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SIMOTION Wickler V2.3.0
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Converting ToolboxEinleitung
Die Standardapplikation SIMOTION Wickler wurde mit dem Ziel entwickelt, eine Vielzahl der bekannten Wicklerapplikationen mit einer einzigen Projektierung abdecken zu können.
Durch die Offenheit der Applikation ist es möglich, je nach Bedarf die Applikation zu projektieren oder zu ändern.
Die Standardapplikation SIMOTION Wickler realisiert auf der Basis der Steuerungsplattform SIMOTION einen Auf- bzw. Abwickler, z.B. für Folienanlagen, Druckmaschinen, Beschichtungsanlagen, Spuler oder Textilmaschinen.
Kombinierbar mit: SIMOTION Axis Function BlockSIMOTION Splice ControlSIMOTION VerlegerSINAMICS DCC Lastverteilung
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Converting ToolboxNutzen der Applikation
Zeitersparnis bei Engineering und Service (gleiches “look & feel”)
Anwendung in allen Programmiersprachen möglich
Nutzung von Industriestandards und Normen
Support über PM Applikationszentren
ständige Aktualisierung im Intranet
überwiegend offener Quellcode für eigene Anpassungen
Anwenderhandbücher in deutsch und englisch
einfache Einarbeitung mit Beispielapplikationen
Die Applikation wird unentgeltlich zur Verfügung gestellt
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Converting ToolboxInhalt der Applikation
Powerpoint Präsentation (deutsch / englisch)
Units / Bibliotheken (Programmierung in ST oder MCC)
Anwenderhandbücher (deutsch / englisch)
Beispielapplikation für SIMOTION D Vorführkoffer
Feedback Bögen (deutsch / englisch)
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Converting ToolboxFunktionsübersicht
Achswickler oder Tandem Achswickler Wickelt das Material um einen Kern oder eine
Hülse
Der Wickel wird über einen Motor angetrieben
Der Wickler kann über Drehzahl oder Moment geregelt werden
Drehzahl und Drehmoment sind durchmesserabhängig
Optional Tänzer / Pendel oder Zugmessdose zur Zugregelung
Wendewickler Zwei oder mehr Achswickler auf einem
Drehkreuz
Fliegender Rollenwechsel bei Betriebsgeschwindigkeit
Tension
Coil
Tension
Coil
Nip
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Min. Durchmesser DMin
Max. Durchmesser DMax
Materialbreite w
Getriebefaktor iGetriebeträgheitsmoment Jgear
Bahn-geschwindigkeit VExternes
Trägheitsmoment JCore
MotorträgheitsmomentJMotor
Dact Aktueller Durchmesser
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Converting ToolboxFunktionsübersicht
V+ , F+
Aufwickeln von oben
V+, F+
Aufwickeln von unten
V+, F+
Abwickeln von unten
V+, F+
Abwickeln von oben
n+
no+
Mf+
MP+
MT+
n-
no-
Mf-
MP-
MT-
n-
no+
Mf-
MP-
MT+
n+
no-
Mf+
MP+
MT-
Mf: ReibmomentMP: BeschleunigungsvorsteuerungMT: Zugmomentn: Wicklerdrehzahlno: Geschwindigkeitsübersteuerung
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Converting ToolboxFunktionsübersicht – Prozesskopplung
Die Ankopplung an den Prozess erfolgt über den Eingangsparameter lineAxis, dabei sind folgende Varianten möglich:
lineAxis = TO#NIL:
Es ist keine Leitachse spezifiziert, die Ankopplung erfolgt über Variablen der Struktur sWinderConfigType.
lineAxis = TO#driveAxis:
Die Leitachse ist eine Drehzahlachse, der Referenzdurchmesser der Leitachse muss spezifiziert werden. Lageinformationen können optional extern verschaltet werden.
lineAxis = TO#posAxis:
Die Leitachse ist eine Positionierachse. Lageinformationen sind vorhanden.
lineAxis = TO#externalEncoderType:
Die Leitachse ist ein Maschinengeber. Lageinformationen sind vorhanden.
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Converting ToolboxFunktionsübersicht – Betriebsart
Die Wickelachse kann entweder
drehzahlgeregelt
oder
lagegeregelt
betrieben werden.
Die Ankopplung an den Prozess erfolgt immer über einen Geschwindigkeitssollwert.
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Converting ToolboxFunktionsübersicht – Einheitensystem
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Converting ToolboxFunktionsübersicht – Regelungsarten
Die Wickler FB‘s decken die gängigsten Funktionen ab und durch den offenen Quellcode kann eigenes Know How implementiert werden!
Regelungsmodi (FB Winder):
Drehmomentensteuerung (indirekte Zugregelung)
Zugregelung mit Momentenbegrenzung
Tänzerlagenregelung mit Drehzahlkorrektur
(Tänzerlagenregelung mit Momentenbegrenzung)
(Zugregelung mit Drehzahlkorrektur)
V-Konstant-Regelung
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Converting ToolboxFunktionsübersicht – Indirekte Zugregelung
keine Messwertrückführung
Bahngeschwindigkeit wird durch Klemmstelle vorgegeben
Zugmoment wird über das Moment gesteuert vorgegeben.
gute Kompensation des Beschleunigungs- und Reibmomentes erforderlich
Durchmesserbereich bis ca. 10:1
Zugbereich bis ca. 6:1
Wickelmomentenbereich bis ca. 40:1
Bahngeschwindigkeit bis ca. 600 m/min
vorzugsweise für Blech, Textil und Papier
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Converting ToolboxFunktionsübersicht – Indirekte Zugregelung
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Converting ToolboxFunktionsübersicht – Zugregelung mittels Momentenbegrenzung
Messgröße (Zugmesswert) wird über einen Regler rückgeführt
Bahngeschwindigkeit wird durch Klemmstelle vorgegeben
Zugmoment wird direkt über das Moment eingestellt
Klemmstelle erforderlich, Messdose ist empfindlich gegen Überlast
gute Kompensation des Beschleunigungsmomentes erforderlich
Durchmesserbereich bis ca. 15:1
Zugbereich bis ca. 20:1
Wickelmomentenbereich bis ca. 100:1
Bahngeschwindigkeit bis ca. 2000 m/min
Eingriff in die Drehmomentbegrenzung
vorzugsweise für Papier u. dünne Folien
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Converting ToolboxFunktionsübersicht – Zugregelung mittels Momentenbegrenzung
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Einleitung
Converting ToolboxFunktionsübersicht – Tänzerlageregelung mittels Drehzahladaption
Messgröße (Lagemesswert) wird über einen Regler rückgeführt
Bahngeschwindigkeit wird durch Klemmstelle vorgegeben
Zugmoment wird einen zusätzlichen Drehzahlsollwert eingestellt
Klemmstelle erforderlich, Tänzerrolle greift in den Bahnverlauf ein
Durchmesserbereich bis ca. 15:1
Zugbereich nur veränderbar bei einstellbarer Tänzerabstützung
Wickelmomentenbereich bis ca. 40:1, abhängig von der Ausführung der Tänzerabstützung
Bahngeschwindigkeit bis ca. 2000 m/min
vorzugsweise für Gummi, Kabel, Textil, Folie u. Papier
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Converting ToolboxFunktionsübersicht – Tänzerlageregelung mittels Drehzahladaption
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Einleitung
Converting ToolboxFunktionsübersicht – V-Konstant-Regelung
Wickler wird auf vorgegebene Umfangsgeschwindigkeit (Bahngeschwindigkeitssollwert) geregelt
Zugkraft wird nicht geregelt
Bahntacho erforderlich (Durchmesserberechnung)
Keine Klemmstelle erforderlich
Durchmesserbereich bis ca. 15:1
Bahngeschwindigkeit: abhängig vom mechanischen Aufbau
vorzugsweise für Sortierroller
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Converting ToolboxFunktionsübersicht – V-Konstant-Regelung
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Converting ToolboxFunktionsübersicht – Durchmesserrechner
Der Durchmesserrechner ist das zentrale Element einer Wickelregelung. Der Durchmesserwert wird z.B. für die Umrechnung der Bahngeschwindigkeit in die entsprechende Motordrehzahl sowie für die Berechnung der erforderlichen Drehmomente benötigt.Der Durchmesser wird aus dem Bewegungsverhältnis von Warenbahn und Wickler bestimmt oder extern gemessen.
Folgende Durchmesserberechnungsarten sind implementiert: Externer Sensor Verhältnis von Warenbahngeschwindigkeit und Drehzahl Integration der Materialdicke Berechnung durch Integration (Weg zu Winkel) Berechnung durch Messen der Lage (Weg zu Winkel)
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Converting ToolboxFunktionsübersicht – Durchmesserrechner
Modus DIAM_CALC:Der Durchmesser wird auf Basis des Verhältnisses der Bahngeschwindigkeit zur Wicklerdrehzahl berechnet. Typischerweise ist die Berechnung in den Beschleunigungs- oder Verzögerungsphasen nicht stabil.
Modus DIAM_CALC_INTEGRAL:Der Durchmesser wird auf Basis des Verhältnisses von Bahnlänge zu Wickelumdrehungen berechnet. Die Bahnlänge bzw. der Wickelwinkel werden dabei durch Integration der Bahngeschwindigkeit bzw. der Wicklerdrehzahl berechnet. Die Länge des Messintervalls (gemessen in Wickelumdrehungen) wird über Parameter festgelegt. Die Ergebnisse bei Beschleunigung / Verzögerung der Maschine sind besser als bei der V/n Berechnung.
Modus DIAM_CALC_POSITION:Der Durchmesser wird auf Basis des Verhältnisses von Bahnlänge zu Wickelumdrehungen berechnet. Für die Bestimmung der Lageinformationen wird die Lageerfassung genutzt. Die Länge des Messintervalls (gemessen in Wickelumdrehungen) wird über Parameter festgelegt. Die Ergebnisse bei Beschleunigung / Verzögerung der Maschine sind besser als bei der V/n Berechnung.
Modus DIAM_THICKNESS_ADDITION:Durchmesserberechnung auf Basis der Integration der Materialdicke (der Durchmesser ändert sich pro Wickelumdrehung um 2 * Materialdicke). Der Wicklerwinkel wird durch Integration der Wicklerdrehzahl bestimmt.
DIAM_CALC_EXT:Der Durchmesser wird durch ein externes Messgerät bestimmt (z.B. Ultraschallsensor, Anlegewalze).
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Converting ToolboxFunktionsübersicht – Durchmesserrechner
Im Anschluss an die Durchmesserberechnung wird der berechnete Durchmesserwert auf Plausibilität geprüft (Durchmesseranstiegsbegrenzung) und interpoliert.
Folgende Verfahren sind implementiert:
Interpolation mit Hochlaufgeber über die Materialdicke
Interpolation mit Hochlaufgeber (für lagebasierte Durchmesserberechnung)
Interpolation ohne Hochlaufgeber (nur lagebasierte Durchmesserberechnung). Die Materialdicke wird für die Plausibilitätsprüfung benötigt.
Wicklerumdrehungen
Dur
chm
esse
r
2n1n 3n
Latch
Interpoliert
Interpoliert und geglätett
n: Anzahl von Umdrehungen für neu berechneten Durchmesserwert
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Converting ToolboxFunktionsübersicht – Durchmesserrechner
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Converting ToolboxFunktionsübersicht – Durchmesserrechner
Optional bei Aufwicklern, wenn der Zug mit steigendem Durchmesser des Wickels abnehmen soll.
Wickelhärtenkennlinie ist abhängig vom aktuellen Durchmesser
Die folgenden Methode zur Berechnung der Kennlinie sind implementiert:
Hyperbolische Kennlinie, max. Zugabschwächung im Unendlichen
Hyperbolische Kennlinie, max. Zugabschwächung bei max. Durchmesser
Lineare Kennlinie, maximale Zugabschwächung bei max. Durchmesser
Stützpunkttabelle mit linearer Interpolation
D
Tap
er
r32TensionTaperRatio
100%
r32TensionTaperDiameterStart
r32TensionTaperDiameterMax
NO_TAPERLINEARHYPERBOLIC_1HYPERBOLIC_2TABLE
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Converting ToolboxFunktionsübersicht – Regleradaption
Reglerverstärkung des Zugreglers kann in Abhängigkeit des Durchmessers angepasst werden
höhere Reglerverstärkung bei hohem Durchmesser
Reglerverstärkung des Drehzahlreglers im Antrieb kann in Abhängigkeit des Trägheitsmomentes oder des Durchmessers der Wicklerrolle angepasst werden
notwendig um auch bei einem vollem Wickel diesen dynamisch zu verfahren
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Converting ToolboxFunktionsübersicht – Drehmomentenvorsteuerung
Das Drehmoment während des Wickelvorgangs wird aus drei Komponenten gebildet:Beschleunigungsmonent
Während der Beschleunigungs- und Verzögerungsphase des Materials wird ein Kompensationsmoment auf den Antrieb geschaltet um dynamischer auf Geschwindigkeitsänderungen zu reagieren und Zugeinbrüche zu vermeidenBeschleunigungsvorsteuerung in Abhängigkeit von Durchmesser sowie Bahnbreite, Getriebestufe und Materialdichte
ReibkompensationKompensation der mechanischen Verluste zur genauen Einstellung des Zugs.
ZugvorsteuerungEinstellung des Zugmoments, speziell bei der indirekten Zugregelung
Bei Verwendung der Drehmomentenvorsteuerung ist der Technologiedatenblock zwingend notwendig.
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Converting ToolboxFunktionsübersicht – Zugbetrieb (Bahnbetrieb)
Zugbetrieb kann nur im Modus Betrieb und bei nicht anstehender Bahnrissmeldung angewählt werden
Umschaltung von Bahn- in den Zugbetrieb und umgekehrt sollte wenn möglich bei stehender Maschine erfolgen
Eine Aufschaltung der Sollwerte bei Umschaltung im Betrieb erfolgt über einstellbare Rampen
Abwahl Zugbetrieb bedeutet Bahnbetrieb, d.h. der Durchmesser wird gehalten und die Achse fährt ohne Übersteuerung, bzw. Drehzahlkorrektur im drehzahlgeregelten Betrieb
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Converting ToolboxFunktionsübersicht – Technologieregler
Technologieregler auf Basis eines PID-Reglers zur Verwendung als Zug- oder Tänzerlageregler in Wickel- oder Bahnregelungen
Sollwerthochlaufgeber mit Setzfunktion
PID-Regler
Rampenfunktion als Reglerausgangsbegrenzung
Kp-Adaption
D-Anteil optional zuschaltbar im Istwertzweig
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Converting ToolboxFunktionsübersicht – Restlängenberechnung
Restlängenberechnung – FCRLC (LConLib)
Die Restlänge einer Rolle wird berechnet durch Eingabe folgender Parameter:
Dicke des Materials
Aktueller Durchmesser
Zieldurchmesser
Ausgabe der Länge des Materials auf der Rolle oder das noch aufzuwickelnde Material
d2d1
Materialmenge zwischen aktuellen und Zieldurchmesser
d1
d2
X
X
Δlength
p
p
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Converting ToolboxBausteinübersicht
Die Converting- Bibliothek wird ausgeliefert als:Bibliotheksexport (SIMOTION Converting Library)Beispielprojekt (SIMOTION Winder)
Die Converting- Bibliothek besteht aus vier Komponenten:
aVersion:Changelog
fConvTools:Allgemeine antriebsbasierte Funktionen, Regelungs- sowie Systembausteine usw.
fWinderTools:Wickler-interne Funktionsbausteine (Durchmesserrechner, Technologieregler, Wickelhärtekennlinie usw.)
fWinder:Wicklerbaustein (FBWinder)
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Converting ToolboxBausteinübersicht – FBWinder
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Converting ToolboxBeispielkonfiguration
Beispielkonfiguration:(stand alone / geringe Performance)
•SIMOTION D410 DP/PN•SINAMICS S120 AC/AC•Bremswiderstand (optional)•TM31 (optional)•Drive-Cliq Hub (optional)•z.B. 1PH8 Motor
Standards:SIMOTION WicklerSIMOTION Axis Function Block
Vorteile:Modulare Lösung basierend auf StandardproduktenHöhere Hardware Integration (keine zusätzliche Wicklersteuerung)Schnelle und skalierbare PlattformOnboard E/A und Schnittstelle des Maschinengebers
Ethernet / PROFIBUS
HMI
1PH8
PM340
SIMOTION D410
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SIMATIC S7
Maschinen-automatisierung
PROFIBUS
HMIBahnregelung
Maschinengeber (HTL/TTL/SSI)oder Analogkopplung
TM31
SIMOTION D410 SINAMICS S120
AC/AC
1PH8
Wickler
Tänzer (oder Zugmessdose)
Klemmstelle
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konfiguration
Baustein-
übersicht
Funktions-
übersicht
Inhalt der
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Nutzen der
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Einleitung
Converting ToolboxBeispielkonfiguration
Vorteile:Zeitersparnis bei Projektierung, Test und InbetriebnahmeHöhere Hardware Integration (keine zusätzliche Wicklersteuerung)Schnelle und skalierbare PlattformModulare Lösung basierend auf Standardprodukten
SIM
OT
ION
D4
x5
Motor Module
PROFINET / PROFIBUS
Wickler1PH8
Hilfsachsen / Warenbahn
Beispielkonfiguration:(Maschinensteuerung)
•SIMOTION D4x5•SINAMICS S120 DC/AC•Einspeisung (ALM / SLM / BLM)•TB30/TM31 (optional)•1PH8 Motor
Standards:SIMOTION WicklerSIMOTION Axis Function Block
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Maschinen-automatisierung
HMI
Bahnregelung
TM31
SIMOTION D4x5 SINAMICS S120 DC/AC
1PH8
WicklerTänzer (oder Zugmessdose)
KlemmstelleS
IMO
TIO
N D
4x
5
Ethernet / PROFIBUS
1PH8
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Beispielprojekt
Beispiel-
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Applikation
Nutzen der
Applikation
Einleitung
Converting ToolboxBeispielprojekt
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Converting ToolboxTools - Auslegung
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ApplikationszentrumI DT MC PMA APC
Frauenauracher Str. 80D-91056 Erlangen
E-Mail: [email protected]
SIMOTION Wickler V2.2.3Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!