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世博会匈牙利馆572轴伺服系统

SZIN-EM IH -150 电脑控制双路提升机控制系统描述

一、系统要求

1.现场矩阵分布572个控制点,由中央PLC协调控制,并通过伺服驱动木套筒上下垂直运动,运动效果由可视化软件(音频转换软件)设计生成,所有驱动单元通过高速总线接受上位发来的位置等数据,并返回上位需要的实时数据及报警信息等。

2.控制产品硬件要求:

产品质量好,包括伺服电机、伺服控制器、可编程控制器、人机界面、低压电气等;
最小维护要求;
低噪音运行;
运行安全可靠;
因控制点数量众多,现场接线应尽量少,方便维护及及时故障机替换;
配电系统需要有保护措施,比如过流保护等;
3、软件控制要求:
因现场控制点数量多,需要通过高速现场总线实现数据传递,以达到实时性可靠性目的;
动画软件配合音乐效果产生数据传递给伺服实现位置控制。
4、主要技术参数
负载载荷m=12KG、垂直移动速度最大Vmax=0.3m/s、最大移动距离L=3m、控制精度+/-5mm、要求带静态自锁蜗轮、伺服电机带安全制动器,保证突然停电时紧急制动。
5、工艺效果

572个控制点要求在时间和空间上协调,位置误差+/-5mm,速度0-0.3m/s


二、功能实现

系统图



系统共分为4个控制单元,控制572台伺服电机。每个单元与伺服控制器通过CAN通讯实现无缝连接,每个单元采用贝加莱X20系列,具有6个CAN口,每个CAN口与24台伺服电机进行控制(理论上63个控制点)。 4个单元通过以太网与上位机进行实时数据交换。

1、采用内置位置控制模块的伺服系统,通过CAN通讯,接受PLC发来的 位置等信号,驱动木筒上下运行,同时反馈实际位置、当前状态等信息,到PLC,并通过人机界面进行实时显示及监控。电机内置安全制动器,保证意外断电时安全停车;电机配蜗杆双出轴减速器,带静态自锁功能,确保物体不会意外下滑。

2、PLC协调动作,发送及接受各种信息,CAN总线通讯快速、稳定、可靠。

3、4个控制单元与上位显示单元(HMI)通过以太网连接,显示每个控制点的状态信息及设定位置、发送启动停止手动等控制命令。

三、总体说明:


1.1 下位控制系统由572台伺服控制器及制动伺服电机组成,每个伺服电机连接静态蜗轮自锁减速箱传动木套筒;伺服及伺服电机全部采用本地安装以减少现场接线,现场矩阵分布(详细参考现场布线图),分24行24列,每一行24台伺服控制器通过CAN open通讯互相连接到PCC CAN open卡。
1.2 如图所示:上位控制系统由5台PCC(PLC&PC)和1台触摸屏以及一台具有WINDOWS操作系统的PC组成。位置信号由音频软件生成,每100ms生成一组16进制的位置数据。此数据通过VC语言编译成PLC可以实时接收的数据,以上过程在WINDOWS操作系统下实现。PC与PLC以及HMI之间通过集线器以太网连接,HMI用来监控实时运行数据及设定参数。
1.3 PCC ①-④各集成6块CAN open通讯卡,每个CAN open卡连接24台伺服控制器,共572台。独立控制单元PCC⑧作为PCC ①-④数据中转站,同时采集PCC ①-④所有驱动轴的运动信息返回给远程PC机。

1.4 方案同时提供了一种可行性:远程PC机通过路由器监控现场运动状态和信息。


四、系统特点

1、采用本地化控制集成电机,控制器就近安装,简化了接线要求(插头接线方便快速),降低了控制接线及控制柜成本,缩短了调试时间。

2、CAN总线通讯方式,成本低,接线方便,调试简单,运行可靠。运行速度快(扫描周期20ms,设计要求500ms)

a.4个控制单元采用以太网与上位数据交换,具有实时性,快速性
b.每个单元采用的控制器具有Intel Celeron 650 CPU
c.每个单元采用CAN总线与123台伺服通过Can Open协议进行通信控制和数据采集。具有以下特点:

(1)与普通的I/O控制比较,控制接线少

(2)低成本

(3)极高的总线利用率

(4)高速数据传输速率(高达1Mbit/S)

(5)可靠的错误处理和检错机制

(6)发送期间若由于出错而遭破坏的信息可自动重发送

(7)节点在严重错误的情况下具有自动退出总线的功能

          3、核心部件采用世界知名名牌,确保硬件产品的稳定性以及一致性。(伺服系统以及抵押电气采用法国施耐德,PLC以及HMI采用奥地利B&R)

         4、蜗杆减速箱为全铝壳设计:

a.重量轻(<3kg)
b.免维护设计,特殊散热处理
c. 1:60的速比确保蜗杆减速箱的自锁功能达到最佳效果
d.采用超静音设计<=55DB

        5、排线方式采用分布式集中控制,最大限度的节约了线缆成本,方便施工人员现场作业和检修。每个控制点安装保护开关,确保设备安全运行。

        6、控制柜内加装交流电抗器、滤波器,最大限度抑制了伺服控制器对电网的谐波干扰,满足EMC标准,确保绿色电网。同时保障整个系统的抗干扰能力。




五、线缆布局说明

系统特点:

   点数多(572根轴)

   集中矩阵式分布(24*24)

   控制室离现场较远(>10M)

   根据以上特点,排线方式的选择将是一个非常重要的环节,它将直接影响系统成本和安装时间等问题。根据我们的经验,采用集中分布式排线方式将是最佳的选择。将572根轴分为24排*24列(如前图所示)

1、CAN通讯连接方式

a.以一列为一个单位(CAN模块最多带24根轴),24列即由24个CAN模 块分别控制

b.每一列的第一台控制器,由对应控制柜中的CAN模块连接,后面的控制器依次串联上一台控制器。

c.控制柜侧到现场的通讯线必须安放在屏蔽套筒内,确保干扰最低。

2、动力线连接方式

a.以一列为一个单位(控制柜内安装24个空气开关),24列即由24个空开分别控制。

b.每一列的第一台控制器,由对应控制柜中的空气开关连接,后面的控制器依次并联上一台控制器。

c.动力电缆线与通讯电缆线尽量远离。

3、电机线缆连接方式

控制器尽量安装在电机上部和最近的距离,方便安装人员排线和安装。