运动控制系统基础.pptx
1课程内容课程内容1.什么是运动控制系统2.运动控制产品 3.设计和开发软件 4.运动控制中的机电融合第1页/共43页2课程内容课程内容1.什么是运动控制系统第2页/共43页3什么是运动控制系统？什么是运动控制系统？您可能会经常听到下面这些名词 Servo MotorServo Motor伺服电机伺服电机 Servo DriveServo Drive驱动器驱动器 Actuator&Transmission StageActuator&Transmission Stage执行和传动机构执行和传动机构 Motor CurrentMotor Current电机电流电机电流 Motor VoltageMotor Voltage电机电压电机电压 Motion ControllerMotion Controller运动控制器运动控制器 Motion Controller SoftwareMotion Controller Software运动控制软件运动控制软件 Overtravel SwitchOvertravel Switch行程限位行程限位 Home SwitchHome Switch回零回零 BrakeBrake抱闸抱闸第3页/共43页LoadTableMovementPositive Overtravel Limit SwitchHome Limit SwitchNegative Overtravel Limit SwitchTransmission StageMachineryMotor with FeedbackBallscrew举例举例举例举例第4页/共43页5运动控制系统的硬件组成运动控制系统的硬件组成各类控制器单片机运动控制器PLC工业PC编程软件伺服参数软件接口网络RS232/422/485DeviceNetSercosEtherNet伺服电机同步旋转电机步进电机直线电机负载反馈编码器光栅尺传动机构同步带减速机链条丝杠、导轨驱动器直流驱动交流驱动直接驱动被移动的机械设备带反馈和运动I/O的马达马达驱动单元智能控制器编程和操作接口软件第5页/共43页6伺服电机和反馈负载承载平台运动给定信号 电机电源位置反馈位置反馈伺服驱动器运动控制器正向行程限位正向行程限位回零限位回零限位反向行程限位反向行程限位传动机构传动机构机械设备机械设备运控软件运控软件丝杠丝杠运动控制系统的组成运动控制系统的组成运动控制系统的组成运动控制系统的组成阴影部分说明了主要的运动控制系统的组成。通过这个简单的直线运动设备，阴影部分说明了主要的运动控制系统的组成。通过这个简单的直线运动设备，我们将解释各个部分细节。我们将解释各个部分细节。第6页/共43页Actuators 执行机构执行机构 在这个例子中，将旋转运动转换成直线运动。典型在这个例子中，将旋转运动转换成直线运动。典型的是滚珠丝杠。当电机旋转，丝杠的旋转会带动负载的移动。电机的旋转的是滚珠丝杠。当电机旋转，丝杠的旋转会带动负载的移动。电机的旋转方向决定了负载移动的方向。方向决定了负载移动的方向。Transmission Stages 传动机构传动机构-电机通常不直接和负载相连，而是通过传电机通常不直接和负载相连，而是通过传动机构连接，用来匹配之间的转速、惯量和扭矩的匹配。典型为同步带、动机构连接，用来匹配之间的转速、惯量和扭矩的匹配。典型为同步带、齿轮等。齿轮等。LoadTableMovementPositive Overtravel Limit SwitchHome Limit SwitchNegative Overtravel Limit SwitchTransmission StageMachineryMotor with FeedbackBallscrew运动执行和传动机构运动执行和传动机构运动执行和传动机构运动执行和传动机构第7页/共43页8Motor with FeedbackCommand Signal Motor PowerPosition FeedbackPosition FeedbackServoDriveMotion ControllerMotion SoftwareServo Motors伺服电机 将电能转换成旋转运动。通常的伺服电机带有反馈装置，将位置值返回给运动控制系统。伺服电机伺服电机伺服电机伺服电机Servo MotorServo Motor第8页/共43页9Motor with FeedbackMotor PowerServoDriveServo Motor FeedbackServo Motor Feedback 伺服电机反馈设备通常安装在电机上，用来提供实际位置伺服电机反馈设备通常安装在电机上，用来提供实际位置反馈给控制器，以确保位置精度。反馈类型的选择则取决于实际应用和用户需求。反馈给控制器，以确保位置精度。反馈类型的选择则取决于实际应用和用户需求。目前有很多不同的反馈检测技术和产品可供选择。目前有很多不同的反馈检测技术和产品可供选择。Feedback Types EncodersAbsolute(Maintain Axis Position when power is lost)Incremental(Lose Axis Position when power is lost)Resolvers(very rugged)Stegmann Hyperface(Absolute Encoder with high resolution feedback)Position FeedbackPosition Feedback To Motion Controller伺服电机伺服电机伺服电机伺服电机反馈的概念反馈的概念反馈的概念反馈的概念第9页/共43页10MassMotor with FeedbackMotor PowerPosition FeedbackServoDriveGravityMotor BrakeMechanical Brake OptionVertical Application伺服电机可以选择带有抱闸装置。伺服电机可以选择带有抱闸装置。例如在垂直负载应用中，为了防例如在垂直负载应用中，为了防止在电机失电的情况下自由落体止在电机失电的情况下自由落体状况的发生。状况的发生。通常，在抱闸线圈通电的时候，通常，在抱闸线圈通电的时候，弹簧压紧，抱闸处于打开状态；弹簧压紧，抱闸处于打开状态；而当电机失电，抱闸在弹簧作用而当电机失电，抱闸在弹簧作用下关闭，防止轴的坠落。下关闭，防止轴的坠落。在其他需要的场合，也需要使用在其他需要的场合，也需要使用抱闸电机。抱闸电机。伺服电机伺服电机伺服电机伺服电机抱闸的概念抱闸的概念抱闸的概念抱闸的概念第10页/共43页11Motor with FeedbackCommand Signal Motor PowerPosition FeedbackPosition FeedbackServoDriveMotion ControllerMotion Software Servo Drives Servo Drives 伺服驱动伺服驱动 接受运动控制器的指令信号，控制电机所提接受运动控制器的指令信号，控制电机所提供的速度和扭矩（电流），要完成这些，驱动器需要将主进线电能供的速度和扭矩（电流），要完成这些，驱动器需要将主进线电能转换成电机所需要的电压和电流，以完成营工控制要求。转换成电机所需要的电压和电流，以完成营工控制要求。Plant Power伺服驱动伺服驱动伺服驱动伺服驱动Servo DriveServo Drive第11页/共43页12Motor with FeedbackMotor Power(3 phase)Motor CurrentMotor Voltage115VAC230VAC460VACServoDriveServo Drives Servo Drives 伺服驱动伺服驱动 主要控制主要控制 2 2 个电机参数个电机参数 Motor Current Motor Current 电流电流(3-phase)(3-phase)和电机输出扭矩成正比和电机输出扭矩成正比 Motor Voltage(3-phase)Motor Voltage(3-phase)和电机转速成正比和电机转速成正比Typical Servo Drive Line Voltage100-240VAC(Single Phase)100-240VAC(3-Phase)230-480VAC(3-Phase)伺服驱动伺服驱动伺服驱动伺服驱动Servo DriveServo Drive第12页/共43页13Motor with FeedbackCommand Signal Motor PowerPosition FeedbackPosition FeedbackServoDriveMotion ControllerMotion SoftwareMotion Controller Motion Controller 运动控制器运动控制器 是系统的大脑，主要有如是系统的大脑，主要有如下下 3 3 个主要功能：个主要功能：存储和执行运动程序存储和执行运动程序控制运动控制运动存贮配置参数存贮配置参数运动控制器运动控制器运动控制器运动控制器第13页/共43页14课程内容课程内容2.运动控制产品 第14页/共43页15单体伺服驱动解决方案单体伺服驱动解决方案 基于基于PTO 脉冲控制的解决方案脉冲控制的解决方案TLY Motorsor MLX 1100/1400Pulse+DirectionPanelview ComponentK3Serial/EIP Class3K3-Modbus-RTU Config.,StatusK300-EIP for Config/Status K 300MPx MotorsIndex 运动解决方案RS485,Modbus-RTUK3 IndexerPanelview ComponentTLYPVP/U3K IndexerRS232/KepServerMPxPVC/K3 Indexer-ModBusIndex Drives(No PLC)PVC/MLX/K3 Indexer-ModBus RTUTLYIndex Drives with ModBus PVC/MLX/K 300 Indexer EIP Class3EIPMPxPVPc/L23/K 300 Indexer-EIP Class 1EIPMPxIndex Drives with Ethernet/IP PVP/MLX/Ultra3k Indexer-DNDNMPxDNMPxPVP/MLX/Ultra3k Indexer-DNIndex Drives with DeviceNet第15页/共43页16集成运动控制解决方案集成运动控制解决方案 Torque:0.096 to 607 NMControlLogix/M08SE/M16SE,8 axisUltra 3K SE Kinetix 2000 Kinetix 6000/6200CompactLogix L43 (2,3&4 axis)CompactLogix L45 (upto 8 axis)SERCOSEtherNetI/PHMI TLY MotorsMPx MotorsHPK MotorsLogixSERCOS DrivesKinetix Integrated Motion Linear ActuatorsLinear MotorsKinetix 7000*IA Motion Differentiators 1)Single CPU(Logix)for PLC/Safety and Motion applications including Kinematics2)Single programming package(RSLogix5000)(for PLC/Motion applications and also for all Logix controllers,Tag based addressing,Alias addressing and program data scoping,Auto creation of structures(easier to install/program/maintain)3)SERCOS-simplifies wiring,more noise immunity,long controller to drive distance,easier diagnostics and maintenance,integration of drive parameters into RSLogix5K&NetLinx benefits4)K2K/K6K Multi axis advantages:Less wiring/reduces i/p power components(reduces cost)common DC bus benefits including energy saving,Safety features in K6K5)Kinetix Accelerator Tool Kit CD Preconfigured LGX/HMI/Motin codes on Power Programming,which reduces commissioning time/down time6)ViewAnywere:Single visualization environment for all form factors of HMI7)Factory talk:Resources(tags/displays)are defined once and shared throughout the system第16页/共43页17Ultra3000SE200W6.6 KW15 KW 18 KW 22 KW93 KW150 KW1.2 KWKinetix 6000 Kinetix 7000100WKinetix 2000Continuous Power Rating我们现在提供的驱动器产品功率覆盖范围我们现在提供的驱动器产品功率覆盖范围第17页/共43页18 共母线的多轴解决方案具有更小的安装空间 易用性SERCOS 接口大大减少了接线数量使得硬件安装更快更容易 安全功能 Kinetix 6000具有安全扭矩关断功能 Kinetix6200和6500具有更多的安全功能包括安全速度，安全门锁功能等。更熟悉的开发环境所有的组态，编程工作使用统一的 RSLogix 5000开发平台进行.Kinetix 2000 伺服驱动器伺服驱动器 小功率小功率Kinetix 6000 伺服驱动器伺服驱动器 中等功率中等功率第18页/共43页19特点单体型驱动器完全兼通 RSLogix 5000支持SERCOS 接口,设计符合 EMF 抗噪要求,提供更丰富的诊断软件接口Kinetix 7000支持HPK-Series 系列大功率异步电机 支持扭矩关断安全motion功能可以配合使用再生电源达到节约能耗的功能。Ultra 3000 伺服驱动器伺服驱动器 中等功率中等功率Kinetix 7000 伺服驱动器伺服驱动器 大功率大功率第19页/共43页20什么是什么是 GuardMotion?GuardMotion 是集成安全功能的运动控制即内置的安全控制功能现在的Kinetix6000和7000驱动器支持以下安全控制功能:安全扭矩关断防止意外启动安全门锁功能Cat1级别停车这意味着您的设备有更高的生产率更快的停机恢复时间(母线无需重新充电,无需重新扫描，等等.)更高的 MTBF时间更少的组件 易于设计、安装、开发和使用第20页/共43页21驱动器新产品驱动器新产品Kinetix 6200仍然沿用Sercos网络接口。使用网络浏览器IE通过RJ45接口和标准以太网协议对安全功能进行配置。兼容现有底板。仅需更换模块并接线即可实现更高级别的安全功能。第21页/共43页22驱动器新产品驱动器新产品Kinetix 6200PL E Solution Kinetix 6000-SPL E Solution Kinetix 6200 and 6500 with S0 control option第22页/共43页23驱动器新产品驱动器新产品Kinetix 6200安全门锁安全使能开关安全使能开关安全停车急停开关安全停车急停开关安全速度开关安全速度开关电机侧编码器负载侧编码器Allen-Bradley 系统级的安全控制第23页/共43页24(Confidential For Internal Use Only)Copyright 2009 Rockwell Automation,Inc.All rights reserved.24驱动器新产品驱动器新产品Kinetix 6500完全符合CIP协议的基于以太网的新一代伺服驱动器。使用以太网RJ45接口。同一网络支持更多轴数，更短的循环刷新时间，更小的系统同步误差。EtherNet/IP 网络接口使得将来设备的改造或移植更方便。控制模块的通用性使得配置和组态更容易进行。第24页/共43页25Copyright 2009 Rockwell Automation,Inc.All rights reserved.25Kinetix 300 Benefits标准的以太网通信接口标准的以太网通信接口减少接线 更易于接入人机界面,工业控制器,I/O 和运动控制网络。易于和易于和 L2x and L3x CompactLogix PACs集成集成.更经济的解决方案所有型号支持安全扭矩关断功能所有型号支持安全扭矩关断功能帮您保护操作者的安全和提高设备运行效率内置的通过网页浏览器即可配置的界面和内置的通过网页浏览器即可配置的界面和诊断功能诊断功能在PC端无需安装任何额外软件，即可对驱动器进行配置，只需有IE浏览器即可。第25页/共43页26现有产品现有产品电机（电机（MP系列）系列）低惯量电机（MPL）同样功率但更小体积，低惯量IEC 标准安装尺寸支持230和460两种电压等级最高支持两百万线反馈可选的抱闸食品级电机（MPF）为食品和饮料行业专门定制同样具有MP系列电机的高性能不锈钢外壳电机（MPS）允许使用水在1200psi以下直接冲洗外表面。可用于需要清洁的食品或饮料行业。第26页/共43页27现有电机现有电机新一代中惯量电机（新一代中惯量电机（MPM）同样扭矩输出电机有更多种速度的电机可供选择。可用于多种中惯量应用场合，包括印刷包装输送，传运场合薄膜生产标准化的法兰接口和轴径。DIN标准接头，可自由旋转改变出线方向。配备高分辨率编码器，满足各种对精度有严苛要求的场合。由于更优化的涉及和更多的额定速度可选择，可以选择更合适的驱动、电机搭配。节约成本，降低系统能耗。第27页/共43页28现有电机现有电机直驱电机（直驱电机（RDD）RDD 产品分类产品分类最适合的应用场合最适合的应用场合RDF 无框电机组件能完全集成到您产品中,可订制和机械框架完全吻合最小体积下提供最大的扭矩输出最小体积下提供最大的扭矩输出易于集成,尺寸固定用于负载需要电机来支撑的场用于负载需要电机来支撑的场合合RDH 含轴承电机易于集成,尺寸固定使用在外部机械已经具有轴承使用在外部机械已经具有轴承支撑的场合。支撑的场合。RDB 无轴承电机第28页/共43页29现有电机现有电机MPAR 和和 TLAR 电动缸产品电动缸产品不锈钢材质的圆柱形末端执行器易于安装使用Allen-Bradley MPL 或 TLY 伺服电机驱动高精度设计的滚珠丝杠高精度的编码器反馈以及可选的抱闸装置 有三种气缸级别的符合 ISO15552*(32,40,and 63)标准尺寸的产品可供选择柔性化的伺服控制功能最大出力可达 2500N(562 lbf)推杆长度最大 800mm 最快速度 1m/sec.免润滑设计，减少维护时间 提供众多的安装附件可供选择第29页/共43页30现有电机现有电机MP 系列重载电动缸系列重载电动缸Servo 驱动的直线运动缸 两种尺寸:83&110mm (3.3”,4.4”)可选的推杆长度:150,300,450mm(6,12,18”)可选滚珠丝杠或圆锥滚子丝杠驱动(导程:5&10mm)最大推力:最大输出 14679N(3300 lbf.)支持连续100%额定工作制下工作速度:最快可达 559 mm/s(22”/sec)支持230V和460V两种绕组。支持高分辨率的编码器接口MP(MP-Series Servo)A(Actuator)I(Integrated)第30页/共43页31现有电机现有电机直线电机（直线电机（LDL，LDC）LDC-系列系列 含铁心直线电机含铁心直线电机5 种框架尺寸30,50,75,100 and 150最大出力 5246 N最大驱动器输入电压 460 Vac两种绕组设计(高速和低速)含热敏传感器保护装置含霍尔传感器包含飞线或预制电缆出线磁块表面由不锈钢材料防护IP65 保护等级CE 认证&UL 认证LDL-系列系列 无铁心直线电机无铁心直线电机3 种框架尺寸30,50,and 75最大出力 1977 N最大驱动器输入电压 230 Vac两种绕组设计(高速和低速)含热敏传感器保护装置含霍尔传感器包含飞线或预制电缆出线IP65 保护等级CE 认证&UL 认证什么是 LDC-系列 和 LDL-系列直线电机?第31页/共43页32现有电机现有电机直线运动平台（直线运动平台（MPAS）直线运动平台有三种：电机和丝杆驱动，电机皮带驱动，直线电机驱动.在高速和相对小推力的应用中通常选用同步带或直线电机驱动。同步带驱动最大速度可达3 m/s.直线电机驱动的最大速度可达 5 m/s.为了在成本上比直线电机更优化，同时又想获得比同步带驱动更高的速度,我们推出了 MP系列电机集成滚珠丝杠的直线驱动平台.直线电机驱动MP电机和丝杠驱动第32页/共43页33现有电机现有电机多轴直线驱动平台（多轴直线驱动平台（MPMA）MPMA多轴直线驱动平台是有多个MPAS直线驱动平台组合而成。中央堆叠的中央堆叠的XY型型笛卡尔堆叠的笛卡尔堆叠的XY型型中央堆叠的中央堆叠的XZ型型已经发布的产品包含以下三种形式第33页/共43页34课程内容课程内容3.设计和开发软件 第34页/共43页35Motion Analyzer一款完全免费的选型和优化软件。Input：您设备的机械数据和工艺参数（速度，加速度）Output：合适的电机和驱动选型，对机械传动进行优化尝试，仿真并获得经可能接近实际情况的PID镇定参数。最大化减少从设计到实施的时间。可与SolidWorks交互实现动态仿真，更精确的获得系统实际驱动扭矩和反作用力。第35页/共43页36统一的开发平台统一的开发平台Logix5000统一的控制引擎 Logix 控制系统平台,实现:客户价值:简化系统设计和组态加快安装调试及启动优化系统运营和管理减少系统采购,培训,维护及备品备件费用自动化界唯一能够实现六种控制策略的控制平台Motion运动运动Drives传动传动Safety安全安全Discrete离散离散Batch批处理批处理Process过程过程Drive传动传动Safety安全安全第36页/共43页37课程内容课程内容4.运动控制中的机电融合第37页/共43页38Copyright 2009 Rockwell Automation,Inc.All rights reserved.38运动控制中的机电融合运动控制中的机电融合Mechanical DesignControl DesignMotion System Design“是多种学科的协同工作是多种学科的协同工作”机电一体化设计是集机械、电器、控制系统设计与一体的综合性设计工作，能使设计的机器具有更高性能和资源更优化！第38页/共43页39环境温度/系统温升减速比设备传动机构机械机械 还是还是 电气？电气？系统控制精度安全性控制环整定使用寿命电源影响机械物理模型各个学科的通力协作将十分必要第39页/共43页40系统温升模型对于设备出口到不同气候的地区非常有用速比设计分析引导设计者得到优化的方案系统效率分析帮助提高设备性能并降低能耗关注设备整体性能关注设备整体性能系统误差分析针对设备应付变化的能力，提供内在视角安全性分析帮助输出最大化，而不牺牲安全性系统整定方案帮助减少设计错误并可以减少设备调试时间使用寿命评估计算集成直线平台，并自动获得L10级的寿命评估提供电压波动分析对于很多在现场可能带来服务成本的设备问题，减少发生的可能三维 CAD 集成下载运动控制模型并在机械设计阶段核实运动曲线通过将各学科参数和整体所需指标间的关系量化，从而整体优化系统参数第40页/共43页(Confidential For Internal Use Only)Copyright 2007 Rockwell Automation,Inc.All rights reserved.41问题？问题？第41页/共43页(Confidential For Internal Use Only)Copyright 2007 Rockwell Automation,Inc.All rights reserved.42谢谢！谢谢！第42页/共43页
