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同步运动控制在Sunnen孔加工及涂装系统平台上的应用

作者:Bob Davis,Craig Nelson2012.06.29阅读 2870

        市场洞察力与新技术的结合,使Sunnen公司在不断下滑的经济中实现了增长。Sunnen对其高产量、高精度的孔加工涂装系统平台进行了扩展,以覆盖珩磨机的保养维修等业务。而采用更简单先进及更具成本效益的运动控制,正是这个拥有85年历史的原始设备生产商(OEM)的成功之举。
        更易定制
        Sunnen公司的产品设计工程师Carl Mik说,这是一项发展决策。传统上,该公司的孔加工及涂装系统的设计都是高端定制。在确认了新的细分市场的机会之后,问题即刻转变为系统成本与市场支付意愿之间的对立。但更长远的问题,则是在保有公司原有竞争优势——系统设计、制造及服务效率的同时,如何来发展公司的技术平台。
        “当我们着手于这个问题,就发现成本将超过预算。” Mik说,“推进器是一台交流电机,主轴也是如此。我们需要在交流电机上安装某种译码器,以使推进器维持在相对位置上。除此之外还需要一台触摸屏。于是成本就变得越来越高昂。”
        直到Sunnen公司发现,购买一台带变压器反馈的基本性能的伺服电机,与一台交流电动机的价格相同。这促成了早期突破的产生。但Sunnen还需迎接新挑战,它将开发的全新低成本珩磨系统,不仅要与公司已发布的产品平台相一致,并且要由现有的多轴高性能驱动生产线及自动化来提供支持。


采用新的Sinamics S110 伺服驱动器后,Sunnen 的新型HTA 机械的重复扭转精度得到了大
幅提升,重复性从以前的0.025 英寸 达到了现今的0.015 英寸。图片来源:Simens 公司

        对于新兴运动控制方案与传统液压、机械及机电机械系统设计二者的性价比,OEM厂商及终端用户进行了对比评估,认为平台的一致性需求将是整个行业所必须面临的挑战。对Sunnen而言,新型伺服系统设计带来的可能性,可能使自动化供应商获得共同的利益,因而对这一评价起到了促进作用。
        同步创新
        “从一开始,我就支持运动控制。”Sunnen公司的产品工程师Mike Nikrant说,“早在2002、2003年时,我们就研究过不同的通信总线结构控制工程网版权所有,以及为此所需做的准备。鉴于元器件的可得性、成本及较高的市场接受度www.cechina.cn,我们选择了Profibus。” Sunnen KGM生产线中选用了驱动器,因为它们具有最优的灵活性及可配置性。“该生产线在圆柱精加工时所有的轴运动都需要极高的精确度。在推出之后的SV立式珩磨机时,我们也采用了很多与之前相同的元器件。”


选用Siemens新型基础伺服定位系统包之后,Sunnen 的HTA 管道珩磨孔加工及涂装系统在管道加工中表现出经济而令人印象深刻的性能。

        Nikrant回忆说,Sunnen产品平台的发展很快就与驱动器技术平台的发展形成了一致步伐。
        “在首次运行SV立式珩磨生产线时,我们曾尝试使用滚珠丝杠。当时只有一家公司的电机可以处理我们所用的往复式负载。”后来,Nikrant发现,有一种电机设计“符合我们的应用需求,并能协助进行初始同步及调整。于是我们建立了一个具有驱动平台的公用直流总线驱动结构”,这个驱动平台使伺服或矢量应用系统可采用同种类型的驱动器。“这是一种非常简洁专业的设计,无须考虑驱动器类型的混合或匹配。采用这种方案,整体运行比以往更加流畅,我们的客户也很青睐这种通用方法及服务效率。”
        先进、简易的定位
        去年,Sunnen的发展重心转移到名为HTA的基础大型孔加工卧式珩磨系统上。Nikrant和Mik都很支持这种产品平台演变。其他的工程小组成员,包括公司的总技术工程师Russ Jacobsmeyer,也加入了该项目。Russ Jacobsmeyer的职责是监管技术的采用,以支持公司在全球的发展。
        Jacobsmeyer寻求的是全球的支持能力控制工程网版权所有,这在公司的发展战略中具有日益提升的重要性。除了满足产品规范外,还存在一种需求,即对系统性能进行开发。自动化供应商对Sunnen的产品有充分的了解,他们向客户提供建议、协助他们解决问题,并为客户实现增值。
        “精密孔加工及涂装是一种利基能力,需要巨大的工程含量以及相应的产品性能。客户会考察我们的系统所能提供的服务以及我们在孔加工及涂装应用方面解决难题的能力。” Jacobsmeyer说。


从技术上说,金工操作、孔加工和涂装,本身就是一种规则。包括发动机制造商在内的很多终端用户,都使用Sunnen的高度定制系统,定制可包括组件自动加载、过程中或过程后的计量以及对磨料的规定。

        工程小组想开发一种新的基础孔加工及涂装系统,以弥补Sunnen生产线所存在的缺陷。关于控制系统的设计,“我们在这点上还是空白。” Jacobsmeyer说,“我们从客户和现场工程师那里听说了对基础经济型系统的需求。不过,我们不确定是否能满足产品需求并符合市场的价格点。”
        Mik对工程问题的范围作出了肯定。他说,在开始生产基础系统约9个月前,“我开始了编程工作,并提出了一个系统原型。我发现最大的问题是主轴的响应时间。由于显示、PLC及伺服通用驱动器之间的信号迟延,响应时间总共需300毫秒,虽说从性价比的角度来看尚可接受,但实际应用时则不然。”
        新系统将包含具有新型基本性能的伺服驱动器及新型6英寸触摸屏,安装相关软件后可实现基于软件的PLC性能。伺服驱动器及显示屏通过Profibus直接相连,使系统具有较高的成本效益及快速响应能力。使用的元件数量也相应减少,使Sunnen顺利地转变为单驱动器平台,并可将已有的同种软件用于其他机械的程序控制器。
        据Mik所说,采用新的基础伺服定位包之后,Sunnen在基础机械的发展上达到了意想不到的性能水平。“若尝试用停止交流异步电动机的方法来实现往复推进,会是相当困难的。即便采用动态制动和制动电阻,习惯上可接受的管道珩磨机逆转,其重复性约在0.25英寸左右。但试验表明控制工程网版权所有,新系统可实现0.015英寸以下的重复性,且成本更为低廉。”
        Mik解释说,新系统的关键部件,是一个可轻松编程的基于软件的PLC,它成本低廉,并采用低成本的分布式运动控制。
        同时,由于驱动器及电机之间的电缆能够提供自动配置及伺服系统反馈,令基础机械变得更为简洁。使用相关软件还可使配置及通信更为清楚简单。
        MIk说:“我们采用了彩色TFT显示屏。我们可以轻松实现任何编程,甚至令机械自动化。虽然这些内容并不包括在初始设定内,但我们可由此为产品加入更多价值。同时,主轴响应时间也由30毫秒减少到25毫秒以下。”相比投入的成本,能够实现这样的性能已是超乎意料。他补充道。
        发展的平台
        Mike Nikrant相信,Sunnen与自动化产品平台之间的结合,必能推动公司业务的发展。自动化产品对新型基础系统开发决策的制定起到了促进作用。
        如今,Sunnen公司正在考虑新一代集成了安全功能的、基于PC的高端系统的性能改进。


Sunnen 的产品平台经过扩展,能同时提供高端及基础的珩磨系统。
Siemens 也在不断发展其运动技术平台,为该公司的战略发展提供持续支持。

        Nikrant说:“对于我公司的高端PC生产线,我们试图提出一种用于复合机械的通用电路。” 由于一些逻辑电路在控制器中能够再分,因此驱动器、总线结构以及元件都能适用。驱动器使用起来非常方便,并具有高可配置性。而硬件的同一部分则可用于多种功能。有些系统通过配置,能实现任何用户设想的功能。或在其它系统中,一个简单的伺服系统便能提供简单而高效的方案。控制、编程以及通信也是如此。“不论在高端还是基础水平上www.cechina.cn,这个平台都能良好运作。” Nikrant说。
        Jacobsmeyer还补充说,通用平台能使“全球资源更好地为工程师、建造、服务及产品销售所利用”。
        Sunnen的工程机械及定制系统经理David Moehn说,自动化厂商是Sunnen的得力伙伴,能够协助Sunnen寻找解决方案。“与它们之间的伙伴关系,可使我公司更快地推进市场并领先于竞争对手,持续促进我们的市场成功。”
        Sunnen的全球机械产品经理Phil Hanna也同意这种看法。“建立伙伴关系的目的,是为了在我们所有的机械平台——卧式、立式以及管道珩磨中实现控制系统的标准化。这些平台中的新型HTA机械将是最新版本的入门级市场机。创造模块化设计,通过简单修改便可实现全新配置,这便是Sunnen努力目标中的一部分。SV机械即为这一概念的完美代表。”具有集成控制器的模块阵列可在自定义基础上轻松地进行配置,以对客户过程进行优化。第1、2、3及其他阵列取决于客户的切削及几何要求。这使生产线具有了极大的灵活性。同时,在元件标准化及业务全球化的环境下,供应商所提供的技术专长及资源,也使机械在全球范围内能获得更多支持。
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