Richard Vetter – AMS SolutionsMark Stirn – Bosch USA

September 29, 2016

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University of British Columbia (1998 – 2004)Masters of Applied Science in Controls Systems

Newnes Machine (2005 – 2008)Primary Breakdown Controls Group

AMS Solutions (2008 ‐ 2016)One of the Founding PartnersControls / IntegrationSpecialize in Hydraulic and Electric Motion ControlBosch Rexroth System Integrator

Introduction –Richard Vetter

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Introduce the “problem” with Traditional Hydraulic System DesignMotion Control issues related to non‐ideal hydraulic pressure control Integration of the Motion Controller and a “Smart” HPU can provide near‐perfect Hydraulic Pressure RegulationBosch Sytronix Technology and its benefits over a Traditional HPU

PerformanceEnergy Savings

Presentation Outline

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Hydraulic AxisCylinderProportional Valve

Hydraulic Power UnitAccumulatorPressure Compensated Pump

Traditional Hydraulic System

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“Simster” Simulation2.5” Cylinder100 LPM Pressure Compensated Pump2200 PSI Setpoint10L vs 20L Accumulator

Traditional Hydraulic System

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1500

1600

1700

1800

1900

2000

2100

2200

2300

‐10

0

10

20

30

40

50

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

System Pressure Drop

Cylinder Position [in] Cylinder Velocity [in/s] Accumulator Pressure 10L [psi]

15” Move

20 in/sec270 psi Drop

Pressure Compensated Pumps require a pressure drop to generate flow

Rarely sized to meet the Peak Flow requirements of the motion control system

Pumps are typically sized for Average FlowRely on accumulators to supply Peak Flow

Traditional Hydraulic System Design

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‐60

‐40

‐20

0

20

40

60

80

100

120

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2300

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Flow Rates

Accumulator Pressure 10L [psi] Valve Flow Rate [l/min] Accumulator Flow Rate [l/min] Pump Flow Rate [l/min]

53 LPM

96 LPM68 LPM

Accumulator Charging@ 45 LPM

Too much pressure drop?Add accumulators

Larger accumulators means:Longer charge timesLower “steady state” pressure

Traditional Hydraulic System Design

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1500

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0

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0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

System Pressure Drop

Cylinder Position [in] Cylinder Velocity [in/s] Accumulator Pressure 10L [psi] Accumulator Pressure 20L [psi]

15” Move

20 in/sec270 psi Drop220 psi Drop

Larger Accumulator = Lower Pressure Drop but Longer Recovery Time

Variable System Pressure is the Enemy of Motion ControlVariable Pressure = Sub‐Optimal Tuning

Increased Following ErrorIncreased Axis “In‐Position” Time

The Problem –Variable System Pressure

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What is an “acceptable” pressure drop?“It’s fine”“There’s nothing wrong”“It works”

Control System is now able to squeeze the last milliseconds out of the machineAt 500 FPM:

10ms = 1” 16’ Log + 8’ Gap = 288” of travel per piece1” = ~ 0.35%

Pressure Drop & Sub‐Optimal Tuning

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The Solution – Integrate HPU & Motion Controller

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MotionController Position Feedback

Proportional Valve

AnalogPressure Sensor

Fixed DisplacementPumpVariable Speed Drive

Pressure FeedbackHPU

Controller

FlowCommand

(1ms updates)

The Solution – “Smart” HPU

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MotionController

Variable Speed Drive

Position Feedback

Proportional Valve

Pressure Feedback

Ethernet

High SpeedCommunications

HPUController

AnalogPressure Sensor

Fixed DisplacementPump

Performance –Before Upgrade

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420 PSIDrop

0.240s Recovery

Performance –After Upgrade

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20 PSIRipple

‐0.2

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

‐5

0

5

10

15

20

25

0.000 0.100 0.200 0.300 0.400 0.500 0.600 0.700 0.800 0.900 1.000

Command Velocity Position Error Before Position Error After

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Log Turner Motion –Before & After

On a 10” Diameter Log, 0.100” of Following Error = 1 degree of Turn Error

0.600” Peak Error

0.110” Peak Error

22 Inches / Second

0.020” Error

Improved Diagnostics

Confidential – AMS Solutions Inc. 18

System Leakage MonitoringLine Break Detection

Confidential – AMS Solutions Inc. 19