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1、ROCKWELL-ROCKWELL-压力机解决方压力机解决方案案Agenda3.伺服压机方案介绍伺服压机方案介绍ServoPressSolution4.伺服曲线设计伺服曲线设计ServoCAMDesign 5.技术支持及其它技术支持及其它TechSupport&Other2.同步压机方案介绍同步压机方案介绍SyncPressSolution1.压机简介压机简介BriefIntroduction 2Copyright 2008 Rockwell Automation, Inc. All rights reserved.1.冲压机简介冲压机简介AFE整流回馈单元逆变单元3Copyright 200
2、8 Rockwell Automation, Inc. All rights reserved.2.同步压机解决方案同步压机解决方案4Copyright 2008 Rockwell Automation, Inc. All rights reserved.2. 同步压机解决方案同步压机解决方案功能描述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（Line Master Press）、各压机从控制系统、机械手控制系统、同步传动控制系统（Synchro Controller）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。5Co
3、pyright 2008 Rockwell Automation, Inc. All rights reserved.2.同步压机解决方案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
4、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。功能描述功能描述6Copyright 2008 Rockwell Automation, Inc. All rights reserved.2.同步压机解决方案同步压机解决方案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
5、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。同步系统配置同步系统配置
6、7Copyright 2008 Rockwell Automation, Inc. All rights reserved.1：相位差控制：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
7、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压机解决方案同步系统功能同步系统功能8Copyright 2008 Rockwell Automation, Inc. All rights reserved.1：相位差控制：相位差控制2.同步压机解决方案同步压机解决方案同步系统功能同步系统功能9Copyright 2008 Rockwell Automation, Inc. All rights reserved.2：停止处理预案：停止处理预案正常停止：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
8、按要求停止在相应初始位置，以备再次启动。紧急停止：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压机解决方案同步系统功能同步系统功能10Copyright 2008 Rockwell Automation, Inc. All rights reserved.3：设备主电源失电：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
9、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压机解决方案同步系统功能同步系统功能11Copyright 2008 Rockwell Automation, Inc. All rights reserved.4：压机与机械臂同步描述：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
10、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压机解决方案同步系统功能同步系统功能12Copyright 2008 Rockwell Automation, Inc. All rights reserved.PowerFlex 700S SynchLinkSynchLinkSimplified dialogs in DriveExecutiveTMProcessor-to-processo
11、r synchronizationInternal processors synchronizedDrive-to-drive synchronizationHigh speed data transfer4 direct/18buffered data configurations50 Sec direct data transfer500 Sec buffered data transferTopologiesStar - updates up to 256 slave drives at maximum data rateDaisy Chain - passes data peer-to
12、-peer at maximum data rate, multi-drive configurations (up to 10 drives) receive data at multiples of the maximum data rateRing - a variation of the Daisy Chain, closing the “ring” from the last node back to the master13Copyright 2008 Rockwell Automation, Inc. All rights reserved.Star Configuration1
13、2FiberHub12163FiberHubFiberHub14Copyright 2008 Rockwell Automation, Inc. All rights reserved.Daisy Chain ConfigurationUp to 10 devices in same processor scan. More devices can be linked but will be in next processor scan 500uS later.1231015Copyright 2008 Rockwell Automation, Inc. All rights reserved
14、.Ring ConfigurationLast drive in a Ring can pass status information back to the master driveBypass blocks can be used if drives will be removed to maintain the SynchLink connection1231016Copyright 2008 Rockwell Automation, Inc. All rights reserved.How SynchLink Data is TransmittedEvery 50uSec SynchL
15、ink transmits a data “packet”.Total packet size is the same for each transmissionOne packet cannot transmit all available dataEach packet contains all selected Direct wordsSome of the Buffered words are sent in each packetExample;4 Direct2 Buff4 DirectNext 2 Buff4 DirectNext 2 BuffTransmit - 1Transm
16、it - 2Transmit - 34 DirectFirst 2 BuffTransmit - nPacket Size17Copyright 2008 Rockwell Automation, Inc. All rights reserved.Direct Data Transmission vs. Bufferedin Daisy Chain ConfigurationReceiveTransmitDirectBufferedDataStorageBufferedDataStorageSynchLinkBufferedDataStorageBufferedDataStorageHostp
17、rocessorReceiveTransmitDirectBufferedDataStorageBufferedDataStorageSynchLinkBufferedDataStorageBufferedDataStorageHostprocessorReceiveTransmitDirectBufferedDataStorageBufferedDataStorageSynchLinkBufferedDataStorageBufferedDataStorageHostprocessor50 usec. transmissions50 usec. transmissions50 usec. t
18、ransmissions50 usec. transmissions18Copyright 2008 Rockwell Automation, Inc. All rights reserved.PF700S的伺服控制的伺服控制DriveLogix5730支持的运动控制指令支持的运动控制指令DriveLogix5730supports25MotionInstructionswhichincludethefollowing:Instructions: Descriptions:MSOMotion Servo OnMSFMotion Servo OffMAHMotion Axis HomeMAMMo
19、tion Axis MoveMAJMotion Axis JogMAGMotion Axis GearMASMotion Axis StopMCDMotion Change DynamicsMRPMotion Redefine PositionMCCPMotion Calculate Position ProfileMAPCMotion Axis Position CamMATCMotion Axis Time CamMASDMotion Axis ShutdownMASRMotion Axis Shutdown ResetMAFRMotion Axis Fault ResetInstruct
20、ions: Descriptions:MAWMotion Arm WatchMDWMotion Disarm WatchMARMotion Arm RegistrationMDRMotion Disarm RegistrationMGSMotion Group StopMGSDMotion Group ShutdownMGSRMotion Group Shutdown ResetMGSPMotion Group Strobe PositionMAOCMotion Arm Output CamMDOCMotion Disarm Output Cam19Copyright 2008 Rockwel
21、l Automation, Inc. All rights reserved.3.伺服压机电控系统一览伺服压机电控系统一览 ( Brief Introduction ) 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。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
22、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20伺服压机电控系统一览伺服压机电控系统一览1.2伺服压下电机控伺服压下电机控制系统结构制系统结构21Copyright 2008 Rockwell Automation, Inc. All rights reserved. 1.3伺服气垫电伺服气垫电机控制系统结构机控制系统结构伺服压机电控系统一览伺服压机电控系统一览22Copyright 2008 Rockwell Automation, Inc. All rights reserved.方案介绍方案介绍 (Rockwell Solution Introduction)2.1该机器的
23、主要控制策略描述如下：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。23Copyright 2008 Rockwell Automation, Inc. All rights reserved.方案介绍方案介绍
24、 (Rockwell Solution Introduction)应用中可以使用1756-M02AE and 1756-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。 RSLOGIX5000AxisConfigurationIntegratedMotionProgrammingVELOCITYPOSITIONCOM
25、MANDEXECUTIONANDMOTIONPLANNERLOGIXENGINEM02AE or M02ASDRIVEMOTORFEEDBACKVELOCITYPOSITIONDRIVEMOTORFEEDBACKVELOCITYPOSITIONPF700STorqueTorque24Copyright 2008 Rockwell Automation, Inc. All rights reserved.2.2电机选择电机选择,伺服压机典型速度曲线伺服压机典型速度曲线方案介绍方案介绍 (Rockwell Solution Introduction)尽可能小的电机转子转动惯量，以减小加减速功率。较
26、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。25Copyright 2008 Rockwell Automation, Inc. All rights reserved.控制要求控制要求: (Control Requirements)3.1伺服压力机的控制要求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
27、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
28、压头及冲压件靠上时，向下运动并维持向上的力矩。29Copyright 2008 Rockwell Automation, Inc. All rights reserved.4. Better Throughput& Performance by Innovation更高产能、连续稳定运行的机器更高产能、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
29、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30Copyright 2008 Rockwell Automation, Inc. All rights reserved.Optimized MotionFor example: simple Point- Point moveOriginal ProfileInfinite jerk at cornersMachine “jumped” off the floor at high speedOptimized ProfileLimited jerk through en
30、tire profileThis axis was no longer a limiting factor for machine speed31Copyright 2008 Rockwell Automation, Inc. All rights reserved.Optimized Motion: AOIs were provided by Rockwell AutomationVelocityAccelJerkV*A32Copyright 2008 Rockwell Automation, Inc. All rights reserved.AOI: Easy to configure f
31、or different CAM applications33Copyright 2008 Rockwell Automation, Inc. All rights reserved.AOI library covering many complex applications including CAM etc34Copyright 2008 Rockwell Automation, Inc. All rights reserved.Faster Time to Market, Lower Cost to Design Develop& Deliver 更快、更低成本的机器开发及交付更快、更低
32、成本的机器开发及交付 设计仿真 取代 实物 样品/ 样机 制造Motion Analyzer etc标准化及可重用性标准化程序模板：Power Programming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ControlLogix v.s CompactLogixIA v.s Lite of IA (Compact Machine Solution)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
33、、零机柜安装的 IO& Drive35Copyright 2008 Rockwell Automation, Inc. All rights reserved.Master DistanceAbs. EncoderV1Prod1Knife Start PositionPark PositionCutting DistanceMaster DistanceMaster DistanceRegistrationMaster Axis: Belt(need Abs.Encoder) or Belt ServoSlave Axis: Rotary KnifePark Position: The acc
34、elerating range during which Knife accelerate from 0 to V1Cutting Distance: the range during which Knife will keep synch. Velocity(V1) to complete cutting actionMaster Lock Position: will using in Acceleration MAPC(forward only= Execution Schedule) when first product coming; Means when will we start
35、 knife to run acceleration cam profileMaster Lock Position= Registration Position of Prod1 + Distance of Registration Sensor to Knife Out Master Distance to AccelerateStart Acce. Cam pointOut Master Distance to AccelerateDistance of Registration Sensor to KnifeMaster Lock Position Out Master Distanc
36、e to Accelerate V1 Park Position Average Speed of Knife Acceleration (timeissame) Average Speed of Knife Acceleration = V1*K (K is a constant and 0K1); so, Out Master Distance to Accelerate= Park Position/K Example of Rotary Knife to show RA value36Copyright 2008 Rockwell Automation, Inc. All rights
37、 reserved.Example of Rotary Knife to show RA value37伺服曲线设计伺服曲线设计 (Servo CAM Design)4.1编程工具：编程工具：Power ProgrammingUDTRSLogix 5000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。38Copyright 2008 Rockwell Automation, Inc. All rights reserved.4.2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
38、曲线，在创建该曲线时，遵照以下规则伺服曲线设计伺服曲线设计 (Servo CAM Design)39Copyright 2008 Rockwell Automation, Inc. All rights reserved.4.3使用优化的使用优化的CAM曲线减少伺服电机功率需求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section 1和 section 2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
39、必须匹配。 4.4压机伺服轴同步运行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伺服曲线设计 (Servo CAM Design)Press_1Press_2Press_3Press_4Virtual Master40Copyright 2008 Rockwell Automation, Inc. All rights reserved.6.讨论讨论: SIL3 Machine Safety for Servo Press Machine冲压机械的作业特点是滑块上、下往复直线运动，对置于上、下模具之间的板（带）料实行冲压，来完成加
40、工动作。如果人体某部位（主要是手臂）仍处于上、下模之间未及时离开，就会受到伤害。因此实现冲压作业的安全必须在危险区域装有安全防护装置。目前常用的安全防护装置有：安全启动装置、机械防护装置和自动保护装置。RA提供包括提供包括SIL3GuardLogix及相关传感器等在内的完整系列及相关传感器等在内的完整系列产品。产品。要考虑的部分简介如下：安全启动装置其作用是当操作者的肢体进入危险区时，冲压机的离合器不能合上，或者滑块不能下行，只有当操作者的手完全退出危险区后，冲压机才能启动工作。这种装置包括：双手柄结合装置和双按钮结合装置。这种设施的原理是在操作时，操作者必须用双手问时启动开关，冲压机才能接通
41、电源开始工作，从而保证了安全。机械防护装置是指在滑块下行时设法将危险区与操作者的手隔开，或用强制的方法将操作者的手拉出危区，以保证安全生产。这类防护装置包括：防护板、推手式保护装置、拉手安全装置。机械式防护装诠结构简单、制造方便，但对作业干扰影响大。自动保护装置其装置是在冲模危险区周围设置光束、气流、电场等，一旦手进入危险区、通过光、电、气控制，使压力机自动停止工作。目前常用的自动保护装置是光幕保护装置。其原理是在危险区设置发光器和受光器，形成一束或多束光线。当操作者的手误入危险区时，光束受阻，使光信号通过光电管转换成电信号，电信号放大后与启动控制线路闭锁，使冲压机滑块立即停止工作，从而起到保
42、护作用。41Copyright 2008 Rockwell Automation, Inc. All rights reserved.弯管机弯管机 (带飞锯带飞锯)42Copyright 2008 Rockwell Automation, Inc. All rights reserved.弯管机弯管机 (带飞锯带飞锯)43Copyright 2008 Rockwell Automation, Inc. All rights reserved.弯管机弯管机 (带飞锯带飞锯)44Copyright 2008 Rockwell Automation, Inc. All rights reserved
43、.弯管线工艺流程：成卷的钢带通过被动放卷，将钢带输送到辊道；送料辊输送钢带，并用于开卷；储料辊输送钢带，并与送料辊速度配合，形成活套用于储料；成型辊将钢带进行压延，形成钢管；高频焊机焊接管缝；精整辊对钢管进行精整处理；飞锯根据测量轮编码器反馈，对钢管进行定长锯切；翻料机将成品拨离生产线；当工艺要求不同时，可以进行不同的运行模式，运行模式可在HMI画面中选择。 弯管机弯管机 (带飞锯带飞锯)45Copyright 2008 Rockwell Automation, Inc. All rights reserved.小车曲线设计小车曲线设计46Copyright 2008 Rockwell Automation, Inc. All rights reserved.锯片曲线设计锯片曲线设计47Copyright 2008 Rockwell Automation, Inc. All rights reserved.Copyright 2008 Rockwell Automation, Inc. All rights reserved.Thank you ！Any questions ?结束语结束语谢谢大家聆听！谢谢大家聆听！49
