機停止(壓機停止工作)。壓機重新工作之前,需要人工手動將壓機回復(fù)到初始狀態(tài),方可啟動。2.同步壓機解決方案同步系統(tǒng)功能第11頁/共49頁124:壓機與機械臂同步描述壓機傳動與機械臂的同步通過通信及各自檢測壓機曲柄的角度完成。壓機通過檢測曲柄的角度實現(xiàn)相位差完成恒相位差同步控制,同時采集機械臂工作正常信號。如果采集到機械臂工作異常信號,壓機執(zhí)行快速停機程序;機械臂通過檢測曲柄的角度和運行速度,確定機械臂是否可以進(jìn)入壓機取工件或放工件,同時采集傳動工作正常信號。如果采集到傳動工作異常信號,機械臂停止執(zhí)行取放工件程序,停在初始位。2.同步壓機解決方案同步系統(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支持的運動控制指令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.伺服壓機電控系統(tǒng)一覽(BriefIntroduction)

伺服控制壓力機是通過伺服控制電機驅(qū)動傳動齒輪帶動曲柄連桿機構(gòu)使滑塊產(chǎn)生上下的直線運動,帶動拉伸模具對鋼板(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伺服壓機特點:提高產(chǎn)能減少能耗更靈活生產(chǎn)--可編程的運動軌跡更高產(chǎn)品質(zhì)量優(yōu)化壓機系統(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伺服壓機電控系統(tǒng)一覽1.2伺服壓下電機控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)第21頁/共49頁22

1.3伺服氣墊電機控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)伺服壓機電控系統(tǒng)一覽第22頁/共49頁23方案介紹(RockwellSolutionIntroduction)2.1該機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)部同時給伺服控制模塊位置給定信號,并通過與4個位置反饋信號綜合處理,實現(xiàn)同步位置控制。在各滑塊處還配置有線性位移傳感器,檢測滑塊的實際位置,用于設(shè)備的安全保護。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)載端每個軸需要兩個編碼器,1個旋轉(zhuǎn)編碼器和1個線性位置編碼器,這兩個編碼器都鏈接至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)編碼器反饋作為備用或設(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電機選擇,伺服壓機典型速度曲線方案介紹(RockwellSolutionIntroduction)盡可能小的電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量,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)速縮短周期時間,提高產(chǎn)出率。較大的過載能力,以降低電機功率。很好的抗沖擊設(shè)計。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。為提高電機利用率通常設(shè)計成電機基速。加減速部分及頂部平坦部分僅為改變系統(tǒng)動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第一個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):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。工作時直流母線電壓波動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伺服壓力機的控制要求:本傳動系統(tǒng)的控制要求分兩部分:壓機壓下伺服控制及壓機下面氣墊控制。壓機壓下伺服控制是控制壓機的四臺電機同步運行,實現(xiàn)以下步驟:在盡可能短的時間內(nèi)使電機由零位(壓機壓頭在最上位置)零速加速到壓下速度穩(wěn)速一段時間然后降速到?jīng)_壓速度。使壓機壓頭在沖壓機件前達(dá)到設(shè)定速度,并在整個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,以盡可能短的時間回到初始位零位。。配有多組伺服電機驅(qū)動時,驅(qū)動控制系統(tǒng)獨立控制,與壓力機內(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,結(jié)合滑塊位置控制氣墊回程位置和速度。在壓頭向下運動時向上運動,當(dāng)與壓頭及沖壓件靠上時,向下運動并維持向上的力矩。第29頁/共49頁304.BetterThroughput&PerformancebyInnovation

更高產(chǎn)能、連續(xù)穩(wěn)定運行的機器速度Speed動態(tài)調(diào)整Dynamics精度Accuracy機電一體化Mechatronics電氣伺服傳動取代復(fù)雜機械傳動(電軸v.s機械軸)電子齒輪取代機械齒輪電子凸輪取代機械凸輪機器人Robotics直驅(qū):直驅(qū)旋轉(zhuǎn)電機線性馬達(dá)套準(zhǔn)連續(xù)收放卷動態(tài)慣量補償自動接卷基于伺服的主動活套控制全自動機械手高級過程控制高精度自動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、更低成本的機器開發(fā)及交付設(shè)計仿真取代實物‘樣品/樣機’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、運動、機器人、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SERCOS、DeviceNet、ControlNet&EtherNet/IPIP67/65高防護等級、零機柜安裝的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

(ServoCAMDesign)4.1編程工具:PowerProgrammingUDTRSLogix5000壓力機AOI指令:包括CAM計算,輸入/輸出參數(shù)等。成型時間和成型轉(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:以時間做主軸從軸:曲柄旋轉(zhuǎn)的角度,每圈360度我們共設(shè)計了3段CAM曲線,在創(chuàng)建該曲線時,遵照以下規(guī)則伺服曲線設(shè)計(ServoCAMDesign)第39頁/共49頁404.3使用優(yōu)化的CAM曲線減少伺服電機功率需求 為了降低對電機功率的需求和滿足循環(huán)時間的要求,在section1和section2的加減速度需要優(yōu)化。因為成型時間是常值,所以其余的循環(huán)時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,且在起始點和終點的速度必須匹配。

4.4壓機伺服軸同步運行

通過集成伺服指令,實現(xiàn)從軸與虛擬主軸,或任意要求實軸的同步運動

同步演示伺服曲線設(shè)計(Se

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