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伺服系統(tǒng)應(yīng)用與控制原理       本機(jī)采用的伺服系統(tǒng)為GSK98A系列伺服，驅(qū)動(dòng)單元采用美國(guó)TI公司最新數(shù)字信號(hào)處理器DSP為核心、大規(guī)模可編程門(mén)陣列(CPLD)和MITSUBISHI智能化功率模塊(IPM)，集成度高、體積小、保護(hù)完善、可靠性好。采用最優(yōu)PID算法完成PWM。驅(qū)動(dòng)單元具備標(biāo)準(zhǔn)位置控制與速度控制，可接收脈沖信號(hào)及模擬信號(hào)，脈沖信號(hào)兼容脈沖方向信號(hào)與正反脈沖信號(hào)兩種。由于采用成熟智能功率模塊，驅(qū)動(dòng)單元具備了控制超速、主電源過(guò)壓欠壓、過(guò)流、過(guò)載、制動(dòng)異常、編碼器異常、控制電源異常、位置超差等多項(xiàng)在線檢測(cè)與診斷，使控制過(guò)程一目了然。      所采用伺服電機(jī)為SJT系列的三相永磁同步伺服電機(jī)，寬調(diào)速比，恒轉(zhuǎn)矩輸出，三倍過(guò)載能力，具有3000rpm的額定轉(zhuǎn)速，2500p/r的碼盤(pán)反饋脈沖精度。      本機(jī)只需使用一套伺服系統(tǒng)就能完成其主要功能，伺服的控制性能反映了該類(lèi)產(chǎn)品的控制質(zhì)量。伺服系統(tǒng)與主變頻裝置的關(guān)系，如圖4所示： 圖4 伺服與變頻器的關(guān)系圖     由以上分析可知，該機(jī)機(jī)械設(shè)計(jì)時(shí)，主電機(jī)傳動(dòng)比要滿足主變頻器頻率工作在60Hz的頻率上，這時(shí)切刀與封刀來(lái)回往復(fù)運(yùn)動(dòng)將達(dá)120次/分鐘甚至更高要求。在滿足伺服電機(jī)的實(shí)際連續(xù)運(yùn)行轉(zhuǎn)速要小于或等于其額定轉(zhuǎn)速及其它特性的要求下，伺服機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)比及出料輥的外徑的合理設(shè)計(jì)是滿足該機(jī)工藝要求的關(guān)鍵。由圖4可見(jiàn)，PLC的信號(hào)邏輯順序?yàn)橄犬a(chǎn)生(1)，即變頻器先驅(qū)使電機(jī)將刀抬起，在抬刀與下刀之間的時(shí)間t2內(nèi)，動(dòng)作(2)必須完成。因此，需滿足關(guān)系t1      轉(zhuǎn)速要求：此機(jī)送料輥直徑r=36mm，圓周長(zhǎng)為L(zhǎng)=2πr=36×3.14=113mm，若以500mm長(zhǎng)的袋子為準(zhǔn)，則一次制袋成型需轉(zhuǎn)動(dòng)周數(shù)：n總=500/2πr=500/113=4.425圈，以每分鐘120個(gè)袋的制袋標(biāo)準(zhǔn)，則每分鐘送料輥需轉(zhuǎn)動(dòng)：n輥=120n=531轉(zhuǎn)，同時(shí)，送料輥與伺服電機(jī)存在1:4的減速比，故最終要求伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速：n需=531×4=2124轉(zhuǎn)。      精度要求：袋長(zhǎng)精度小于0.5mm，伺服傳動(dòng)機(jī)構(gòu)采用同步帶傳動(dòng)，伺服編碼器脈沖數(shù)為2500P/R，通過(guò)四倍頻轉(zhuǎn)換后，分辨精度達(dá)到10000p/r,即v伺=360°/10000=0.036°，電機(jī)輸出到出料輥有4:1的減速比，實(shí)際檢測(cè)精度達(dá)到： v輥=360°/(10000×4)=0.009°，對(duì)應(yīng)的長(zhǎng)度分辯精度為： vl輥=2πr×(0.009°/360°)=113×0.000025=0.002825mm。      故其本身誤差遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于0.5mm，引起定位誤差較大的真正原因是由于伺服電機(jī)起停不夠平滑，或者由于送料端的送料速度小于出料輥的出料速度，造成出料輥與塑料薄膜之間的相對(duì)滑動(dòng)，故要根據(jù)伺服電機(jī)的起停速度調(diào)整合適的加減速時(shí)間，調(diào)整送料變頻器頻率使其送料速度要大于出料輥的出料速度，調(diào)整結(jié)果要以出料輥與塑料薄膜之間不發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)為準(zhǔn)。      新型制袋機(jī)均帶有兩種封切方式：一種為空白袋封切方式，即伺服系統(tǒng)控制電機(jī)以PLC預(yù)先設(shè)置的脈沖數(shù)進(jìn)行動(dòng)作，直到脈沖數(shù)運(yùn)行完為止，作為一個(gè)制袋周期，此種方式為非追色運(yùn)行方式，也稱為定長(zhǎng)運(yùn)行方式。另一種為追色封切方式，當(dāng)選擇追色封切時(shí)，其過(guò)程如下，伺服啟動(dòng)信號(hào)導(dǎo)通，伺服電機(jī)按照PLC程序預(yù)先設(shè)定的運(yùn)動(dòng)曲線進(jìn)行加速運(yùn)動(dòng)、恒速運(yùn)動(dòng)、減速運(yùn)動(dòng)、低速追色，如圖5所示，PLC接收到追色信號(hào)時(shí)，通過(guò)中斷方式立即停止伺服電機(jī)。一般追色長(zhǎng)度為10mm，并且要求追色信號(hào)只能在追色范圍內(nèi)起作用，其它范圍內(nèi)需屏蔽掉其干擾信號(hào)。追色封切調(diào)試時(shí)，在人機(jī)界面上設(shè)定好伺服電機(jī)的恒速速度，先將加速時(shí)間、減速時(shí)間設(shè)長(zhǎng)，再調(diào)低速追色速度，盡可能提高低速追色速度，以追色平穩(wěn)、準(zhǔn)確為準(zhǔn)。調(diào)整好追色速度后，再調(diào)加速時(shí)間、減速時(shí)間，盡可能調(diào)短加減速時(shí)間，以膠袋與出料輥不發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)及追色平穩(wěn)為準(zhǔn)。PLC程序在追色封切時(shí)，對(duì)追色信號(hào)記數(shù)，連續(xù)三次檢測(cè)不到時(shí)，PLC停止各電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，并驅(qū)動(dòng)報(bào)警器報(bào)警。同時(shí)PLC程序?qū)ε坑洈?shù)，當(dāng)批量達(dá)到預(yù)警值時(shí)，PLC驅(qū)動(dòng)報(bào)警器報(bào)警提示。 圖5 追色封切方式的速度曲線圖     操作面板上設(shè)置了變頻器的調(diào)速旋鈕，通過(guò)該組旋鈕調(diào)位器可對(duì)主電機(jī)和送料電機(jī)調(diào)速，從而改變機(jī)器的加工效率，同時(shí)，改變?nèi)藱C(jī)界面上PLC的脈沖頻率設(shè)定值可對(duì)伺服電機(jī)調(diào)速。     PLC內(nèi)編寫(xiě)自動(dòng)運(yùn)行與手動(dòng)調(diào)試程序，自動(dòng)運(yùn)行程序?yàn)樯a(chǎn)程序，手動(dòng)調(diào)試程序?yàn)檎{(diào)機(jī)或維修時(shí)使用。      該類(lèi)機(jī)械配套伺服系統(tǒng)后，實(shí)現(xiàn)了以下功能：效率提高；良品率提高；封切精度提高；調(diào)試機(jī)械方便快捷；運(yùn)行過(guò)程平穩(wěn)。200-800mm長(zhǎng)膠袋，生產(chǎn)約160-50個(gè)/分鐘；長(zhǎng)度誤差在0.5mm內(nèi)；膠袋封口處溫度線，結(jié)實(shí)耐拉；既可定長(zhǎng)封切，又可追色封切；追色封切時(shí)，連續(xù)三次檢測(cè)不到色標(biāo)信號(hào)，能自動(dòng)停機(jī)報(bào)警；有預(yù)警功能，生產(chǎn)到設(shè)定批量時(shí)，會(huì)自動(dòng)提示；主電機(jī)調(diào)速，送料電機(jī)調(diào)速，伺服電機(jī)調(diào)速；設(shè)有自動(dòng)運(yùn)行方式和手動(dòng)調(diào)試方式。 結(jié)語(yǔ)       隨著市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的日趨激烈，用戶對(duì)所需產(chǎn)品提出了更高的技術(shù)和更合理的性能價(jià)格比的要求。伺服系統(tǒng)以其出色的性能完成了對(duì)產(chǎn)品的加工過(guò)程、加工工藝和綜合性能的改造，并在工業(yè)領(lǐng)域中得到了非常廣泛應(yīng)用。  作者/趙金彪 來(lái)源：佳工機(jī)電網(wǎng)