双闭环控制系统 打造汽车工艺新“轨”迹

双闭环控制系统 打造汽车工艺新“轨”迹

挑战

  • 在汽车行业竞争越来越激烈,各品牌类型越来越多样, 性能越来越复杂, 人性化设计越来越突出的行业背景下, 汽车零部件的生产也发生了翻天覆地的变化。如何在保证产品精度的同时也提升生产效率? 如何帮助客户缩短产品上市周期? 如何在供应链上发挥最大的效用以形成协同价值? 汽车零部件的生产可谓牵一发而动全身。

解决方案

  • 辊压机系统在汽车零部件的生产中具有广泛的应用,早已是担当重任的“老将”:型材随着滚轮的旋转运动,向前进给并顺次成型,到达一定长度后切断备用。“提高速度并减小误差一直是汽车导轨生产的难点之一,”该企业生产部张立新经理介绍到,“这套新解决方案能在高速生产时能够将误差控制在±1mm之内,完美解决了这一高难度命题。

成果

  • “三个月的时间,我们完成了双闭环控制系统的辊压机设备的设计、模型制造和验证、组装和调试,产品的一致性提升了系统的性能和设备成套时间。实践证明,罗克韦尔自动化能够帮助客户将产品的上市时间缩短一半甚至更少。”王自有这样总结。

不论是旭日东升的征程还是万家灯火的归途,也不论是车流如织的闹市还是独自前行的僻壤,汽车这个“移动的家”承载着越来越多的期望和寄托,也演绎了数不胜数的创举和传奇。

如今,罗克韦尔自动化助力汽车导轨生产工艺升级,创新性地将双闭环控制系统应用于辊压机系统解决方案,实现更精准、更稳定、
更快速的导轨断续切断新工艺,为汽车生活更增细节品质。任他窗外风景变换,车内始终静谧安定。

满足汽车制造的“快”趋势

当汽车作为高品质生活必不可少的基础配置,极致精细的加工工艺、人性化的细节设计、快速变换的生产能力,已经成为汽车零部件设备商以及汽车零部件供应商的核心竞争力。罗克韦尔自动化携手客户打造新型辊压机设备,实现汽车导轨生产新的工艺要求, 真正以“创新”驱动供应链协同发展。

”从提出需求到接到设计方案,仅仅两周的时间,“双闭环控制系统的辊压机解决方案是一项创举,实现了新的断续切断工艺,真的让人眼前一亮。”

与传统辊压设备相同,该系统由开卷机、辊压机、辊压工装、切断机、液压站、润滑机构、移动操作台和配电柜等七部分组成。创新之处在于,首次在辊压机设备中使用双闭环控制,不仅在停机剪断和随动追剪两种模式下实现高精度剪切,还可以精确控制生产速度并随意切换产品长度。

“双闭环控制系统应用于辊压机是业内一次领先的尝试,这套解决方案最为突出的特点是精准控制,在更换生产任务后不用进行人工调试。”系统的主要设计者、罗克韦尔自动化的分销商——北京首科力通机电设备有限公司河南技术总监王自有指出,极强的生产灵活性正顺应了多品种、小批量、快节奏的生产趋势。

双闭环控制系统实现导轨生产“新”工艺

该辊压机设备由两台30kW异步电动机驱动,并且都配有电机编码器,切断机侧的主电机带动钢带向前运动,开卷机侧的从电机协助主电机向前运送钢带,设备运行状态分为送料过程、连续生产过程和断续生产过程三部分。辊压机设备将停机剪和连续追剪功能合二为一,并首次集成了变频器双闭环应用,在大幅提升效率的同时,保证了导轨产品的精度。

送料阶段,两台电机都做速度闭环控制,驱动辊压工装向前送料,直到将钢带穿过切刀为止,为自动运行做好准备。这一阶段,由于测长轮侧没有料而无法采集编码器信号,主从电机都采集本身电机编码器信号。

送料后,设备进入生产操作阶段。

在连续生产过程中,主从电机以恒定速度同步运行。主电机做双闭环控制,采集电机编码器信号做速度闭环控制,采集测长编码器信号做位置闭环控制,从而实时精确控制辊压机生产速度和产品的精度。从电机采集电机编码器信号做速度闭环控制。

连续生产时,将伺服电机在固定位置回零设为待机位置,实时采集主电机的运行速度,计算出伺服电机的启动位置。当测量的钢带长度到达启动位置时,伺服电机快速启动,切断油缸执行切断过程。切断完成后,伺服电机快速回到待机位置,如此往复运行。切断过程中伺服电机与钢带的速度同步,伺服电机的追剪曲线如图1:

在断续生产过程中,主电机做双闭环控制,控制设备的运行速度和钢带的长度,从电机通过MAG指令跟随主电机运行。将钢带运送固定的长度后,主从电机停机,切断油缸切断,之后电机继续送料,如此往复运行。该过程中电机运行曲线如图2:

与传统模式不同的是,该辊压设备使用变频器做运动控制时,将编码器直接集成到变频器中做单位转换,不需要通过PAC/PLC控制器做算法进行转换。因此,变频器和电机配合响应速度快,编程更为简单,使用更加方便。“传统的伺服追剪效率较低,导轨和机构都有限制,速度快的时候容易造成过冲。这套辊压设备停机轮实时反馈位置,只需要在控制器中编入移动指令即可,误差非常小,更加适合高速生产不同长度的导轨。”王自有详细解析了辊压机设备架构的优势。

高效协作的“RA”家族

问:完美配合的根本是什么?答:相同的基因。

这套辊压机设备的电气控制系统全部采用罗克韦尔自动化控制系统,包括CompactLogix中型PAC控制器、Powerflex755变频器做CIP motion进给送料、kinetix350伺服驱动器、MPL伺服电机和PanelView Plus 6人机操作界面等,每一个环节都注重兼备性能优越性和功能可扩展性,形成了1+1>2的协同效应。

CompactLogix 5370 L2可编程自动化控制器(PAC)是整体架构的中心,它是Logix系列控制器的扩展,与所有Logix控制器使用相同的编程软件、网络协议和信息功能,为实现所有控制策略提供一个通用的开发环境。基于EtherNet/IP的CompactLogix 5370 L2最高可支持4轴集成运动控制,配合 Kinetix 350使用,提供经济实用的可扩展运动控制解决方案。通过双以太网端口和集成式以太网交换机,CompactLogix 5370 L2现已支持设备级环形(DLR)网络拓扑结构,从而简化了控制系统中各组件的集成,并降低了系统成本。

两台PF750变频器首要集成到控制器中,在同一软件中实现逻辑控制、传动控制、运动控制和安全等多种控制。PF750变频器内置DeviceLogix控制技术,能够实现变频器内部信息、输入输出状态的逻辑运算,从而实现变频器和外部设备的协调控制;包含一个嵌入在主控制板上的 EtherNet/IP 适配器,更易于实现变频器的配置、控制、数据采集;PF750支持位置环、速度环、转矩环和频率控制轴配置类型;另外,PF750变频器有五个可选端口,它们可以接受控制、通信、I/O、反馈、安全和辅助控制电源选项的任意组合。

2094 Kinetix® 350 伺服驱动器可连接 CompactLogix™ 5370 控制器并与之配合运行,从而支持基于 EtherNet/IP™ 的集成运动控制。Kinetix 6500模块化多轴伺服驱动器集成安全功能,简化系统布线。另外,双端口以太网支持线形和设备级环网 (DLR) 拓扑结构。
MPL Kinetix® MPL 低惯量伺服电机连接到 Kinetix 350 伺服电机并与其一起运行,支持基于 EtherNet/IP™ 的集成运动控制。标准化的法兰接口、轴径,以及DIN标准接头便于使用。配备高分辨率编码器,满足各种对精度有严苛要求的场合。“当然,我们可以根据客户的应用场景和通讯特点,配置多种编码器实现更复杂的功能。”王自有对于系统的灵活性非常自豪。

PanelView Plus 6人机操作界面,与控制器标签一致定义,内置以太网,可以和控制器无缝连接;其核心组件可运行具有可选扩展功能以及文件浏览器的封闭式或开放式 Windows CE 桌面环境,可部署允许或限制桌面访问的系统。

如今在产线上,这名“新兵”已经成为汽车导轨生产中的“生力军”:每天生产时间达十小时以上,生产速度可达20米/分钟,精度达±1mm以内。“这套辊压机设备已经成为我们的标准化设备,目前可以生产的产品有导轨、车顶饰条、玻璃导槽、腰线饰条、门框、挤出骨架、B柱饰板等,相信未来将能够服务更多行业。”张立新经理不仅对设备的性能赞不绝口,对罗克韦尔自动化的工程师们也给予了极高的评价,认为他们技术水平高,调试经验丰富,服务态度好,积极解决问题,服务非常周到,“我们都是多年的老朋友了。”

紧随时代需求筑基铺路,恐怕是常青企业的特质。罗克韦尔自动化这一双闭环控制系统辊压机设备架构采用全以太网架构,便于数据采集和远程诊断,“这是一款智能机器。适用于高端制造业,更适合业务遍布全球的国际化的布局企业,这次客户选择了很多可扩展的功能模块,也为将来智能制造做出了充分的准备。”王自有如是说。

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