伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在玻璃瓶包裝設(shè)備中的應(yīng)用

張樂(lè)波 王梅英

1.（上海科仁企業(yè)管理咨詢有限公司 上海 200436）

2.（中海石油（中國(guó)）有限公司上海分公司 上海 200030）

1.前言

我國(guó)目前已經(jīng)成為世界最大的玻璃瓶生產(chǎn)和消費(fèi)國(guó)，玻璃瓶產(chǎn)量現(xiàn)已超過(guò)1000萬(wàn)噸，主要使用行列式制瓶機(jī)進(jìn)行生產(chǎn)。我國(guó)的制瓶技術(shù)主要來(lái)源于美國(guó)，隨著制瓶機(jī)自動(dòng)化水平的提高，我國(guó)玻璃瓶生產(chǎn)能力得到極大的提高。玻璃機(jī)械目前已經(jīng)實(shí)現(xiàn)全面國(guó)產(chǎn)化，但玻璃機(jī)械的周邊配套設(shè)備在實(shí)踐中因?qū)嵱眯圆粡?qiáng)、操作復(fù)雜、成本高等原因，影響了推廣和使用。隨著全球最大的玻璃瓶制品制造商美國(guó)OI公司進(jìn)駐中國(guó)和國(guó)內(nèi)人力成本的不斷提高，競(jìng)爭(zhēng)壓力加大、客戶對(duì)價(jià)格的耐壓性增強(qiáng)，玻璃機(jī)械的周邊配套設(shè)備（如玻璃瓶檢驗(yàn)機(jī)、玻璃瓶包裝機(jī)、玻璃瓶堆垛機(jī)）的實(shí)用化成為迫在眉睫的問(wèn)題，也成為其發(fā)展的契機(jī)。

目前，玻璃瓶包裝機(jī)一般由一個(gè)變頻器帶動(dòng)交流電機(jī)運(yùn)行，由PLC、單片機(jī)進(jìn)行控制。通過(guò)具體實(shí)踐與客戶反饋，玻璃瓶包裝機(jī)在使用中實(shí)用性不強(qiáng)，是因?yàn)榘b機(jī)機(jī)械手臂推送動(dòng)作不理想，主要有幾個(gè)方面的原因。一是使用變頻器控制包裝機(jī)速度，各種推臂動(dòng)作速度調(diào)節(jié)精度不夠；二是變頻器抗干擾能力和反饋調(diào)節(jié)能力不足，機(jī)械手臂使用過(guò)程中誤動(dòng)作和頻繁停車情況。因此，本文提出使用伺服電機(jī)代替普通電機(jī)，使用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器代替變頻器，實(shí)現(xiàn)玻璃瓶包裝機(jī)的各項(xiàng)動(dòng)作，實(shí)用性大大增加。

伺服驅(qū)動(dòng)器一般有七個(gè)輸入輸出端，分別為電源輸入端、電機(jī)電源端、異常報(bào)警輸出端、回生電阻回饋端、上位機(jī)I/O信號(hào)端、編程輸入端、伺服信號(hào)輸出端。其次，伺服控制器一般還包括實(shí)時(shí)顯示面板和控制鍵盤(pán)。伺服驅(qū)動(dòng)器各部分功能如下。

2.玻璃瓶包裝設(shè)備伺服驅(qū)動(dòng)的實(shí)現(xiàn)

2.1 伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)組成 伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括三個(gè)部分，一是伺服控制器，二是伺服電機(jī)，三是傳送系統(tǒng)，四是包裝機(jī)機(jī)械手臂，具體組成及控制順序見(jiàn)下圖。

2.1.1 伺服驅(qū)動(dòng)器 伺服驅(qū)動(dòng)器是又稱“伺服控制器”，是通過(guò)位置、速度和力矩三種方式對(duì)伺服電機(jī)進(jìn)行控制、實(shí)現(xiàn)高精度的傳動(dòng)系統(tǒng)定位的控制器。具體是將輸入電源經(jīng)伺服驅(qū)動(dòng)器對(duì)交流電源進(jìn)行整形，輸出到伺服電機(jī)，然后根據(jù)編程和參數(shù)控制對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，輸出脈沖控制信號(hào)，達(dá)到對(duì)伺服電機(jī)的精確控制。

伺服驅(qū)動(dòng)器可進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)配置和最簡(jiǎn)配置，根據(jù)客戶對(duì)包裝機(jī)產(chǎn)品要求和控制精度，實(shí)行最優(yōu)化處理，增加或減少伺服驅(qū)動(dòng)器外設(shè)系統(tǒng)。

2.1.2 標(biāo)準(zhǔn)配置 為發(fā)揮伺服驅(qū)動(dòng)器的最大作用，可增加附屬模塊，對(duì)伺服驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行如下配置。

2.1.3 最簡(jiǎn)配置 為發(fā)揮伺服驅(qū)動(dòng)器的最大作用，可增加附屬模塊，對(duì)伺服驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行如下配置。

2.2 伺服電機(jī)及傳動(dòng)系統(tǒng)

2.2.1 伺服電機(jī) 伺服電機(jī)輸入的電源和伺服控制信號(hào)，均由伺服驅(qū)動(dòng)器提供，可以在一個(gè)周期內(nèi)的各個(gè)時(shí)間段輸出不同的轉(zhuǎn)速和扭矩。玻璃瓶包裝機(jī)采用交流伺服電機(jī)可以滿足穩(wěn)定性和精度要求，同時(shí)直流伺服電機(jī)價(jià)格較貴，因此，本文建議采用交流伺服電機(jī)。

2.2.2 傳動(dòng)系統(tǒng) 由于伺服電機(jī)直接安裝在包裝機(jī)機(jī)體上，與機(jī)械手臂直接連接較為簡(jiǎn)單，因此可以用最簡(jiǎn)單的傳送帶帶動(dòng)包裝機(jī)機(jī)械手臂運(yùn)轉(zhuǎn)。

2.3 包裝機(jī)機(jī)械手臂 包裝設(shè)備機(jī)械手臂一般要實(shí)現(xiàn)7個(gè)動(dòng)作,如下圖所示。

2.4 伺服驅(qū)動(dòng)參數(shù)設(shè)置 玻璃瓶包裝機(jī)伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中伺服驅(qū)動(dòng)器參數(shù)一般包括以下幾種參數(shù)設(shè)置：監(jiān)控與一般輸出設(shè)定參數(shù)；濾波平滑及共振抑制相關(guān)參數(shù)；增益及切換相關(guān)參數(shù)；位置控制相關(guān)參數(shù)；速度控制相關(guān)參數(shù)；扭矩控制相關(guān)參數(shù)；數(shù)字輸出入接腳規(guī)劃及輸出相關(guān)設(shè)定參數(shù)；通訊參數(shù)等，其具體參數(shù)設(shè)置主要取決于對(duì)進(jìn)度和扭矩的控制程度、具體玻璃瓶的高度質(zhì)量等相關(guān)產(chǎn)品參數(shù)，在此不再贅述。

3.伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)及使用展望

如前文所述，相對(duì)于變頻器控制電機(jī)，使用伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)控制包裝機(jī)機(jī)械手臂精度高，適應(yīng)大多數(shù)玻璃瓶的包裝應(yīng)用。同時(shí)，伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)抗干擾能力較強(qiáng)，減少的失誤動(dòng)作次數(shù)，極大的提高了工作效率。另外，伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)優(yōu)秀的反饋調(diào)節(jié)能力，較短的反應(yīng)時(shí)間，使目前的玻璃瓶包裝機(jī)械的性能得到了很大提高，充分滿足玻璃瓶包裝市場(chǎng)對(duì)產(chǎn)品性能的要求。同時(shí)，伺服電機(jī)由于噪音小、能耗低，利于作業(yè)環(huán)境保護(hù)和節(jié)省能源。但由于伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)由于國(guó)產(chǎn)化程度不夠，價(jià)格較高，讓伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的推廣受到了很大的限制。隨著國(guó)外玻璃機(jī)械進(jìn)入我國(guó)玻璃瓶制造市場(chǎng)和勞動(dòng)力成本的提高，為制瓶機(jī)周邊設(shè)備的性能提高提供了契機(jī)。同時(shí)，隨著將來(lái)伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)國(guó)產(chǎn)化程度不斷提高，成本不斷降低，必將在機(jī)械制瓶行業(yè)有廣泛的推廣。

[1]手冊(cè)編寫(xiě)組，ASDA-B2系列使用手冊(cè),中達(dá)電通股份有限公司，2013.9

[2]手冊(cè)編寫(xiě)組，Delta CANopen Technical Guide，中達(dá)電通股份有限公司，2012.9

[3]手冊(cè)編寫(xiě)組，ASDA-A2400V安裝說(shuō)明，中達(dá)電通股份有限公司，2010.8

[4]顏嘉男等，伺服電機(jī)應(yīng)用技術(shù), 科學(xué)出版社，2010.4

[5]寇寶泉等，交流伺服電機(jī)及其控制, 科學(xué)出版社，2008.10