多電機驅(qū)動漲力控制的同步---討論

次元碎片

俺認為單臺的小閉環(huán)是必須的，張力傳感器應(yīng)該是相鄰小閉環(huán)系統(tǒng)之間的連接信號，保障銅箔不被拉斷或起皺，應(yīng)該引入PLC，俺張力傳感器的反饋對這個8個小閉環(huán)做調(diào)控，經(jīng)濟一點的方案是用帶多軸位置功能PLC，外加擴展位置功能模塊，好像有個牌子的PLC有4軸位置功能，忘了哪個牌子了

螺旋線

單純從同步角度來講，不需要PLC，只需要一個電位器就夠了。這個電位器做為第1電機的速度給定，從而控制整個的速度。第2電機和第1電機同步，由張力形成閉環(huán)。第3電機和第2電機同步，也由張力形成閉環(huán)，其余類推。
閉環(huán)回路最好是模擬量信號，做好屏蔽處理，這樣的響應(yīng)速度最快。閉環(huán)回路環(huán)節(jié)越多，精度越差。

accl

個人認為，這種多分部線速度+張力控制系統(tǒng)的實現(xiàn)難度不大，原因有二：
1、線速度應(yīng)該不會太大；
2、沒有涉及到中心軸卷取控制和退卷控制。
但為什么控制效果不好，我認為原因主要體現(xiàn)在控制方案的確定有偏差，對工藝要求和工藝設(shè)備的特性了解得不夠，選定的方案自然就有缺陷，盡管都用到伺服控制+張力檢測反饋，具體的問題體現(xiàn)在：
1、雖然提供了一個總的速度給定基準，同時采用了伺服控制器，但伺服系統(tǒng)的速度控制穩(wěn)定性因為單個分部的張力控制小閉環(huán)系統(tǒng)給破壞了；
2、雖然采用張力控制小閉環(huán)系統(tǒng)，但這種做法不但沒有給速度和張力控制帶來穩(wěn)定性，反而由于銅箔帶與輥輪之間由于包角不夠或其他可以導(dǎo)致靜摩擦不夠的原因，使單個分部的調(diào)節(jié)結(jié)果傳遞到其他分部，特別是前一個分部，從而導(dǎo)致控制功能紊亂。
  解決的辦法其實并不復(fù)雜。在本系統(tǒng)的線速度控制上采用具有速差的速度鏈傳遞系統(tǒng)即可，即前一個分部的實際速度+速差給定作為后一個分部的速度給定，逐級傳遞即可。
  最好用一套PLC（要求不高，能夠提供告訴脈沖串即可）+簡單的HMI(用于速度給定和速差給定的輸入，速度和張力顯示），取消分部閉環(huán)張力調(diào)節(jié)功能，張力傳感器可以保留，其反饋值用于速差給定調(diào)節(jié)的參考，只體現(xiàn)其監(jiān)控功能。
相信原系統(tǒng)經(jīng)過此改造后，可以保證其穩(wěn)定運行，滿足工藝需要。

小白菜

樓上講的很有道理。

螺旋線

根本問題就在于分級控制。
每級的張力只和前后電機有關(guān)，和其他的電機無關(guān)，同步板的引入恰好破壞這種平衡，造成紊亂。
另外，PLC脈沖方式只能在要求不高場合使用，要求高，脈沖方式是不行的。
但在該場合，同步是靠張力傳感器來的模擬量，脈沖只是給定整個線的運行速度，不影響。
提醒：要考慮帶料斷了以后的處理。也要考慮張力傳感器失效的監(jiān)控和處理，不然要飛車的。
2微米的薄膜都能高速卷取，這個自然不再話下。

accl

給定方式如果用通訊方式，當然更理想了，但印象中日系產(chǎn)品基本上都采用脈沖方式輸入。
如果每個分部的輸送輥輪能線壓用壓緊（氣動或液壓）方式，原系統(tǒng)應(yīng)該可以工作。
但考慮到銅箔帶的材料性能較軟，或因壓緊破環(huán)表面性能，這種方式顯然不可取。

螺旋線

呵呵。樓上是經(jīng)驗豐富啊。俺只是紙上談兵罷了。
通訊還要看是什么通訊，485就免了。目前，通用伺服，日系（三菱已經(jīng)推出支持總線結(jié)構(gòu)的驅(qū)動了），臺系基本都是脈沖或485，這就注定只能用在要求低的場合。但性價比很高，歐美的一個字：貴！
最厲害的伺服其實是模擬量的，比如，西門子最高端的數(shù)控系統(tǒng)，840C就同時支持模擬和數(shù)字伺服。但模擬伺服很不好玩，主要是干擾和零漂問題。

我在飛

大家對這臺設(shè)備的控制系統(tǒng)改造有什么實質(zhì)性的方案？請深入討論。

我在飛

我的一位網(wǎng)友回的信息。

“這些張力是要慢慢調(diào)整的，因為設(shè)計是這樣，可往往實際的生產(chǎn)線因為各種原因會有誤差，我接觸過幾條鍍鋅、彩涂生產(chǎn)線，不過他們一般用的直流電機、或者變頻電機。感覺直流調(diào)起來比較方便。如果要控制每個張力輥的張力連動運行一般都需要半個多月的不斷調(diào)試時間”

我在飛

在瀏覽網(wǎng)頁時看到一篇文章與我們的議題有關(guān)，轉(zhuǎn)貼來大家繼續(xù)討論。

為了滿足諸如印刷機或其他自動化系統(tǒng)中多軸運動的同步需求，我們需要開發(fā)更高級的控制技術(shù)。高速網(wǎng)絡(luò)協(xié)議能夠有效滿足復(fù)雜自控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸與控制要求。
　　隨著時代的進步，功能強大的控制器和處理器不斷涌現(xiàn)，工業(yè)級自控系統(tǒng)中可控運動軸的數(shù)量正呈穩(wěn)步增長態(tài)勢。但是，在許多的這些控制系統(tǒng)中，例如串行制造階段做點到點運動的標引站，或者是分布式系統(tǒng)中的并行運動路徑，運動軸的運行依然相互獨立。
　　相比之下，更為復(fù)雜的自動化系統(tǒng)中都會需要各種運動軸的同步。不管是印刷機，計算機數(shù)控（CNC）機床，還是用于金屬成形和飛剪系統(tǒng)的線速度高達152米/分鐘（500英尺/分鐘）的高速動態(tài)反饋機，等等，都需要有更高級的控制技術(shù)來滿足自控系統(tǒng)中的多軸運動。高速網(wǎng)絡(luò)協(xié)議能夠有效的滿足其數(shù)據(jù)傳輸和控制需求。
　 　　Baldor公司通過其NextMove多軸控制器和Ethernet Powerlink (EPL)基于以太網(wǎng)技術(shù)的實時運動控制總線實現(xiàn)了同步運動控制。據(jù)Mazurkiewicz所言，NextMove控制器可插補多達16軸，其中包括同時啟動/停止功能。他還說，“受處理器能力限制，目前插補軸的數(shù)量最多為16個。”此外，通過使用Powerlink，NextMove 100還可以同步控制伺服軸(輸出范圍 ±10 V) ，步進軸（脈沖型和直流型）及其他運動軸。

　　博世力士樂集團公司在近20年來一直致力于建立使用數(shù)字光纖SERCOS(串行實時通訊系統(tǒng))接口（國際標準IEC 61491）的多軸同步運動控制系統(tǒng)，該公司電氣設(shè)備和控制部工業(yè)機械工具分部經(jīng)理Karl Rapp指出，“SERCOS精確的同步能力—同步時間誤差小于1微秒—已經(jīng)有力地證明了其在最新應(yīng)用中的能力。”對SERCOS816芯片的評測顯示其實際同步誤差低至0.035ms，這充分肯定了SERCOS對同步運動的適用性。最新版本的SERCOS III（支持100MHz的以太網(wǎng)）與老的SERCOS相比增加了新的功能，并進一步增強了I/O系統(tǒng)的能力。
　　協(xié)調(diào)，同步，插補
　　協(xié)調(diào)，同步和插補是應(yīng)用于這一特殊控制領(lǐng)域的不同復(fù)雜程度的控制方法。協(xié)調(diào)控制www.cechina.cn，用于對運動路徑要求較少但對速度要求較嚴格的地方，例如，博世力士樂公司指出，在有障礙物的環(huán)境中以盡可能高的速度進行無震蕩混合運動。（“震蕩”是加速度的倒數(shù)或位移的三次倒數(shù)，最小震蕩對于運動系統(tǒng)性能和減小磨損非常重要。）如果用戶編寫的程序邏輯能夠?qū)f(xié)調(diào)軸運動到指定位置控制工程網(wǎng)版權(quán)所有，并且該位置是由路徑向量得到的速度和加速度的梯度值所決定的，那么這一運動就與插補相似。然而，這種計算只在每次運動前發(fā)生一次，這與插補（見下文）并不相同，Rapp解釋道。
　　同步引入了一個主軸和一個或多個“從軸”的概念。主軸可以是一個“真正的主軸”，如金屬沖壓飛輪上的編碼器，或是一個“虛擬主軸”，如記錄標記或由運動控制器或驅(qū)動器產(chǎn)生的編碼器。例如，電子線路軸傳動（ELS）技術(shù)CONTROL ENGINEERING China版權(quán)所有，可以用一個主編碼器同步多達32軸，并且能夠以電子方式改變各個軸的傳動比率，博世力士樂公司的控制產(chǎn)品經(jīng)理Rami Al-Ashqar說。
　　插補——用于下面講到的精確路徑——插補被認為是集成了最復(fù)雜的運動控制的方法，特別是用于多軸運動的控制。路徑計算器或插補計算器在運動中不斷重復(fù)計算運動路徑向量（通常是以毫秒時間為間隔的）。“我們需要為所有參與運動的軸的位置增量推導(dǎo)加速/減速和速度向量。” Al-Ashqar說，“插補算法必須能夠預(yù)先計算出軸運動是否會超限，如果有，算法需要能夠主動降低該路徑的速率以避免其發(fā)生。”
博世力士樂公司已經(jīng)建立了響應(yīng)時間為0.5毫秒的8軸CNC機床和響應(yīng)時間為4毫秒的64軸CNC機床的插補標準。 “采用SERCOS接口的智能驅(qū)動器能夠以0.25毫秒的最高精度實現(xiàn)位置閉環(huán)和零漂補償。” Rapp說。
　　通過采用SERCOS接口和多重驅(qū)動產(chǎn)品，博世力士樂公司的同步和插補運動已得到廣泛應(yīng)用。這其中包括，它最新的機床器械控制器，多達8個同步軸，命名為IndraMotion MLD-M 的IndraMotion MTX. Simpler裝置。該裝置通過在驅(qū)動中嵌入運動引擎而為OEM廠商和最終用戶節(jié)約了成本。對于較大的系統(tǒng)，該公司還開發(fā)了多達64軸的IndraMotion MLC控制器。
　　“在控制系統(tǒng)的設(shè)計階段就必須著力于運動路徑精確跟蹤的實現(xiàn)，而且不僅要求功能上能夠?qū)崿F(xiàn)，更要求智能驅(qū)動的閉環(huán)控制的高速執(zhí)行。” Rapp補充道。
　　以羅克韋爾自動化公司的視角來看，從一些運動控制的多軸簡單啟停到復(fù)雜運動路徑控制中所有受控軸的插補，這些都屬于協(xié)調(diào)運動。據(jù)該公司Logix控制器市場部經(jīng)理Bob Hirschinger所言，需要有高性能的控制器才能實現(xiàn)以上協(xié)調(diào)運動的控制，這些控制器必 須具備以下功能中的一項或多項：
　　■ 協(xié)調(diào)系統(tǒng)分類——使用多軸插補時允許軸分組；
　　■ 多軸插補曲線——直線，圓形控制工程網(wǎng)版權(quán)所有，橢圓形或與協(xié)調(diào)系統(tǒng)相關(guān)的兩軸或多軸特殊插補曲線；
　　■ 運動學(xué)規(guī)律——控制非線性機械系統(tǒng)，如連桿傳動系統(tǒng)；
　　■ 多軸位置凸輪(PCAM)曲線控制——同步位置，速度www.cechina.cn，或高達五次方插補的主從曲線多軸扭矩（使運動路徑曲線得以平滑）；
　　■ 同步伺服閉環(huán)——使用模擬型或數(shù)字型網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動接口，如SERCOS接口。
　　Hirschinger 說，“應(yīng)用型運動控制器具有較高的應(yīng)用程序執(zhí)行速度，先進的曲線控制性能以及強大的功能特性，例如定位控制，動態(tài)路徑重計算，相位偏移控制等等。”
　　羅克韋爾自動化公司提供一系列可編程全自動控制器，該系列控制器支持直線/圓弧插補，先進的PCAM功能CONTROL ENGINEERING China版權(quán)所有，以及各種運動變換。單控制器支持多達32軸，多控制器則可容納更多的同步軸。另外，還有更多顯著特點包括，PCAM曲線編輯（由圖形編輯器或表格式數(shù)據(jù)輸入器支持）和由一個基于圖形的配置表支持的多種運動變換功能。此外，在梯形圖www.cechina.cn，結(jié)構(gòu)文本（ST）和順序功能圖（SFC）中，有40種運動形式可實現(xiàn)。
　　Hirschinger 解釋說，SERCOS接口連接了驅(qū)動和運動控制器，控制器負責(zé)管理所有的運動路徑計算，提供軸同步信息，并且發(fā)送位置/速度命令信息到閉合伺服回路的驅(qū)動。
　　倍福自動化公司同樣認識到同步運動在控制領(lǐng)域的特殊地位。“運動軌跡必須根據(jù)有關(guān)運動活動進行計算，這要求計算次數(shù)的增加，而不是多個獨立受控軸數(shù)量的增加，” 高級工程師Robert Trask說，“為了使控制簡單化，同步運動多采取主/從控制關(guān)系——多個從軸同步于一個主軸工作。”
      Baldor公司將同步和插補加以區(qū)別，他們認為，同步，是指運動軸由被參照機器（通常是一個帶有主編碼器的主運動軸）“給定時鐘”，而插補，是指兩個或多個軸在同一條曲線上運動必能同時啟停。同步功能包括軸間速率給定（電子傳動），位置偏移調(diào)整，電子凸輪曲線和飛剪運動調(diào)整。軸插補可以是直線型的，也可以是圓弧型的或高次曲線型的。
及時的數(shù)據(jù)交換
　　由于今天PC平臺上前所未有的數(shù)字帶寬的實現(xiàn)，倍福公司將它的控制理念集中于用一臺工業(yè)PC進行位置閉環(huán)控制上——在實際應(yīng)用中采用實時控制軟件和穩(wěn)定的雙向通訊裝置。“難點不在于控制系統(tǒng)，而在于對操作系統(tǒng)（OS）的控制，以及快速循環(huán)的數(shù)據(jù)輸入輸出方式，” Trask說。倍福公司采用微軟公司的多種操作系統(tǒng)，并已經(jīng)開發(fā)了自己的實時內(nèi)核用來管理這些專項控制任務(wù)。他還指出：“控制程序在操作系統(tǒng)底層運行的實現(xiàn)使得控制程序能夠獨立于操作系統(tǒng)進程。”.
　　倍福自動化主推其產(chǎn)品。做為一項快速發(fā)展的技術(shù)，該產(chǎn)品適用于運動控制的高速工業(yè)以太網(wǎng)連接，并能適用SERCOS接口進行運動數(shù)據(jù)的循環(huán)交換。該系統(tǒng)允許在一臺核心工業(yè)PC上實現(xiàn)位置閉環(huán)，從而使同步運動更易管理。“軸與軸之間的數(shù)據(jù)交換對于同步是非常重要的，同時還要保證握手信息不含因為控制器或‘延時殺手’發(fā)出的錯誤信息，事實上同步運動歷來都受到這些錯誤信息的困擾。” Trask說。
　　“EtherCAT使用了一種在以太網(wǎng)物理層傳送數(shù)據(jù)的絕佳方法，它能夠允許無限制的數(shù)據(jù)同步在微秒范圍內(nèi)，”他繼續(xù)說到www.cechina.cn，“這雖然是最好的方式，但卻難以用于其他的工業(yè)協(xié)議，也不可能用于傳統(tǒng)的TCP/IP協(xié)議。”由于EtherCAT是一個IEEE-registered幀類型的以太網(wǎng)，它使用標準的硬件和連接線纜，也不需要特殊的網(wǎng)絡(luò)管理工具，所以，它的性價比仍是比較高的。EtherCAT技術(shù)小組是一個開放式的貿(mào)易組織，擁有500多成員支持該協(xié)議，也有很多的供應(yīng)商提供該產(chǎn)品。
　　對于協(xié)調(diào)運動控制，倍福公司使用的是其基于IEC 61131-3標準的TwinCAT控制組件和軟件。據(jù)Trask所言，TwinCAT運行于PC上并能控制40到50個協(xié)調(diào)軸。

　　校正和診斷
　　丹納赫傳動公司的系統(tǒng)工程師Lee Stephens指出，旋轉(zhuǎn)控制是另一種需要協(xié)調(diào)運動的應(yīng)用。通常來說，龍門的各個面（軸）必須同步以確保系統(tǒng)的精確性和可重復(fù)性。“誤差數(shù)量的多少并不重要，誤差是否有關(guān)聯(lián)或等同以及誤差的極性是否相同才更重要，”他說。如果不能實現(xiàn)同步運動，在運動過程中，龍門可能會產(chǎn)生不穩(wěn)定震蕩——如同一個人“走在梯子上”一樣。震蕩導(dǎo)致的后果，除了系統(tǒng)不準確外，還可能損壞軸承并引發(fā)系統(tǒng)故障。
　　Stephens認為校正和診斷工具對于分析原因、調(diào)整系統(tǒng)和加強系統(tǒng)穩(wěn)定性非常重要，有了這些工具就不必每次都要更改增益值，因此不會對系統(tǒng)性能造成大的影響。“良好的錄波功能對于運動控制器特別是協(xié)調(diào)控制非常重要。”他說。
　　丹納赫傳動通過它的實時數(shù)字網(wǎng)絡(luò)SynqNet實現(xiàn)同步控制。Stephens指出，使用一個運動管理器對軸進行控制可以使指令源同一化，他補充說：“SynqNet的鎖相環(huán)專利技術(shù)對于受不同時鐘控制的軸間數(shù)據(jù)流的同步非常有效。”對于要求更多運動軸或I/O點的更復(fù)雜的控制應(yīng)用而言 ，丹納赫的SynqNet控制器諸如XMP，eXMP (內(nèi)含嵌入式CPU)，和ZMP都支持多達32軸。
　　為了最大限度地減少協(xié)調(diào)軸間的誤差，避免因線纜衰減，電氣噪聲，或接觸不良導(dǎo)致的數(shù)據(jù)和控制信號的丟失是至為關(guān)鍵的。Stephens建議建立數(shù)據(jù)誤差日志（循環(huán)冗余校驗），通過校驗可以發(fā)現(xiàn)和分析數(shù)據(jù)流發(fā)生問題的軸。
　　西門子能源與自動化在實現(xiàn)多控制器同步的同時，也實現(xiàn)了產(chǎn)品的序列標號化，滿足了機械制造商的愿望，同時還可為客戶特別的要求提供專門化的服務(wù)。為了實現(xiàn)這一目標www.cechina.cn，各制造商能將各自獨立的模塊集成為一臺完整的機器，然后對整個系統(tǒng)實現(xiàn)同步，就像只通過一臺控制器一樣簡單，Simotion產(chǎn)品經(jīng)理Zuri Evans解釋說。市場定位于運動系統(tǒng)整體控制器的西門子’ Simotion會有利于這一目標的實現(xiàn)。
　　“一旦控制器實現(xiàn)同步，Simotion允許機械制造商從一個控制器到任何另一個控制器的任何一個軸用相同的指令進行傳動調(diào)整（例如，齒輪調(diào)整或凸輪調(diào)整），” Evans說，“如果能夠?qū)崿F(xiàn)，這一模塊化控制的概念可以節(jié)約多達80％的維修時間。”
　　最近CONTROL ENGINEERING China版權(quán)所有，西門子公司研發(fā)了一種印刷涂裝機。在該機器中，有8個Simotion驅(qū)動控制器同步著共109個協(xié)調(diào)軸。“然而，被同步軸的精確度和數(shù)量同等重要，” Evans 補充道www.cechina.cn，“例如，在印刷機上，印刷過程中任何同步的改變都會造成印刷品的模糊。”據(jù)報道www.cechina.cn，Simotion能夠以小于1微秒的震蕩幅度滿足嚴格的同步需求。
　　應(yīng)對更多的運動軸
　　“實時以太網(wǎng)協(xié)議，如Ethernet Powerlink，放寬了通常受運動控制器控制的軸的數(shù)量，” Baldor公司的Mazurkiewicz說，“Powerlink能夠輕松應(yīng)對同步，插補和協(xié)調(diào)。”它同樣能夠方便的監(jiān)控協(xié)調(diào)軸的位置，簡化軸同步（因為主編碼器的參考值能夠通過網(wǎng)絡(luò)傳送到各個地方，從主編碼器到各驅(qū)動器之間不再是離散的有線連接），并且網(wǎng)絡(luò)的實時特性有助于插補的建立，Mazurkiewicz解釋說。
　　博世力士樂——該公司一直倡導(dǎo)將SERCOS接口作為一種執(zhí)行工具應(yīng)用于CNC領(lǐng)域或其他市場的復(fù)雜運動控制——他們認為，最新版本的SERCOS III能夠在不犧牲系統(tǒng)性能和不增加控制成本的同時提高機械制造商的可控軸數(shù)量。
　　西門子公司指出，在不久的將來，Simotion系統(tǒng)能夠?qū)⒃趩闻_機器上同步多控制器擴展到在多臺機器上同步控制器，但并沒有提到具體的實現(xiàn)時間。西門子計劃通過使用Profibus或Profinet在同步機器和各個OEM廠商或第三方控制器間進行通訊，實現(xiàn)相比傳統(tǒng)解決方案的時間和成本的顯著節(jié)約。
　　羅克韋爾自動化的Hirschinger建議，繼續(xù)提高曲線控制技術(shù)能夠簡化同步運動控制。他認為，使用更強大處理器將加快復(fù)雜曲線和伺服回路算法的執(zhí)行效率，而先進的軟件工具能夠簡化運動曲線定義的開發(fā)和驗證。在Hirschinger提到的近來會得到發(fā)展的技術(shù)中，值得注意的還包括先進的驅(qū)動器伺服回路算法的實現(xiàn)，該算法能夠改善電機軸控制和進一步提高先進的運動控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，同時提高分布式驅(qū)動器的同步能力——例如，基于國際標準IEEE 1588的以太網(wǎng)定時服務(wù)。
　　以上這些技術(shù)的進步和其他技術(shù)的發(fā)展能為工程師提供更多的工具，以更好地在他們的自動化系統(tǒng)中實現(xiàn)運動軸的協(xié)調(diào)，同步和插補。