伺服与包装机械.ppt

1、For Internal Use Only,1,伺服与包装机械,杨宽, AE , SH Office Packing & Material Handling 2005/12/12,2,Rockwell,2. 伺服系统的组成,1.伺服系统的介绍,3.运动控制在包装行业的应用,4. 典型机型分析,5.各个公司产品,3,什么是伺服系统？ 伺服控制系统是一种能够跟踪输入的指令信号进 行动作，从而获得精确的位置、速度及动力输出 的自动控制系统.,1.伺服系统的介绍,4,伺服系统的技术要求是什么？ 伺服系统要求具有精度高、响应速度快、稳定性 好、负载能力强和工作频率范围大等基本要求， 同时还要求体积小、重

2、量轻、可靠性高和成本低 等。,1.伺服系统的介绍,5,伺服驱动有哪几种形式? 按被控量不同，机电一体化系统可分为位移、速度、力矩等各种伺服系统 按驱动元件的不同可分为电气伺服系统、液压伺服系统、气动伺服系统。电气伺服系统根据电机类型的不同又可分为直流伺服系统、交流伺服系统和步进电机控制伺服系统。 按自动控制原理，伺服系统又可分为开环控制伺服系统、闭环控制伺服系统和半闭环控制伺服系统。,1.伺服系统的介绍,6,开环控制伺服系统,1.伺服系统的介绍,7,半闭环控制 伺服系统的驱动器对电机轴后端部的编码器进行位置采样，在驱动器和电机 之间构成位置和速度的闭环控制系统。通常带位置环的伺服系统，位置环的

3、 反馈采样取自伺服电机的编码器，对于传动链上的间隙及误差还不能补偿克 服，只能形成半闭环的位置控制系统 。,1.伺服系统的介绍,8,闭环控制 该系统克服了上述半闭环系统的缺陷，位置环的采样可以直接采自装在最后 一级机械上的位置反馈元件(如光栅尺、磁栅尺、旋转编码器等)，而电机上 的编码器此时仅作为速度环的反馈，这样就可以消除机械上存在的一切间 隙，并且该伺服系统还可以对机械传动上出现的误差进行补偿，达到真正全 闭环的功能，实现高精度的位置控制。,1.伺服系统的介绍,9,伺服系统包括哪些部分？ 伺服控制系统一般包括 运动控制器 伺服驱动器 伺服电机 编码器,1.伺服系统的介绍,10,运动控制器有

4、哪些？ 数控系统 工控机运动控制卡 PLC + 运动控制模块,1.伺服系统的介绍,11,控制信号给定方式： 模拟量 可以控制速度或者扭矩 脉冲量 可以控制位置或者速度 总线 实现速度位置扭矩电子凸轮等复杂控制,1.伺服系统的介绍,12,运动控制功能 定位运动 速度控制，扭矩控制 电眼/色标定位 差补运动 多轴同步运动 电子凸轮(飞剪飞锯横切) 电子齿轮 鼓序列发生器,1.伺服系统的介绍,13,2. 伺服系统的组成,伺服电机,编码器,伺服驱动器,控制器,14,2. 伺服系统的组成,15,2. 伺服系统的组成电机,直流电机 (DCM) 同步电机 (SM) 交流电机 (ASM),16,2. 伺服系统

5、的组成电机,Ro - 鲁棒性 Cx - 控制电气的复杂程度 Dn - 动态性能 Pd - 功率密度(功率/体积) Mr - 需要维护的程度,17,2. 伺服系统的组成伺服电机,永磁交流伺服电动机同直流伺服电动机比较，主要优点有： 无电刷和换向器，因此工作可靠，对维护和保养要求低。 定子绕组散热比较方便。 惯量小，易于提高系统的快速性。 适应于高速大力矩工作状态。 同功率下有较小的体积和重量。,18,2. 伺服系统的组成电机参数,转速 惯量 电流 扭矩,19,2. 伺服系统的组成编码器,一个伺服系统的重要组成部分是通过编码器反馈实际值，并确定其速率和位置,光电增量编码器 (INC) 光电绝对编码

6、器 (ABS) 感应旋转编码器 (RES),20,2. 伺服系统的组成编码器,Re 分辩率 Sp 信号传送速度 Ro 鲁棒性 Rt 寻参时间,21,2. 伺服系统的组成光电增量编码器,把一个面具放置在线码圆盘表面上做成一个正旋和90度相位差余旋信号，然后将其转成 方形波编码器信号。他们被用来处理增加/减少位置计数器的值。 为了建立计数器和当前位置的关系，必须执行寻参过程。系统分辩率决定线的数量，评 估的类型(1x,2x,4x)和最大的输入处理的频率。,22,2. 伺服系统的组成光电绝对编码器,绝对编码器在每一个位置都有唯一的对应值。分辩率以位为单位每一位是编码器圆盘 表面上的一个栅格。如果轴的

7、运动区域是在一个编码器周转之内，使用单圈旋转编码 器。如果轴的运动区域不是在一个编码器周转之内，使用多圈的编码器。(编码器有附加 的栅格齿轮标明转数)。,23,2. 伺服系统的组成光电绝对编码器,信号使用SSI协议(同步串行接口)转换成逻辑控制。 同步：位置数据传向一个时钟信号。 串行：位置数据连续地以某一波特率传送。 因此，在编码器值和位置之间的关系总是同样的，寻参过程就不需要了。圆盘可以是二 进值或者格雷码。,24,2. 伺服系统的组成编码器,信号通过一个转子线圈里给定一个恒定频率的正旋信号产生。使用变压器的原理，将电 压S1和S2转移到有90度相位差的定子线圈。如果转子移动，你能得到正旋

8、和余旋叠加后 的曲线。如果为轴的运动区域是在一次编码器周转之间，各个编码器值对应一个唯一的 位置(不需要寻参)。分辨率由处理逻辑和转子线圈的给定频率决定。,25,2. 伺服系统的组成编码器,编码器参数： 分辩率 增量/绝对 输入频率,26,2. 伺服系统的组成驱动器,两种类型驱动器： 伺服驱动器 变频器 二者之间的差异在于操控正确无误的时间和精确的运动能力。这需要快速和正确无误的 返回控制回路的实际值。伺服驱动符合这些需求。变频器主要用做无回路控制。 伺服(拉丁语里意味着仆人)与单轴驱动不同，能用做一极端准确的定位/控制装置。今 天，伺服代表高品质驱动，符合现代定位需要。,27,2. 伺服系统

9、的组成驱动器,电力电子由3部分组成: 整流器(桥式整流器) 有制动器(电压直流总线)的直流总线 逆变器(6个脉冲逆变器),28,2. 伺服系统的组成驱动器,桥式整流器为直流母线从交流创造的 一个直流电压，并暂时在电容器里储 藏。,29,2. 伺服系统的组成驱动器,逆变器控制 控制回路定义预设电压，控制逻辑用控制脉冲为逆变器上的功率开关设置预设电压。最 佳的平滑运动特性，逆变特性使用脉宽调制取得。,30,2. 伺服系统的组成驱动器,制动器/制动电阻 从电机返回到直流总线的能量有2种处理方式： 制动电阻 当直流总线电压增加时，一个功率开关(制动闸)按照能量值计算，使能量能在一个制动 电阻上释放。当

10、最大的制动能达到时，功率开关完全断开。 连接直流总线： 直流总线电压连向装置端口允许它同别的驱动器连接。如果电能从电机返回驱动器，它 能被直流总线送向另一运行的驱动器中。,31,2. 伺服系统的组成驱动器,一个电力传输系统的核心是开环和闭环控制。他们是影响运动质量，动力和精确度的主 要的因素。在大多数的应用中，个别部件的电流，速率和位置使用分开的控制回路(嵌套 的回路)联系起来。嵌套的回路使定义参数和启动由内向外执行的控制回路变得容易。 使用的控制回路扫描时间越短，就会获得更好的平滑运动特性和定位控制。,转矩控制器50微秒 速度控制器200微秒 位置控制器400微秒,32,为什么在包装机械中采

11、用运动控制,3. 运动控制在包装行业的应用,33,为什么在包装机械中采用运动控制,3. 运动控制在包装行业的应用,齿轮箱,离合器/,制动器,传动轴,伺服控制,机械 凸轮,替代复杂的机械系统 提高机械系统的性能 提高机械部件的寿命 降低总应用成本 提高产品合格率,34,我们的机型 1 灌装旋盖机 2 立式袋装机 3 卧式袋装机 4 贴标机 5 套标机 6 纸盒包装机 7 纸箱机 8 码垛机/卸垛机 9 裹包机 10 ,3. 运动控制在包装行业的应用,35,4. 典型机型分析,送料系统,36,飞切,4. 典型机型分析,37,包装,4. 典型机型分析,38,输送,4. 典型机型分析,39,4. 典型

12、机型分析,纸箱包装,进瓶系统,分瓶系统,封箱系统,用于控制进瓶的速 度.进瓶输送的快慢 控制着瓶之间的松 紧，从而对后面的 分瓶产生影响。 进瓶可用变频器或 者伺服来控制。进 瓶线速度应该与主 驱动的线速度保持 一定的比例关系。,由进瓶系统传输过来的 啤酒将由分瓶系统分成 3X3 或3X4 的排列以便用 于后续包装。分瓶装置 的分瓶好坏直接会影响 后面的裹包速度，从而 影响整个生产线的速 度。 现在常用的分瓶方式是 使用两轴伺服，根据主 驱动系统相位，周期性 的控制压板和挡板来实 现分瓶。装箱封装,推瓶杆，纸箱成型，装 箱，封箱等过程由主轴 驱动带动机械联动来完 成。 主驱动可以用伺服系统 控

13、制。也可以使用变频 电机加编码器的方式以 节约成本。,40,4. 典型机型分析,纸箱包装,？运动类型 ？,Ultra 3000,？最高转速 ？,？扭矩 惯量？,1326AB,Control Logix,？总线类型 ？,？编码器 ？,？多轴同步 ？,41,4. 典型机型分析,纸箱包装,进瓶系统,分瓶系统,封箱系统,ULTRA 3000 *2 2098-DSD-010-SE SERCOS DRIVE,5.0A/15A,ULTRA 3000 *1 2098-DSD-020-SE SERCOS DRIVE,10A/30A,PowerFlex 40 *1 22B-D4P0N104 DRIVE,2.2Kw

14、/4.0A,1326AB *1 1326AB-B515E-21 MOTOR,SERVO,460V, 10.4NM,3000RPM,1326AB *2 1326AB-B420E-21 MOTOR,SERVO,460V, 5.0NM,3000RPM,1756-M03SE 1756 3 AXIS SERCOS INTERFACE SERVO MODULE,42,5. 公司产品,西门子 施奈德 博士力士乐 B&R 倍福 三菱 ,PLC + Servo,Servo,Lenze Danaher Parker SEW KEB 富士 安川 ,43,AB产品 Ultra Ultra 1500+TL Ultra3

15、000 Ultra5000 Kinetix 集成化运动控制系统 Kinetix6000,5. 公司产品,44,AB产品 Ultra1500的应用市场 单轴或少轴 第三方控制接口 低惯量、低功率 非系统的解决方案 经济的高精度的绝对反馈 替换步进,5. 公司产品,45,AB产品 Ultra3000的应用市场 可采用0-10V电压信号，脉冲/方向信号，主从控制信号，以及SERCOS，DeviceNet接口控制所有Ultra3000驱动器。 内置的索引供能功能，无需运动控制器或PLC，即可完成点对点定位控制 Ultra3000提供了全面解决方案，满足所有客户需求,5. 公司产品,46,AB产品 Ul

16、tra5000的应用市场 智能化，高性能，完全可编程控制的伺服驱动器 融入了高级运动控制应用中所要求的灵活和机动的特性 可以通过ANSI C 语言进行运动控制编程 最适合单轴或者主从轴系统的高端应用,5. 公司产品,47,AB产品 Kinetix 6000的应用市场 简洁的模块设计，大大减少接线数量，时间及相关费用 SERCOS 接口使多轴运动与ControlLogix平台无缝集成。 集成架构，一套软件完成顺序控制和逻辑控制。可以完成各种运动控制,5. 公司产品,48,基于集成架构，世界级的产品，专家级的运动解决方案,AB产品 Kinetix 的运动控制系统通过“SERCOS”光纤环可以将一下

17、各种伺服驱动器连接起来: Kinetix 6000 Ultra3000 8720MC 1394,经济的集成化解决方案，提供各种您所需的应用，提高您的成本效率和产品的竞争力,5. 公司产品,49,MP-Series industry leading technology 1.6-118 Nm continuous stall torque up to 6000 rpm high res./absolute feedback H-Series low inertia .5-50 Nm continuous torque up to 6000 rpm F-Series match large load inertia smooth operation 3.5-28 Nm continuous torque up to 4000 rpm 1326AB 2.7-63 Nm continuous torque absolute encoder or resolver based feedback up to 7250 rpm,N-Series NEMA flange frame .