Automation University - 2016

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Automation University - 2016
AUD31 – Optimierung der Maschinenleistung mit der Kinetix®
und PowerFlex® Integrated Motion Lösung
PUBLIC
PUBLIC – 5058-CO900H
Copyright ©2016 Rockwell Automation, Inc. All rights reserved.
Accelerating Industrial Performance
The Connected Enterprise
Kundenvorteile
Integration von Steuerung und Information
Fertigungsebene und Unternehmensebene werden verbunden
$
Niedrigere
Kürzere
ProdukteinführungsProdukteinführungs- Gesamtbetriebskosten
zeiten
kosten
zeiten
Verbesserte
Anlagenauslastung
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Unternehmensrisiko
Management
(ERM Enterprise
Enterprise Risk
Risk
(ERM
Management)
Management)
Technologien
Verwalten von Informationen und Analysen
Skalierbare Rechenleistung
Mobilität und Visualisierung
Sichere Netzwerkinfrastruktur
Regelung, Steuerung und Information auf einer Plattform
Intelligente Geräte
PUBLIC
Basistechnologien
Verwalten von Informationen und Analysen
Skalierbare Computer-Performance
Mobilität und Visualisierung
Sichere Netzwerkinfrastruktur
Regelung, Steuerung und Information auf einer Plattform
PUBLIC
Speed and Position
Weiterkommen mit der richtigen Technologie
 Herausforderungen
 Druck auf OEM und Endkunden mehr mit weniger zu erreichen, ...und schneller
 Zunehmende Komplexität der Antriebes Regelung und Architektur
PUBLIC
Speed and Position
 Neue Marktanforderungen
 Skalierbarkeit der Architektur und der Leistung
 Nahtloser, netzwerkübergreifender Informationsfluss
 Reduzierte Komplexität des Systems (einfache Nutzung)
 Leistungsstarke Multi-Achs Geschwindigkeits- und Positionsregler
 Reduzierung der Integrations-, Installations- und Inbetriebnahme Kosten
 Standardisiertes Design
 Minimierung der Instandhaltung
Klassische Antriebsregler werden durch Systeme ersetzt, die die neuen Anforderungen erfüllen
PUBLIC
Speed and Position
 Einfach zu erreichen durch…






PUBLIC
Vereinfachte Integration
Höhere Flexibilität
Verbesserte Produktivität
Verkürzte Produkteinführungszeiten
Minimierte Stillstands Zeiten
Kostenreduzierung
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Speed and Position
Auswahl der richtigen Technologie
 Einfach zu erreichen durch…






Vereinfachte Integration
Höhere Flexibilität
Verbesserte Produktivität
Verkürzte Produkteinführungszeiten
Minimierte Stillstands Zeiten
Kostenreduzierung
 Mit...






PUBLIC
Integrated Safety
Intelligente Werkzeuge und
Komponenten
Anpassungsfähige Regler Technologien
Industrial Ethernet
Skalierbare Produkte und Lösungen
Anwendungsfreundliche Geräte
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Speed and Position
Demo
 Wie kann Rockwell Automation unterstützen, um mehr mit weniger zu erreichen, ...und schneller ?
 Beispiel an der
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Speed and Position
Die Widg-O-matic Maschine
 Heute…
 5 Jahr altes Maschinen Design
 Anforderung die Produktivität zu erhöhen und die Kosten zu senken.
 Kostenreduzierung
 Produktivität
 Stellfläche
 Safety
 Optimierung
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Speed and Position
 Die heutige Architektur
Wie können die neuen Marktanforderungen erfüllt werden ?
PUBLIC
Speed and Position
Übersicht
 Leistungsanalyse
 Einfache Migration
 Herausforderung an die Inbetriebnahme
 Hohe Anpassungsfähigkeit
 Weiterer Nutzen
PUBLIC
Leistungsanalyse
Course Update Period (CUP)
 Identifizierung der kritischen Achsen
 Dynamik
 Reaktionszeit
Beschleunigungszeit / 15 ≈ CUP
 Daumenregel
Wie die passende Course Update Period abschätzen ?
PUBLIC
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Leistungsanalyse
Integrated Architecture Builder™ (IAB)
 Die Analyse ergab eine CUP Änderung von 6 ms auf 3 ms
 Eine schnellere CUP beeinflusst die CPU Leistung und die Bandbreite im Netzwerk
 Abschätzungen mit dem Integrated Architecture Builder™
Eine graphische Software zur Konfiguration und Analyse Logix basierter Automatisierungssysteme
PUBLIC
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Leistungsanalyse
Original Design Performance
PUBLIC
Leistungsanalyse
IAB Ergebnis
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Motion Planner am Limit,
CUP zu klein
Kommunikationsmodul am Limit,
zu viele PPS
Motion Planner Auslastung und Ethernet Scanner Kapazität sind am Limit
PUBLIC
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Leistungsanalyse
Optionen der Konstruktion
 Erste Reaktion von der Konstruktion... Ersetzen der CompactLogix durch eine GuardLogix
 Schaltschrankgröße und Kosten der Komponenten erhöhen sich...
 Lösung: ‘Drive
PUBLIC
Multiplexing’
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Leistungsanalyse
Drive Multiplexing
 Hat zum Ziel die Motion Systemleistung zu erhöhen
 Reduzierung der durchschnittlichen CPU- und EtherNet/IP Netzwerkauslastung
 ControlLogix und CompactLogix CPUs
 Wesentliche Eigenschaften
 Drei separate Motion Update Rates- Base, Alternative1 (Alternate1), Alternative2 (Alternate2).
 Alternate Updates sind für mittlere und nieder performante Achsen
 Alternate Updates sind ein vielfaches der Base Update
PUBLIC
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Leistungsanalyse
Bis Studio 5000 v24: Eine Motion Group Coarse Update Rate
Läuft dauernd mit
hoher Performance
Läuft nur beim Einrichten der Maschine
Nur eine CUP
Pumpen und
Lüfter Steuerung
Anforderungen der hoch performanten Achsen bestimmen das Leistungslimit des
gesamten Systems
PUBLIC
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Leistungsanalyse
Ab Studio 5000 v24: Drive Multiplexing
AX_SetUp_DS
AX_SetUp_Cntr
AX_SetUp_OS
Mehrere Update Period
stehen zur Auswahl
AX_Unw
AX_GR01
AX_GR02
AX_GR03
AX_SetUp_DS
AX_SetUp_Cntr
AX_SetUp_OS
AX_ExConv
AX_Unw
AX_GR01
AX_GR02
AX_GR03
AX_ExConv
Anpassen der Update Rates an die Anforderungen der Maschinenfunktionalität zur optimalen
CPU Auslastung
PUBLIC
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Leistungsanalyse
Leistungsüberprüfung
 IAB unterstützt ‘Drive Multiplexing‘
CompactLogix kann mit ‘Drive Multiplexing’ die kleinere CUP verarbeiten
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Speed and Position
Typische Übersicht

 Weiterer Nutzen
PUBLIC
Einfache Migration
Eingebaute Funktionen
 Intelligente und integrierte CIP Motion Produkte
 Frequenzumrichter und Servoregler benutzen den gleichen SPS Code
 Erweiterte Funktionalitäten vereinfachen die Integration und die Konfiguration
 Integrated Safety
 CIP Safety Netzwerk
 CPUs, I/O und Regler mit Integrated Safety
 Wiederverwendbarer SPS Code
 Einfache Modifikation gerätespezifischer Dinge im SPS Code
 Einfache Integration von Safety Funktionen in der exsitierenden Applikation
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Einfache Migration
Intelligente und integrierte CIP Motion Produkte
 Kinetix™ 5500
 PowerFlex™ 527
Identischer SPS Code und erweiterte Funktionalitäten für eine einfache Integration und Konfiguration
PUBLIC
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Einfache Migration
Integrated Safety über EtherNet/IP
CompactGuardLogix
Integrated Safety
Controller
GuardLogix
Integrated Safety
Controller
Stratix 5700
Industrial Ethernet Switch
PointGuard
Safety I/O
Kinetix 5500
mit Integrated Safety
PowerFlex 527
mit Integrated Safety
Verbesserte Maschinenleistung und Flexibilität
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Einfache Migration
Safety Task Code
 Kinetix 5500 ERS2 und PowerFlex527 liefern Safety relevante Variablen
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Einfache Migration
Safety Task Code
PUBLIC
Einfache Migration
Safety Task Code
PUBLIC
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Einfache Migration
Wiederverwendbarer SPS Code in Studio 5000®
 Identische Regler Datenstrukturen für Kinetix und PowerFlex CIP Motion Regler
 Einfachen Änderungen
 Austausch von Geräten
 Leistungsklasse
 Regler Typ (Kinetix und PowerFlex)
 Motor Typ und/oder Daten
 Namen
Studio 5000 ermöglicht den Austausch von Geräten ohne Einfluss auf den SPS Code
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Einfache Migration
Wiederverwendbarer SPS Code: Kinetix 6500 zu PowerFlex 527
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Einfache Migration
PUBLIC
Einfache Migration
Einfacher Austausch von Geräten ohne Modifikation des SPS Codes
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Einfache Migration
 Frühere Architektur
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Einfache Migration
 Neue Architektur
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Speed and Position
Typische Übersicht


 Weiterer Nutzen
PUBLIC
Herausforderung an die Inbetriebnahme
Potentielle Schwierigkeiten
 Die Inbetriebnahme ist oft die größte Herausforderung
 Komplexität und Zeit ist abhängig von verschiedenen Parametern
 Potentieller Einfluss auf die Maschinenleistung
 Betrachtung einer Achse der Widg-O-matic Maschine: Vertical crank
 Schwerkraft
 Große variable Massenträgheit
 Resonanzen
 Reibung
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38
Challenging Commissioning
Oooops
PUBLIC
Vertical Crank
It’s
Demo
Time
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Autotune ermittelt die Massenträgheit – Basics
∗
∗
∗
∆
∆
∆
∆
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∆
∗
∆
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Load Observer
 Funktionalität
 Abschätzung und Auflösung der Drehmoment Last in real-time
 Die Antrieb verhält sich, als ob der Motor ohne Last wäre – Das ist leichter zu regeln
 Optimierung der Regelkreis Verstärkungen für Motoren ohne Last
 Ergebnisse
 Kompensierung von Elastizität, Trägheit und wechselnder Lasten
 Kompensierung von unbekannten Mechaniken
 Bereitstellung des Geschwindigkeit Feedback ohne Filterverzögerungszeit
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Adaptives Tuning
 Algorithmus in der neuen Kinetix Firmware (5500 und 5700)
 Erkennen zusätzlicher mechanischer Effekte
 Kompensieren von unbekannter und wechselnder Last während des Betriebes des Antriebs
 Hauptfunktion:
 Automatisches anpassen des Drehmoment Regelkreises und der Filter um Resonanzen zu
unterdrücken
 Automatisches anpassen des Regelkreises um Instabilität zu verhindern wenn sie erkannt wird
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Tracking Notch Filter
 Funktionalität
 Erkennen von Resonanzen, wenn sich die
Frequenz innerhalb der Ober- und
Untergrenzen befindet und die Frequenz größer
ist als der Sollwert
 Abschätzung der Torque Notch Filter Frequenz
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Kinetix 5700 und Kinetix 5500, Neue Firmware und AOP
 Vorteile vom Load Observer und dem Adaptive Tuning
 Man muss kein Tuning Experte sein
 Weniger Zeitaufwand zur Inbetriebnahme einer Achse
 Kompensation unbekannter mechanischer Effekte
 Kompensation von Lasten die sich über die Zeit verändern
 Leistungssteigerung für die meisten Anwendungen
 Minimiert den Leistungsverbrauch und die
Maschinenvibration
 Diagnosedaten für die vorbeugende Wartung
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Speed and Position
Typische Übersicht



 Weiterer Nutzen
PUBLIC
Hohe Anpassungsfähigkeit
Unvorhergesehene Änderungen an der Maschine
 Die mechanische Konstruktion schlägt ein neues Design für ein rotierendes Messer vor
 Unterschiedliches Material
 Veränderungen an der Kupplung
Wird das neue Design zur originalen Motor und Regler Auswahl passen?
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Überprüfung mit dem MotionAnalyzer™
 Für Maschinenbauer, um den Vorteil des
mechatronischen Konstruktionsansatzes zu erhalten
 Schnelle und einfache Analyse von dem
mechanischen System
 Auswahl der optimalen Motion- und / oder Regler
Komponenten
 Optimierung des Systems
 Kostenfreie Registrierung unter:
https://motionanalyzer.rockwellautomation.com
Online Werkzeug zur Systemanalyse, Optimierung und Komponentenauswahl
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Motion Analyzer Ergebnisse
PUBLIC
PUBLIC
PUBLIC
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Kinetix VPL Motoren
 Optimierte Wicklungen für die Kinetix 5500/5700 Servoregler
 Minimiert die Antriebskosten basierend auf die Anforderungen der
Anwendung
 Verbesserte Maschineneffizienz
Motor #1
Motor #2
Motor #3
6000 rpm
3000 rpm
1500 rpm
6.5 Nm
6.5 Nm
6.5 Nm
16 A
8.3 A
4.8 A
8.7 kW
Regler
5.0 kW
Regler
2.9 kW
Regler
14 AWG
Cable
18 AWG
Cable
Kleinerer
Regler,
Kleiners Kabel
18 AWG
2 Größen
Cable
Kleinerer
Regler,
Kleiners Kabel
PUBLIC
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Rotierendes Messer
It’s
Demo
Time
PUBLIC
Speed and Position
Typische Übersicht




 Weiterer Nutzen
PUBLIC
Weiterer Nutzen
 Integrated Architecture Builder
 MotionAnalyzer
 Produktivität
 Stellfläche
 Safety
 Integrated CIP Safety
 CIP Motion FU’s und Servoregler
 Load Observer
 Drive Multiplexing
 CIP Motion Technologie
 Optimierung
PUBLIC
 Studio 5000
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Weiterer Nutzen
 MotionAnalyzer
 Produktivität
 Stellfläche
 Load Observer
 Safety
 Optimierung
 Studio 5000
PUBLIC
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Weiterer Nutzen
 MotionAnalyzer
 Produktivität
 Stellfläche
 Safety
 Load Observer
 Optimierung
PUBLIC
 Studio 5000
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Weiterer Nutzen
 MotionAnalyzer
 Produktivität
 Stellfläche
 Load Observer
 Safety
 Optimierung
 Studio 5000
PUBLIC
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Weiterer Nutzen
 MotionAnalyzer
 Produktivität
 Stellfläche
 Safety
 Load Observer
 Optimierung
PUBLIC
 Studio 5000
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Weiterer Nutzen
 MotionAnalyzer
 Produktivität
 Stellfläche
 Safety
 Load Observer
 Optimierung
PUBLIC
 Studio 5000
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Speed and Position
Zusammenfassung
 Rockwell Automation kann unterstützen, um mehr mit weniger zu erreichen, ...und schneller
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Speed and Position
Ihre Fragen
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