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 应用探讨——SIMOTION同步功能的原理与应用

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西门子官方工程师西门子官方工程师

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精华帖:8
楼主    2013-05-02 09:28:37
主题:应用探讨——SIMOTION同步功能的原理与应用
SIMOTION是西门子推出的一款经典的运动控制器,已经在各类生产机械中得到了广泛应用。SIMOTION产品家族也不断推陈出新,随着S120控制单元的升级,SIMOTION运动控制器D4xx-2开始出现,让大家耳目一新:硬件上更加紧凑,功能上更加强大,性能也得到进一步提高,其高端产品D455-2 DP/PN可以支持高达128个Axis的控制。除了硬件更新以外,SIMOTION还提供了丰富的应用功能库,直接调用这些功能库,即可实现Rotary Knife、FlyingSaw、Winder、Toploading、Line Tension Control等等各类应用,大大减小了编程人员的工作量,提高工作效率。

从功能上讲,我们都知道,SIMOTION除了能完成逻辑控制和工艺控制的功能以外,还有丰富而强大的运动控制功能,比如电子齿轮同步、电子凸轮同步、3轴路径插补等等。其中,同步功能在工业现场有着十分广泛的应用,广泛应用于包装、纺织、印刷、塑料、金属成型等各行业中,有些场合要求简单,而有些场合要求就很复杂。不同的应用场合同步的方式、精度等等有着不同的要求,高精度的同步的实现对于提高产品质量、提高产能、提高竞争力有重要的现实意义。

SIMOTION的同步功能有很多地方值得我们在这里相互讨论:
1.统一思想:同步的概念与定义?与负载平衡的区别?
2.分类清晰:SIMOTION的同步功能有哪些类型?有什么区别?
3.应用明确:哪些应用场合需要使用同步功能?使用哪种类型的同步更合适?
4.功能实现:同步功能如何实现?编程方法?
5.注意事项:同步功能调试时要注意哪些问题?有哪些技巧?
6.更进一步:外推Extrapolation的概念?外推时间的计算?

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lion_zheng
侠客

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精华帖:5
23楼    2013-05-25 23:11:23
精华帖  主题:回复:应用探讨——SIMOTION同步功能的原理与应用
关于小釉大侠的几个疑问,谈谈我的看法
[COLOR=blue]
1: 外部编码器作为主轴时,我一般也设置滤波。我的设置一般是10ms,只是经验,没有什么理论依据。
一般以什么依据来决定滤波的时间呢?通过trace还是通过要求的速度,加速度,精度等参数呢?[/COLOR]
我认为滤波时间确实是根据编码器的实际抖动情况来设置的,如果抖动幅度较大,那么设置的时间就较长.
[COLOR=blue]
2:关于第3)不是很同意你的观点,滤波是速度平滑不加,但是如果设备不是高频的运动情况下,位置精度是不会有损失的,因为最终的位置还是会达到的,只是推迟了滤波的时间。[/COLOR]
你的意思我能够理解, 滤波确实是一个延时的环节. 如果应用的是POS指令,目标是达到确定的位置,那么在设置的滤波时间之后,最终位置是能够到达的. 但如果是实轴和编码器做Cam/gear同步时, 关注的是整个过程的位置有多大的偏差, 这时滤波的误差就是需要考虑的. 下图是一个钢板飞剪设备,黄色是编码器滤波前的速度,红色是由于滤波时间造成的偏差.可以看到这个偏差和编码器的速度是有关系的. 偏差的数值能够达到几十mm,所以必须要进行处理



[COLOR=blue]3:关于滤波的方式还需讨论一下,simotion的滤波采用了pt1滤波吗?还是别的滤波方式。
现在看到滤波参数同时出现了t1和t2两个参数,不知道如何权衡着两个参数的设置。[/COLOR]

如下图, 查看Simotion的功能图,能够确定是PT2滤波, 但PT2滤波的细节我还没搞清楚




4.如何才能在实现位置同步的同时,速度也同步,转矩也同步,功率也同步???

假设任何条件都是理想的, 两个电机完全相同, 机械结构完全对称, 那么位置,速度,扭矩,功率都应该是相同的.
但是机械和电,伺服驱动器都不是理想的, 速度同步时会有位置误差, 位置同步时扭矩又不平衡,
所以脱离机械结构去考虑控制方法没有太大意义, 应该努力去寻找最适合机械结构的那种控制方式
举几个例子
A)龙门铣
由于龙门架可能很宽5-10米, 龙门铣的两个轴之间使用的就是纯位置同步,gantry轴,
这种应用是假设如果两个电机(或光栅尺)位置一致,那么就能够满足要求, 应用中是不考虑扭矩和功率的.
B)曲轴车床
带动曲轴旋转的是两个电机, 两个电机中有一根轴进行刚性连接.
这种应用中,在模拟驱动控制的时期,90年代之前,完全使用扭矩同步, 就是把主电机的扭矩实际值发给从电机作为扭矩设定值. 由于那根刚性的轴很结实,
能够保证扭矩同步时,位置一致,因此使用起来也没有问题.
C)汽车钢板落料线的伺服送料
两个伺服电机带动上下两个送料辊夹住钢板, 向前送料, 两个电机见有刚性连接, 但是有间隙.
现在的做法是, 从轴和主轴间是速度同步, 同时检测两个电机的扭矩差, 如果扭矩差大于阀值,那么扭矩较小的电机会叠加一个很小的速度.
这个方法的效果还需要验证.

5.在cam同步过程中,如果主轴或者从轴的位置值超出了cam曲线的范围,此时会出现什么情况?
关于主轴超过范围,
这要看你的CAM耦合方式是不是循环的(Cyclic cam),
如果不是循环Cam可能会出现报警,没有试验过
如果是循环Cam, 还要看Cam曲线是不是封闭的,就是Cam曲线的起点(图上的纵坐标)和终点是否重合.
如果是封闭的,那么主轴超限不会出错.
如果不是封闭的, 会报警50007同步错误, 大概意思是"Cam 不允许反转"

关于从轴超过范围
我理解,如果Cam能够成功的CamOn之后, 从轴超过范围会引发跟随误差报警, 同时Cam也会报警. 这个应该是和伺服轴的跟随性能有关系的.
http://www.cnblogs.com/lion-zheng/
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