運(yùn)動控制系統(tǒng)基礎(chǔ)

1RAU2010

運(yùn)動控制基礎(chǔ)(Motion&ICM)(Confidential–ForInternalUseOnly)Copyright?2007RockwellAutomation,Inc.Allrightsreserved.2課程內(nèi)容1.什么是運(yùn)動控制系統(tǒng)2.運(yùn)動控制產(chǎn)品

3.設(shè)計和開發(fā)軟件

4.運(yùn)動控制中的機(jī)電融合(Confidential–ForInternalUseOnly)Copyright?2007RockwellAutomation,Inc.Allrightsreserved.3課程內(nèi)容1.什么是運(yùn)動控制系統(tǒng)(Confidential–ForInternalUseOnly)Copyright?2007RockwellAutomation,Inc.Allrightsreserved.4什么是運(yùn)動控制系統(tǒng)？您可能會經(jīng)常聽到下面這些名詞ServoMotor 伺服電機(jī)ServoDrive 驅(qū)動器Actuator&TransmissionStage 執(zhí)行和傳動機(jī)構(gòu)MotorCurrent 電機(jī)電流MotorVoltage 電機(jī)電壓MotionController 運(yùn)動控制器MotionControllerSoftware 運(yùn)動控制軟件OvertravelSwitch 行程限位HomeSwitch 回零Brake 抱閘LoadTableMovementPositiveOvertravelLimitSwitchHomeLimitSwitchNegativeOvertravelLimitSwitchTransmissionStageMachineryMotorwithFeedbackBallscrew舉例(Confidential–ForInternalUseOnly)Copyright?2007RockwellAutomation,Inc.Allrightsreserved.6運(yùn)動控制系統(tǒng)的硬件組成各類控制器單片機(jī)運(yùn)動控制器PLC工業(yè)PC編程軟件伺服參數(shù)軟件接口網(wǎng)絡(luò)RS232/422/485DeviceNetSercosEtherNet伺服電機(jī)同步旋轉(zhuǎn)電機(jī)步進(jìn)電機(jī)直線電機(jī)負(fù)載反饋編碼器光柵尺傳動機(jī)構(gòu)同步帶減速機(jī)鏈條絲杠、導(dǎo)軌……驅(qū)動器直流驅(qū)動交流驅(qū)動直接驅(qū)動被移動的機(jī)械設(shè)備帶反饋和運(yùn)動I/O的馬達(dá)馬達(dá)驅(qū)動單元智能控制器編程和操作接口軟件(Confidential–ForInternalUseOnly)Copyright?2007RockwellAutomation,Inc.Allrightsreserved.7伺服電機(jī)和反饋負(fù)載承載平臺運(yùn)動給定信號

電機(jī)電源位置反饋位置反饋伺服驅(qū)動器運(yùn)動控制器正向行程限位回零限位反向行程限位傳動機(jī)構(gòu)機(jī)械設(shè)備運(yùn)控軟件絲杠運(yùn)動控制系統(tǒng)的組成陰影部分說明了主要的運(yùn)動控制系統(tǒng)的組成。通過這個簡單的直線運(yùn)動設(shè)備，我們將解釋各個部分細(xì)節(jié)。Actuators執(zhí)行機(jī)構(gòu)

–在這個例子中，將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)換成直線運(yùn)動。典型的是滾珠絲杠。當(dāng)電機(jī)旋轉(zhuǎn)，絲杠的旋轉(zhuǎn)會帶動負(fù)載的移動。電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向決定了負(fù)載移動的方向。TransmissionStages傳動機(jī)構(gòu)-

電機(jī)通常不直接和負(fù)載相連，而是通過傳動機(jī)構(gòu)連接，用來匹配之間的轉(zhuǎn)速、慣量和扭矩的匹配。典型為同步帶、齒輪等。LoadTableMovementPositiveOvertravelLimitSwitchHomeLimitSwitchNegativeOvertravelLimitSwitchTransmissionStageMachineryMotorwithFeedbackBallscrew運(yùn)動執(zhí)行和傳動機(jī)構(gòu)(Confidential–ForInternalUseOnly)Copyright?2007RockwellAutomation,Inc.Allrightsreserved.9MotorwithFeedbackCommandSignal

MotorPowerPositionFeedbackPositionFeedbackServoDriveMotionControllerMotionSoftwareServoMotors伺服電機(jī)將電能轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。通常的伺服電機(jī)帶有反饋裝置，將位置值返回給運(yùn)動控制系統(tǒng)。伺服電機(jī)ServoMotor(Confidential–ForInternalUseOnly)Copyright?2007RockwellAutomation,Inc.Allrightsreserved.10MotorwithFeedbackMotorPowerServoDriveServoMotorFeedback

伺服電機(jī)反饋設(shè)備通常安裝在電機(jī)上，用來提供實際位置反饋給控制器，以確保位置精度。反饋類型的選擇則取決于實際應(yīng)用和用戶需求。目前有很多不同的反饋檢測技術(shù)和產(chǎn)品可供選擇。FeedbackTypes

EncodersAbsolute(MaintainAxisPositionwhenpowerislost)Incremental(LoseAxisPositionwhenpowerislost)Resolvers(veryrugged)StegmannHyperface(AbsoluteEncoderwithhighresolutionfeedback)PositionFeedbackPositionFeedbackToMotionController伺服電機(jī)——反饋的概念(Confidential–ForInternalUseOnly)Copyright?2007RockwellAutomation,Inc.Allrightsreserved.11MassMotorwithFeedbackMotorPowerPositionFeedbackServoDriveGravityMotorBrakeMechanicalBrakeOptionVerticalApplication伺服電機(jī)可以選擇帶有抱閘裝置。例如在垂直負(fù)載應(yīng)用中，為了防止在電機(jī)失電的情況下自由落體狀況的發(fā)生。通常，在抱閘線圈通電的時候，彈簧壓緊，抱閘處于打開狀態(tài)；而當(dāng)電機(jī)失電，抱閘在彈簧作用下關(guān)閉，防止軸的墜落。在其他需要的場合，也需要使用抱閘電機(jī)。伺服電機(jī)——抱閘的概念(Confidential–ForInternalUseOnly)Copyright?2007RockwellAutomation,Inc.Allrightsreserved.12MotorwithFeedbackCommandSignal

MotorPowerPositionFeedbackPositionFeedbackServoDriveMotionControllerMotionSoftware

ServoDrives伺服驅(qū)動接受運(yùn)動控制器的指令信號，控制電機(jī)所提供的速度和扭矩（電流），要完成這些，驅(qū)動器需要將主進(jìn)線電能轉(zhuǎn)換成電機(jī)所需要的電壓和電流，以完成營工控制要求。PlantPower伺服驅(qū)動ServoDrive(Confidential–ForInternalUseOnly)Copyright?2007RockwellAutomation,Inc.Allrightsreserved.13MotorwithFeedbackMotorPower(3phase)MotorCurrentMotorVoltage115VAC230VAC460VACServoDriveServoDrives伺服驅(qū)動主要控制2個電機(jī)參數(shù)MotorCurrent電流(3-phase)

和電機(jī)輸出扭矩成正比MotorVoltage(3-phase)

和電機(jī)轉(zhuǎn)速成正比TypicalServoDriveLineVoltage100-240VAC(SinglePhase)100-240VAC(3-Phase)230-480VAC(3-Phase)伺服驅(qū)動ServoDrive(Confidential–ForInternalUseOnly)Copyright?2007RockwellAutomation,Inc.Allrightsreserved.14MotorwithFeedbackCommandSignal

MotorPowerPositionFeedbackPositionFeedbackServoDriveMotionControllerMotionSoftwareMotionController運(yùn)動控制器是系統(tǒng)的大腦，主要有如下3個主要功能：存儲和執(zhí)行運(yùn)動程序控制運(yùn)動存貯配置參數(shù)運(yùn)動控制器(Confidential–ForInternalUseOnly)Copyright?2007RockwellAutomation,Inc.Allrightsreserved.15課程內(nèi)容2.運(yùn)動控制產(chǎn)品

(Confidential–ForInternalUseOnly)Copyright?2007RockwellAutomation,Inc.Allrightsreserved.16單體伺服驅(qū)動解決方案

基于PTO脈沖控制的解決方案TLYMotorsorMLX1100/1400Pulse

+

DirectionPanelviewComponentK3Serial/EIPClass3K3-Modbus-RTUConfig.,StatusK300-EIPforConfig/StatusK300MPxMotorsIndex運(yùn)動解決方案RS485,Modbus-RTUK3IndexerPanelviewComponentTLYPVP/U3KIndexerRS232/KepServerMPxPVC/K3Indexer-ModBusIndexDrives(NoPLC)PVC/MLX/K3Indexer-ModBusRTUTLYIndexDriveswithModBusPVC/MLX/K300Indexer–EIPClass3EIPMPxPVPc/L23/K300Indexer-EIPClass1EIPMPxIndexDriveswithEthernet/IPPVP/MLX/Ultra3kIndexer-DNDNMPxDNMPxPVP/MLX/Ultra3kIndexer-DNIndexDriveswithDeviceNet(Confidential–ForInternalUseOnly)Copyright?2007RockwellAutomation,Inc.Allrightsreserved.17集成運(yùn)動控制解決方案

Torque:0.096to607NMControlLogix/M08SE/M16SE,>8axisUltra3KSEKinetix2000Kinetix6000/6200CompactLogixL43(2,3&4axis)CompactLogixL45(upto8axis)SERCOSEtherNetI/PHMITLYMotorsMPxMotorsHPKMotorsLogixSERCOSDrivesKinetixIntegratedMotionLinearActuatorsLinearMotorsKinetix7000**

IAMotionDifferentiators

1)SingleCPU(Logix)forPLC/SafetyandMotionapplicationsincludingKinematics2)Singleprogrammingpackage(RSLogix5000)

(forPLC/MotionapplicationsandalsoforallLogixcontrollers,Tagbasedaddressing,Aliasaddressingandprogramdatascoping,Autocreationofstructures(easiertoinstall/program/maintain)3)SERCOS-simplifieswiring,morenoiseimmunity,longcontrollertodrivedistance,easierdiagnosticsandmaintenance,integrationofdriveparametersintoRSLogix5K&NetLinxbenefits4)K2K/K6K–Multiaxisadvantages:Lesswiring/reducesi/ppowercomponents(reducescost)commonDCbusbenefitsincludingenergysaving,SafetyfeaturesinK6K5)KinetixAcceleratorToolKitCD–PreconfiguredLGX/HMI/MotincodesonPowerProgramming,whichreducescommissioningtime/downtime6)ViewAnywere:SinglevisualizationenvironmentforallformfactorsofHMI7)Factorytalk:Resources(tags/displays)aredefinedonceandsharedthroughoutthesystem(Confidential–ForInternalUseOnly)Copyright?2007RockwellAutomation,Inc.Allrightsreserved.18Ultra3000SE200W6.6KW15KW18KW22KW93KW150KW1.2KWKinetix6000Kinetix7000100WKinetix2000ContinuousPowerRating我們現(xiàn)在提供的驅(qū)動器產(chǎn)品功率覆蓋范圍(Confidential–ForInternalUseOnly)Copyright?2007RockwellAutomation,Inc.Allrightsreserved.19

共母線的多軸解決方案具有更小的安裝空間

易用性SERCOS接口大大減少了接線數(shù)量使得硬件安裝更快更容易

安全功能Kinetix6000具有安全扭矩關(guān)斷功能

Kinetix6200和6500具有更多的安全功能包括安全速度，安全門鎖功能等。

更熟悉的開發(fā)環(huán)境所有的組態(tài)，編程工作使用統(tǒng)一的RSLogix5000開發(fā)平臺進(jìn)行.Kinetix2000伺服驅(qū)動器–小功率

Kinetix6000伺服驅(qū)動器–中等功率(Confidential–ForInternalUseOnly)Copyright?2007RockwellAutomation,Inc.Allrightsreserved.20特點單體型驅(qū)動器完全兼通RSLogix5000支持SERCOS接口,

設(shè)計符合EMF抗噪要求,提供更豐富的診斷軟件接口Kinetix7000支持HPK-Series系列大功率異步電機(jī)支持扭矩關(guān)斷安全motion功能可以配合使用再生電源達(dá)到節(jié)約能耗的功能。Ultra3000伺服驅(qū)動器–中等功率

Kinetix7000伺服驅(qū)動器–

大功率(Confidential–ForInternalUseOnly)Copyright?2007RockwellAutomation,Inc.Allrightsreserved.21什么是GuardMotion?GuardMotion是集成安全功能的運(yùn)動控制即內(nèi)置的安全控制功能現(xiàn)在的Kinetix6000和7000驅(qū)動器支持以下安全控制功能:安全扭矩關(guān)斷防止意外啟動安全門鎖功能Cat1級別停車這意味著您的設(shè)備有更高的生產(chǎn)率更快的停機(jī)恢復(fù)時間(母線無需重新充電,無需重新掃描，等等..)更高的MTBF時間更少的組件–易于設(shè)計、安裝、開發(fā)和使用(Confidential–ForInternalUseOnly)Copyright?2007RockwellAutomation,Inc.Allrightsreserved.22驅(qū)動器新產(chǎn)品——Kinetix6200仍然沿用Sercos網(wǎng)絡(luò)接口。使用網(wǎng)絡(luò)瀏覽器IE通過RJ45接口和標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)協(xié)議對安全功能進(jìn)行配置。兼容現(xiàn)有底板。僅需更換模塊并接線即可實現(xiàn)更高級別的安全功能。(Confidential–ForInternalUseOnly)Copyright?2007RockwellAutomation,Inc.Allrightsreserved.23驅(qū)動器新產(chǎn)品——Kinetix6200PLESolutionKinetix6000-SPLESolutionKinetix6200and6500withS0controloption(Confidential–ForInternalUseOnly)Copyright?2007RockwellAutomation,Inc.Allrightsreserved.24驅(qū)動器新產(chǎn)品——Kinetix6200安全門鎖安全使能開關(guān)安全停車急停開關(guān)安全速度開關(guān)電機(jī)側(cè)編碼器負(fù)載側(cè)編碼器Allen-Bradley系統(tǒng)級的安全控制(Confidential–ForInternalUseOnly)Copyright?2007RockwellAutomation,Inc.Allrightsreserved.25(Confidential–ForInternalUseOnly)Copyright?2009RockwellAutomation,Inc.Allrightsreserved.25驅(qū)動器新產(chǎn)品——Kinetix6500完全符合CIP協(xié)議的基于以太網(wǎng)的新一代伺服驅(qū)動器。使用以太網(wǎng)RJ45接口。同一網(wǎng)絡(luò)支持更多軸數(shù)，更短的循環(huán)刷新時間，更小的系統(tǒng)同步誤差。EtherNet/IP網(wǎng)絡(luò)接口使得將來設(shè)備的改造或移植更方便。控制模塊的通用性使得配置和組態(tài)更容易進(jìn)行。(Confidential–ForInternalUseOnly)Copyright?2007RockwellAutomation,Inc.Allrightsreserved.26Copyright?2009RockwellAutomation,Inc.Allrightsreserved.26Kinetix300Benefits標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)通信接口減少接線更易于接入人機(jī)界面,工業(yè)控制器,I/O和運(yùn)動控制網(wǎng)絡(luò)。

易于和L2xandL3xCompactLogixPACs集成.更經(jīng)濟(jì)的解決方案所有型號支持安全扭矩關(guān)斷功能幫您保護(hù)操作者的安全和提高設(shè)備運(yùn)行效率內(nèi)置的通過網(wǎng)頁瀏覽器即可配置的界面和診斷功能在PC端無需安裝任何額外軟件，即可對驅(qū)動器進(jìn)行配置，只需有IE瀏覽器即可。(Confidential–ForInternalUseOnly)Copyright?2007RockwellAutomation,Inc.Allrightsreserved.27現(xiàn)有產(chǎn)品——電機(jī)（MP系列）低慣量電機(jī)（MPL）同樣功率但更小體積，低慣量IEC標(biāo)準(zhǔn)安裝尺寸支持230和460兩種電壓等級最高支持兩百萬線反饋可選的抱閘食品級電機(jī)（MPF）為食品和飲料行業(yè)專門定制同樣具有MP系列電機(jī)的高性能不銹鋼外殼電機(jī)（MPS）允許使用水在1200psi以下直接沖洗外表面。可用于需要清潔的食品或飲料行業(yè)。(Confidential–ForInternalUseOnly)Copyright?2007RockwellAutomation,Inc.Allrightsreserved.28現(xiàn)有電機(jī)——新一代中慣量電機(jī)（MPM）同樣扭矩輸出電機(jī)有更多種速度的電機(jī)可供選擇?？捎糜诙喾N中慣量應(yīng)用場合，包括印刷包裝輸送，傳運(yùn)場合薄膜生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化的法蘭接口和軸徑。DIN標(biāo)準(zhǔn)接頭，可自由旋轉(zhuǎn)改變出線方向。配備高分辨率編碼器，滿足各種對精度有嚴(yán)苛要求的場合。由于更優(yōu)化的涉及和更多的額定速度可選擇，可以選擇更合適的驅(qū)動、電機(jī)搭配。節(jié)約成本，降低系統(tǒng)能耗。(Confidential–ForInternalUseOnly)Copyright?2007RockwellAutomation,Inc.Allrightsreserved.29現(xiàn)有電機(jī)——直驅(qū)電機(jī)（RDD）RDD產(chǎn)品分類最適合的應(yīng)用場合RDF無框電機(jī)組件能完全集成到您產(chǎn)品中,可訂制和機(jī)械框架完全吻合最小體積下提供最大的扭矩輸出易于集成,尺寸固定用于負(fù)載需要電機(jī)來支撐的場合RDH含軸承電機(jī)易于集成,尺寸固定使用在外部機(jī)械已經(jīng)具有軸承支撐的場合。RDB無軸承電機(jī)(Confidential–ForInternalUseOnly)Copyright?2007RockwellAutomation,Inc.Allrightsreserved.30現(xiàn)有電機(jī)——MPAR和TLAR電動缸產(chǎn)品不銹鋼材質(zhì)的圓柱形末端執(zhí)行器易于安裝使用Allen-Bradley?MPL或TLY伺服電機(jī)驅(qū)動高精度設(shè)計的滾珠絲杠高精度的編碼器反饋以及可選的抱閘裝置

有三種氣缸級別的符合ISO15552*(32,40,and63)標(biāo)準(zhǔn)尺寸的產(chǎn)品可供選擇柔性化的伺服控制功能最大出力可達(dá)2500N(562lbf)推桿長度最大800mm最快速度1m/sec.免潤滑設(shè)計，減少維護(hù)時間

提供眾多的安裝附件可供選擇(Confidential–ForInternalUseOnly)Copyright?2007RockwellAutomation,Inc.Allrightsreserved.31現(xiàn)有電機(jī)——MP系列重載電動缸Servo驅(qū)動的直線運(yùn)動缸兩種尺寸:83&110mm(3.3”,4.4”)可選的推桿長度:150,300,450mm(6,12,18”)可選滾珠絲杠或圓錐滾子絲杠驅(qū)動(導(dǎo)程:5&10mm)最大推力:最大輸出14679N(3300lbf.)支持連續(xù)100%額定工作制下工作速度:最快可達(dá)559mm/s(22”/sec)支持230V和460V兩種繞組。支持高分辨率的編碼器接口MP(MP-SeriesServo)

A(Actuator)

I(Integrated)(Confidential–ForInternalUseOnly)Copyright?2007RockwellAutomation,Inc.Allrightsreserved.32現(xiàn)有電機(jī)——直線電機(jī)（LDL，LDC）LDC-系列含鐵心直線電機(jī)5種框架尺寸30,50,75,100and150最大出力5246N最大驅(qū)動器輸入電壓460Vac兩種繞組設(shè)計(高速和低速)含熱敏傳感器保護(hù)裝置含霍爾傳感器包含飛線或預(yù)制電纜出線磁塊表面由不銹鋼材料防護(hù)IP65保護(hù)等級CE認(rèn)證&UL認(rèn)證LDL-系列無鐵心直線電機(jī)3種框架尺寸30,50,and75最大出力1977N最大驅(qū)動器輸入電壓230Vac兩種繞組設(shè)計(高速和低速)含熱敏傳感器保護(hù)裝置含霍爾傳感器包含飛線或預(yù)制電纜出線IP65保護(hù)等級CE認(rèn)證&UL認(rèn)證什么是LDC-系列和LDL-系列直線電機(jī)?(Confidential–ForInternalUseOnly)Copyright?2007RockwellAutomation,Inc.Allrightsreserved.33現(xiàn)有電機(jī)——直線運(yùn)動平臺（MPAS）直線運(yùn)動平臺有三種：電機(jī)和絲桿驅(qū)動，電機(jī)皮帶驅(qū)動，直線電機(jī)驅(qū)動.在高速和相對小推力的應(yīng)用中通常選用同步帶或直線電機(jī)驅(qū)動。同步帶驅(qū)動最大速度可達(dá)3m/s.直線電機(jī)驅(qū)動的最大速度可達(dá)5m/s.為了在成本上比直線電機(jī)更優(yōu)化，同時又想獲得比同步帶驅(qū)動更高的速度,我們推出了MP系列電機(jī)集成滾珠絲杠的直線驅(qū)動平臺.直線電機(jī)驅(qū)動MP電機(jī)和絲杠驅(qū)動(Confidential–ForInternalUseOnly)Copyright?2007RockwellAutomation,Inc.Allrightsreserved.34現(xiàn)有電機(jī)——多軸直線驅(qū)動平臺（MPMA）MPMA多軸直線驅(qū)動平臺是有多個MPAS直線驅(qū)動平臺組合而成。中央堆疊的XY型笛卡爾堆疊的XY型中央堆疊的XZ型已經(jīng)發(fā)布的產(chǎn)品包含以下三種形式(Confidential–ForInternalUseOnly)Copyright?2007RockwellAutomation,Inc.Allrightsreserved.35課程內(nèi)容3.設(shè)計和開發(fā)軟件

(Confidential–ForInternalUseOnly)Copyright?2007RockwellAutomation,Inc.Allrightsreserved.36MotionAnalyzer一款完全免費的選型和優(yōu)化軟件。Input：您設(shè)備的機(jī)械數(shù)據(jù)和工藝參數(shù)（速度，加速度……）Output：合適的電機(jī)和驅(qū)動選型，對機(jī)械傳動進(jìn)行優(yōu)化嘗試，仿真并獲得經(jīng)可能接近實際情況的PID鎮(zhèn)定參數(shù)。最大化減少從設(shè)計到實施的時間。可與SolidWorks交互實現(xiàn)動態(tài)仿真，更精確的獲得系統(tǒng)實際驅(qū)動扭矩和反作用力。(Confidenti