2014西门子杯simotion综述

1、simotion领先的运动控制系统为什么要SIMOTION?为什么要SIMOTION? 系统体系运行时(系统)软件功能开发系统通讯硬件平台应用实例标准解决方案安全/Safety系统元件为什么要 SIMOTION?机械制造业的需求提高生产力短的机械循环高的机械可用性。短的调试时间、再安装和服务时间可靠、高的产品质量高的机械精度可重复性有材料变化补偿和参数设置过程数据的追踪和评估高的机械柔性简单适应机械版本适应最总用户需求和区域特殊要求简单的格式和配方更改为什么要SIMOTION?解决之道: 机电一体化凸轮控制器齿轮联轴器主轴凸轮机械解决方案机电一体化 解决方案虚主轴机械零件被伺服电机和智能运动控

2、制取代 简化机械结构和机械系统意味着更高的动态特性和更高的柔性、更少的磨损运动控制正成为一个决定性的因素运动控制功能伺服电机为什么要SIMOTION?决定性因素: 运动控制更多的轴数更精确同步更快模块化机器更复杂的运动传统的通用控制系统仅能有条件的部分实现日益增长的运动控制需求对运动控制的需求正日益增加: 控制“环境”必须适应为:运动控制逻辑控制(PLC)运动控制技术功能+传统的控制系统运动控制技术功能逻辑控制生产机械的控制系统SIMOTION 为生产机械研发的控制系统为什么要SIMOTION?系统体系可升级的功能自由选择平台灵活的拓扑结构为什么要SIMOTION?系统体系运行时(系统)功能开

3、发系统通讯硬件平台应用实例标准解决方案安全/Safety系统体系系统元件可升级的功能优化机械建造的每一个任务+PLC 功能符合 IEC 61311-3可升级的运动控制功能从凸轮输出和定位功能到带各种空间坐标变换的3-D 轨迹插补技术工艺功能系统体系可自由选择的硬件平台控制器平台灵活适应机械概念和用户需求SIMOTION 提供三种不同的硬件平台全部系统功能都可以每个平台上实现对所有的平台开发系统都是一样并且可以相互转换+PLCMotion ControlTechnology驱动器平台PC平台硬件平台系统功能开发系统系统体系灵活的拓扑结构SIMOTION 可以用在机械需要任何地点SIMOTIONS

4、IMOTIONSIMOTIONSIMOTIONSIMOTION PSIMOTION 功能可以用在自动化构架的不同层次并且可以实现分布配置生产机械有着完全不同的机构系统体系运行时(系统)功能为什么要 SIMOTION?系统体系运行时(系统)功能开发系统通讯硬件平台应用实例标准解决方案安全/Safety逻辑/运动/技术功能融为一体技术对象智能的执行系统所有元件间的同步系统元件运行时(系统)功能基于Web的诊断逻辑 / 运动 / 技术功能融合一体低的工程时间和费用(特别是同步功能)更快的系统反应使用直接通讯简单的诊断(例如: 在一个程序中进行错误和故障诊断)HMI逻辑和运动、技术功能被分别运算处理逻

5、辑和运动、技术功能融为一体驱动驱动SIMOTIONLogic, motionand technology典型控制系统MotionTechno-logyLogicHMI I/O I/O运行时(系统)功能逻辑 / 运动 / 技术功能融合一体SIMOTION逻辑 / 运动 / 技术功能逻辑 (PLC)IF (trigger signalAND NOT active)BEGINActive := TRUEREAD correction valueCalculate target pos.WRITE pos requestENDREAD target_reachedIF (target_reached)

6、Active := FALSE以前顺序程序运动/技术功能Travel to target position. . .(target_reached)Correction value(technology)IF (Motion_Stop)Motion := FALSEIF (Motion = FALSE)RETURN循环调用REPEATWAIT_FOR_CONDITION(Trigger)Calculate target (correction value)POSITION_AXIS(target)UNTIL (Stop)StopTrigger典型应用: 1. 一直等待到触发条件满足: 2. 计

7、算目标修正后的位置，运动到目标位置. 3. 重复上面顺序直到收到停止信号由于“融合”降低编程和诊断时间 和费用运行时(系统)功能技术对象: 基本原理对SIMOTION来说运动控制和技术功能采用“面向对象技术”(Technology objectsTOs)实现TOs 如:轴/axis, 同步关系、cams, 测量输入等.TOs 通过“配置”（configuring）来建立和参数化。在用户程序，TOs 的功能可以调用适当的命令来完成. 用户程序TO “axis 1”通讯测量系统计算、监控位置控制位置设置点计算命令 / 任务(需求)实际值 / 状态 / 报警处理配置轴技术对象运行时(系统)功能技术对

8、象: 优势低的工程费用( TO 功能已有由系统提供)最大限度柔性化：Highest degree of flexibility regarding functionality and ability to be distributed对象的数量原则上不受限制TOs 可以在程序中激活或屏蔽TOs 可以灵活联接和分布配置对象包含了功能不需要再编程Axis 1Axis 2Axis 3Axis 4同步操作电子凸轮电子凸轮Camon/off改变主值同步操作On/offn:m用户程序技术对象运行时(系统)功能所有元件间的同步在整个机械中实现高的动态性能和精度总线系统和联接到该总线上的设备严格运行于同步状态

9、 SIMOTION 本身与总线时钟循环同步，并且将同步传送到第二条总线 SIMOTION PAxis 1SIMOTION CAxis 2Axis 3Axis 4Axis 5Axis 6电子凸轮外部编码器Axis 1 Axis 2Axis 3 Axis 4Axis 5 Axis 6色标运行时(系统)功能PLC运动控制技术功能执行系统SIMOTION 调用、协调、同步和监控用户程序块SIMOTION执行系统SIMOTION功能用户程序CyclicTask/循环执行SequentialTasks/顺序Time Triggered时间触发Event Triggered事件触发Synchronous同步

10、Block 1Block 2Block 3多种执行级别(任务)让程序块运行在不同方式不需用户额外编程运行时(系统)功能基于Web的诊断任何时间、任何地点都可以进行诊断、维护、排故SIMOTION IT-Diag:SIMOTION 设备包含一个Web 服务器随机带有标准的页面，可以进行系统信息查看、固件升级和项目升级 允许编写和增加你自己的“IT-Diag” 页面IT-DiagWeb Server InternetFirewallPC with Internet browserFirewall通过简单将 SIMOTION 接入以太网(Ethernet Network) 你可以访问在世界任何一台P

11、C通过 Internet 访问SIMOTION(需当地网络支持) 仅仅通过标准网络浏览器(不需编程系统或特殊的软件)你所要做的就是 监控和诊断系统下载升级的项目安装升级的固件( firmware )读写你的过程变量(使用你自己的 IT-Diag 页面自己编写主页) 从任何地点任何时间运行时(系统)功能开发系统开发系统Integrierte ToolsAufgabenorientierte ProgrammiersprachenGrafische Programmierung fr Motion ControlTest-UntersttzungKomfortable IBN-Funktionen

12、Diagnose ber Web为什么要SIMOTION?系统体系运行时(系统)功能开发系统通讯硬件平台应用实例标准解决方案安全/Safety集成化的工具面向任务的编程语言运动控制的图形化编程支持测试功能支持调试功能系统元件集成工具全部系统使用标注化的、一致工程开发系统驱动调试HMI组态控制参数化编程调试、诊断公共数据管理通讯组态P 350开发平台从项目树调用工程任务SIMOTION SCOUT开发系统面向任务的编程语言对每一个和所有任务多有优化的编程语言结构化文本(ST)梯形图 (LAD)功能图(FBD) 运动控制图表(MCC) 驱动控制图表(DCC) SIMOTION 提供不同的编程语言并

13、且可以一起使用特别适用顺序控制（例如：运动控制)特别适用扫描/循环任务 (例如：逻辑运算)特别适用于连续任务（例如：控制和计算功能，过去CFC) 适用于所有任务开发系统图形化运动控制编程简单和清晰的编程图形化编程，就像流程图（flow diagram）在对话框填入功能所需的参数可以结构化并且使用带有缩放功能（zoom-in and zoom-out）“模块”使程序更清晰可以使用图形化的运行追踪和单步执行进行诊断使用MCC，编程就像流程图定位命令的参数输入对话框开发系统测试功能使用专门的高效的测试工具可以节省大量时间程序测试:断点调试图形化程序执行追踪（）或信号追踪单步运行系统信息:系统和用户变

14、量的状态显示系统负荷任务运行实间应用测试的示波器功能（Trace function）:所有类型变量可以纪录在一个曲线纪录中(逻辑,运动控制,技术功能, 系统 )触发条件, 采样速率, 纪录时间可以自由设置表示方法:清单,可以输出，例如：输出到 Excel信号图形，信号可以叠加便于比较开发系统调试用户友好的机械调试和优化轴控面板（Axis control panel）:手动控制轴的移动和相关信号 (输入信号，使能信号, ) 自动控制器优化:位置环控制器速度环控制器 (仅限于 Sinamics S120)包括滤波器自动设置频响分析（Frequency response analysis）:功能发生

15、器可以接入到任意数量输入任意输出数量可以追踪和纪录 评估方式波特图（Bode diagram）频谱（Frequency spectrum）开发系统硬件平台为什么要SIMOTION?系统体系运行时(系统)功能开发系统通讯硬件平台系统元件应用实例标准解决方案安全/Safety各具特色硬件平台SIMOTION DSIMOTION CSIMOTION P硬件平台SIMOTION C,使用控制器机械外形设计各具特色的硬件平台SIMOTION D,集成到驱动器SIMOTION P,基于工业 PC 集成SIMOTION功能的驱动器控制模块有不同的性能规格可选特别适合紧凑和模块化机械带 Windows XP

16、和SIMOTION实时扩展有不同规格的面板可选 特别适合有大量数据处理和PC机应用IT 通讯CPU 集成数字量输入/输出和模拟量伺服，步进电机和液压伺服的接口 可以使用S7-300 的输入输出模块进行扩展特别适合于生产机械改造紧凑型模块型开放型硬件平台SIMOTION D紧凑版本 集成在 SINAMICS 驱动中不同的性能选择:D410 用于单轴应用D425 用于最多16 轴D435 用于最多 32 轴D445 用于最多 64 轴最小用户任务 0.5 ms（D445)最小总线循环 0.5 ms界面:PROFIBUSPROFINET工业 Ethernet特别适合紧凑和模块化机械硬件平台伺服驱动人

17、机界面SIMOTION D410SIMOTION D4x5伺服驱动分布I/OSIMOTION C模块化版本CPU 带编码器接口，模拟量输出和二进制数字量输入输出可以使用SIMATIC S7-300的I/O模块进行扩展最多可以控制 32 轴最小用户任务 1 ms最小总线循环 1 ms接口:PROFIBUSPROFINET (准备中)工业 Ethernet特别适合生产机械的改造硬件平台SIMOTION C人机界面伺服驱动伺服驱动驱动I/OSIMOTION P开放的版本开放的适用于 PC 机的应用:可视化 (HMI)开发(运行Scout)配方/格式管理优化算法Process statistics,

18、image processing,.IT 通讯，例如 Ethernet, USB, 打印机和扫描仪等.最多 64 轴最小用户任务 0.25 ms最小总线循环 0.25 ms界面:PROFIBUSPROFINET工业 Ethernet特别适合有大量数据处理，PC机应用，IT通讯硬件平台伺服驱动伺服驱动分布I/OSIMOTION P通讯迈向 PROFINET 自动化中的通讯PROFIBUS 和 PROFINET集成和无缝通讯Communications为什么要SIMOTION?系统体系运行时(系统)功能开发系统通讯硬件平台系统元件应用实例标准解决方案安全/Safety自动化中的通讯任务伺服驱动分布

19、 I/O高速 I/O 移动控制生产线 / 系统控制Op. control & monitoring,engineeringMESInternet公司网络自动化层次需求大量数据,Ethernet, TCP/IP非-循环一般数据量数据量低低数据量最高实时要求（确定的)一般实时要求实时性要求低循环(不适用)通讯PROFIBUS 和 PROFINET异步通讯 要求EthernetTCP/IPIsochronousCyclic解决方案 PROFIBUSPROFIBUS:一个 所有自动化需求使用一个总线Ethernet,TCP/IPData quantity循环RealtimerequirementsDe

20、terministicPROFINET:标准 IT 总线, 扩展满足所有自动化需求 解决方案PROFINETNon-cyclic telegram sectionTCP/IPTCP/IPTCP/IPTCP/IPIsochronousCyclic通讯IT environmentAutomation environment使用统一的PROFIBUS通讯元件的种类、复杂性和工程开发费用都减少HMISIMOTION DET200SafetySIMOTION DSINAMICS开发系统/EngineeringMES,办公软件远程 PC IndustrialEthernetInternet通讯 使用统一的

21、 PROFINET通讯Profinet 使用 TCP/IP 成为可能IT environmentHMIET200SafetyEngineeringMES,Office SW Remote PC IndustrialEthernetInternetSIMOTION DSIMOTION DSINAMICS通讯元件的种类、复杂性和工程开发费用都减少Automation environment创新循环时间 1ms大容量架构电缆长度可达100米无线 I/O 通讯(IWLAN)标准总线系统用于各个层面PROFIBUSPROFINET在全球范围广泛使用并被证明使用良好有第三方的广泛支持有广阔的现场技术秘诀费

22、用优化在接下来的几年内 PROFIBUS 和 PROFINET 将保持伙伴关系并且在应用中一起使用每个系统有各自的强项:迈向PROFINET通讯决定使用这个或那个总线系统取决于特殊需求系统元件系统元件驱动为什么要SIMOTION?系统体系运行时(系统)功能开发系统通讯硬件平台系统元件应用实例标准解决方案安全/SafetyI/O人机界面支持的驱动类型:伺服和矢量驱动, 变频器, 步进驱动, 液压驱动支持的驱动接口类型:PROFIBUS, PROFINET, 模拟量设定点, 脉冲/方向信号SIMODRIVE611U,POSMOMASTERDRIVESMC VCSINAMICSS120带PROFId

23、rive的第三方驱动带模拟量接口的液压或电气驱动SIMOTION PSIMOTION DSIMOTION CSIMOTION使用的驱动驱动类型和系统可以自由选择SINAMICSG120,MICROMASTER系统元件使用最广的驱动: SINAMICS S120SIMOTION SCOUT集成调试工具使工程开发大大简化所有驱动应用使用一个系统通用:功率范围 0.12 4500 kWV/f 控制, 矢量和伺服控制同步和异步电机结构设计: 模块型, 书本型, 装柜型, 电气柜型AC/AC 和 DC/AC 驱动单元(单轴应用和多轴应用)多种整流和回馈选择多种冷却选择: 内部和外部风冷, 水, 冷板集成

24、安全功能（safety functions）工程开发:SIZER 选型工具SIMOTION SCOUT 集成了“STARTER”调试工具系统元件SIMOTION使用的 I/O附加特殊 I/O运动控制的I/OSIMATIC I/OIM174TM15/17TM41S7-300 I/OSIMOTION 可以使用广泛的元件提供灵活的解决方案ET 200ecoET 200proET 200SET 200SCOMPACTET 200M阀岛, 加热控制器 .联接到PROFIBUS, PROFINET ET 200SHigh SpeedSIMOTION CSIMOTION PSIMOTION D系统元件灵活的

25、通讯简单使用集成在SIMOTION 工程工具中硬件族谱:移动面板（Mobile panels）触摸屏（Panels with touch screen）按键面板（Panels with keys）工业PC ( Industrial PCs with Windows XP)SIMOTION P 硬件（屏）与SIMOTION的联接:Profibus, Profinet工业以太网工业无线局域网（ LAN） Softbus (on SIMOTION P350)软件: WinCC Flexible所有设备使用同一标准，可升级的功能和数量图形和过程通讯完全由 Simotion 实现生成应用:组态和工程开发

26、 SIMOTION SCOUT 集成软件工具和数据管理大量按需可选的人机界面设备SIMOTION的人机界面西门子的人机界面(WinCC Flexible)系统元件SIMOTION的人机界面联接第三方系统高度的灵活性得益于不同硬件使用相同的接口Industrial PC(Windows XP)SIMOTION P with 3rd-party HMI SWPanel(WinCE)硬件:与SIMOTION的联接:Profibus,ProfinetEthernet /TCP/IPInternal(Softbus)软件界面OPC server(SIMATIC NET)OPC server(SIMATI

27、C NET)生成应用：Web browser编程 (Visual Basic, Visual C/C+, Java, .)编程 (Visual Basic, Visual C/C+, Java, .)Ethernet /TCP/IPWeb browser,OPC server编程(Frontpage/XML, Visual Basic, Visual C/C+, Java, .)XML 编程(Frontpage, .)系统元件应用实例为什么要SIMOTION?系统体系运行时(系统)功能开发系统通讯硬件平台系统元件应用实例标准解决方案安全/Safety应用实例集中控制型机器分布控制型机器有PC机

28、应用的机器高性能液压轴集中控制型的机器PROFIBUSDistributedI/OServo drives应用实例:纸巾包装机DistributedI/OServo drivesHMISIMOTION C应用实例分布控制型模块化机器PROFIBUS分布I/O应用实例:带不同包装单元的包装机伺服驱动选项模块伺服驱动PROFIBUS主模块HMISIMOTION DSIMOTION DHMIlocal分布I/O应用实例PC机应用 利用SIMOTION P的开放性伺服驱动应用实例: 压边机分布I/OPROFIBUSP/QISP/QIS接口模块液压轴LaserCameraUSBWindows XPSIM

29、OTION应用OPC操作面板 (HMI)CAD 软件激光控制和 图像识别SIMOTION P 应用实例高性能的液压伺服轴液压压机:闭环位置和压力控制通过 SIMOTION 技术对象轴：axisPROFINET(最小循环时间, 250 s)ET 200S 高速 I/OHydraulic pressET 200SHigh SpeedSIMOTION Pwith closed-loop position and pressure control for hydraulic axes, in 250sET 200SPROFINET with 250 s bus clock cycleSSIAIAOAc

30、tuator value(servo valve)PressurePositionRamDrawing cushion应用实例:压机线 应用实例Standard solutions为什么要SIMOTION?系统体系运行时(系统)功能开发系统通讯硬件平台系统元件应用实例标准解决方案安全/Safety标准解决方案标准解决方案今天已经有为常用的机器和应用提供标准的 SIMOTION 解决方案这些标准解决方案包括:开环控制驱动硬件标准任务的软件库 操作界面机器选项所需的可改变的模块项目实例常用 机器任务标准方案标准解决方案有如下标准解决方案:包装机连续物料加工金属成型技术注塑成型机印刷机标准方案包括:

31、通过测试的功能，通过大量用户使用已经成熟的功能经过实践证明的机器测试过的，文档，升级 可以像产品一样订货更少的工程开发, 低的研发费用 (高达 70%)有保证的可靠功能, 最小的风险调试时间最少标准解决方案标准解决方案安全安全为什么要SIMOTION?系统体系运行时(系统)功能开发系统通讯硬件平台系统元件应用实例标准解决方案安全/Safety西门子安全一览表优势基础安全技术的基本原则执行驱动的安全功能和人员机器基础安全功能用于保护 . 并且由法律来要求强制执行安全安全技术基本原则Servo drivesDistributedI/O机器自动化安全技术(fail-safe)安全技术:是每个自动化系

32、统必需的元件包含检测、评估、反应的元件必需提供功能失效保护: Fault safety SenseEvaluateRespondOFF安全实现 fail-safety版本 1:外部电路Sensing:Sensors版本 2:集成 (Safety Integrated)PROFIBUS with PROFIsafeFail-safe control and I/OSIMOTONSIMOTIONPROFIBUSSensorsEvaluating:Safety circuitSINAMICSS120with Safety IntegratedDriveDistributed I/O安全Responding: Contactors安全集成实例:驱动安全功能Drive safety functions are defi