淺談SPD/TWIN伺服驅(qū)動(dòng)器在高速包裝設(shè)備中的應(yīng)用

方子亭 葉鵬 毛春斌

摘 ?要：高速包裝設(shè)備已近成為卷煙工廠的主流設(shè)備，PARKER公司生產(chǎn)的SPD/TWIN伺服驅(qū)動(dòng)器具有控制性能穩(wěn)定、參數(shù)設(shè)置靈活等特點(diǎn)廣泛用于高速包裝設(shè)備中，對(duì)交流伺服電機(jī)的速度、位置進(jìn)行實(shí)時(shí)控制。SPD/TWIN伺服驅(qū)動(dòng)器的硬件集成了DSP控制模塊和智能驅(qū)動(dòng)電路，通過上端的三軸控制卡板、CPU計(jì)算通信，并設(shè)置相關(guān)參數(shù)，完成伺服電機(jī)的運(yùn)動(dòng)控制及包裝設(shè)備的整體運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：高速包裝設(shè)備 ?SPD/TWIN伺服驅(qū)動(dòng)器 ?實(shí)時(shí)控制 ?參數(shù)調(diào)整 ?故障維護(hù)

中圖分類號(hào)：TM92 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1672-3791（2020）10（b）-0060-03

Abstract： High-speed packaging equipment has recently become the mainstream equipment in cigarette factories. The SPD/TWIN servo driver produced by PARKER has stable control performance and flexible parameter setting. It is widely used in high-speed packaging equipment to control the speed and position of AC servo motors real-time. The hardware of SPD/TWIN servo driver integrates DSP control module and intelligent drive circuit， calculates communication through the upper three-axis control card and CPU， and sets relevant parameters to complete the motion control of the servo motor and the overall operation of the packaging equipment.

Key Words： High-speed packaging equipment; SPD/TWIN servo drive; Real-time control; Parameter adjustment; Troubleshooting

1 ?SPD/TWIN伺服驅(qū)動(dòng)器硬件介紹

SPD/TWIN伺服驅(qū)動(dòng)器采用DSP作為控制核心，其優(yōu)點(diǎn)是可以實(shí)現(xiàn)比較復(fù)雜的控制算法。功率器件普遍采用以智能功率模塊為核心的驅(qū)動(dòng)電路，內(nèi)部集成了驅(qū)動(dòng)電路，同時(shí)具有過電壓、過電流、過熱、欠壓等故障檢測(cè)保護(hù)電路[1]。

伺服驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部包含了整流橋和直流母線，三相電源輸入后經(jīng)過整流橋整流后輸出直流電壓480V，由直流母線傳輸。直流母線是公共的，IGBT逆變橋有獨(dú)立的兩組，也就是可以驅(qū)動(dòng)兩臺(tái)交流伺服電機(jī)，對(duì)應(yīng)的邏輯控制和脈沖觸發(fā)電路也有2組。SPD系列與TWIN系列的區(qū)別在于SPD伺服驅(qū)動(dòng)器僅有一組IGBT逆變橋，也就是只能驅(qū)動(dòng)一個(gè)交流伺服電機(jī)，這種情況一般適用于功率偏大的交流伺服電機(jī)，而TWIN系列有兩組IGBT逆變橋可以驅(qū)動(dòng)兩個(gè)交流伺服電機(jī)。TWIN系列伺服驅(qū)動(dòng)器一組電路發(fā)生故障時(shí)，另外一組亦可正常工作，在GDX6S軟包機(jī)組上部分伺服驅(qū)動(dòng)器只接一組電機(jī)，伺服驅(qū)動(dòng)器一組電路發(fā)生故障時(shí)可以將硬件電路連接到另外一組電路上并設(shè)置好參數(shù)，也可以正常驅(qū)動(dòng)交流伺服電機(jī)正常工作，故可在使用過程中根據(jù)實(shí)際情況節(jié)省硬件成本。

SPD/TWIN伺服驅(qū)動(dòng)器的接線端子分為動(dòng)力和信號(hào)兩組，頂部的動(dòng)力接線端子由三相電源輸入端子、伺服電機(jī)動(dòng)力接線端子和功能模式端子組成[2]。其中功能模式端子用于設(shè)置制動(dòng)電阻的內(nèi)置和外置兩種模式，直接短接IR和CB兩腳，則伺服驅(qū)動(dòng)器則使用內(nèi)置的制動(dòng)電阻模式，GDX6S//軟包機(jī)組的伺服驅(qū)動(dòng)器控制系統(tǒng)都是采用內(nèi)置制動(dòng)電阻模式。信號(hào)線端子則有一組48腳接線端子構(gòu)成，用于連接上端三軸控制卡板的控制反饋信號(hào)和下端交流伺服電機(jī)編碼器信號(hào)，包含數(shù)字量輸入輸出、虛擬編碼器輸出、伺服電機(jī)轉(zhuǎn)速或扭矩的模擬量給定輸入、電機(jī)旋轉(zhuǎn)變壓器輸入、電機(jī)溫度檢測(cè)熱敏電阻輸入、外部同步編碼器信號(hào)輸入以及一組24V工作電源。

2 ?SPD/TWIN伺服驅(qū)動(dòng)器在GDX6S上的應(yīng)用

GDX6S軟包機(jī)組的原輔料供給、成型和加熱器等工藝流程上都由SPD/TWIN伺服驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)交流伺服電機(jī)完成。由中央處理器、三軸控制卡板，SPD/TWIN伺服驅(qū)動(dòng)器、交流伺服電機(jī)構(gòu)成一個(gè)完整的控制系統(tǒng)。中央處理器與三軸控制卡板通過MIRCO機(jī)架背板總線進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，中央處理器通過GDLAN與IPC通信，通過IPC可調(diào)整交流伺服電機(jī)控制的PID參數(shù)。三軸控制卡板與伺服驅(qū)動(dòng)器、交流伺服電機(jī)的硬件連接電路圖如圖1所示。

圖1中N10為三軸控制卡板、A10為伺服驅(qū)動(dòng)器、M10為交流伺服電機(jī)。380V交流電通過L1、L2、L3端子為其供電，N10通過自己的VREF端口發(fā)出模擬量信號(hào)到A10的RIF端口作為A10的速度給定值。A10上的INO端口用于接收N10發(fā)出的使能信號(hào)，該信號(hào)決定A10是否允許工作。A10上的OUT0為輸出端，如果伺服驅(qū)動(dòng)器故障則報(bào)送到伺服控制卡板N10。A10上U1、V1、W1端口用于電機(jī)供電以便驅(qū)動(dòng)電機(jī)的運(yùn)行。A10上的X10端口用于連接伺服電機(jī)上的編碼器，編碼器將伺服電機(jī)當(dāng)前的運(yùn)行速度和相位編碼成脈沖信號(hào)輸送到A10參與A10的驅(qū)動(dòng)運(yùn)算，還有電機(jī)內(nèi)部溫度檢測(cè)信號(hào)輸送到A10。A10通過X10輸送到N10上，從而通知上位電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)。

SPD/TWIN伺服驅(qū)動(dòng)器系統(tǒng)硬件連接完成后，需要通過驅(qū)動(dòng)操作面板Keypad對(duì)驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行參數(shù)設(shè)置。參數(shù)主要有電機(jī)主參數(shù)Pr、二進(jìn)制參數(shù)Pb、邏輯控制參數(shù)In3種類型。具體包括伺服電機(jī)類型參數(shù)、伺服電機(jī)位置信號(hào)反饋參數(shù)和伺服驅(qū)動(dòng)器的運(yùn)行模式，驅(qū)動(dòng)器的啟動(dòng)與故障復(fù)位功能的PLC指令。

3 ?SPD/TWIN伺服驅(qū)動(dòng)器在GDX6S上速度控制參數(shù)調(diào)整和故障維護(hù)

GDX6S軟包機(jī)組伺服控制系統(tǒng)由中央處理器，三軸控制卡板，SPD/TWIN伺服驅(qū)動(dòng)器三級(jí)體系完成交流伺服電機(jī)的控制[4]。通過IPC與中央處理器之間的通信，可以對(duì)交流伺服電機(jī)的PID參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，使電機(jī)達(dá)到穩(wěn)定控制。特別是原輔料位置對(duì)中精度要求比較高的伺服電機(jī)，頻繁的啟停、速度的變化需要比較理想的PID參數(shù)來匹配電機(jī)運(yùn)動(dòng)軌跡，消除穩(wěn)態(tài)誤差，達(dá)到穩(wěn)定控制[4]。

PID參數(shù)的調(diào)節(jié)適用于一般性調(diào)節(jié)方法，根據(jù)對(duì)中誤差，找到合適整定參數(shù)。根據(jù)具體工藝要求，GDX6S軟包機(jī)組伺服控制系統(tǒng)在部分精確控制要求較高的伺服電機(jī)控制系統(tǒng)中，增加了前饋加速度，形成了反饋+前饋的復(fù)合控制系統(tǒng)。對(duì)主要擾動(dòng)進(jìn)行前饋控制，對(duì)其他干擾采用反饋控制，可以提高控制效果[5]。

SPD/TWIN伺服驅(qū)動(dòng)器具有很強(qiáng)的自診斷能力，驅(qū)動(dòng)器發(fā)生故障時(shí)，可以通過伺服驅(qū)動(dòng)器LED顯示器上的故障代碼來判斷具體故障原因，在X6S上常見的故障具體見表1。

根據(jù)表1中相關(guān)提示，檢查對(duì)應(yīng)部件，排除相應(yīng)故障，恢復(fù)設(shè)備運(yùn)行。

4 ?結(jié)語

SPD/TWIN伺服驅(qū)動(dòng)器能夠滿足高速包裝設(shè)備中大功率、高速、高精度交流伺服電機(jī)的控制要求[6]。同時(shí)很好地適配G.D公司的MIRCO||系統(tǒng)的三軸控制卡板、中央處理器，完成高速包裝設(shè)備的電氣控制要求，故成為高速包裝設(shè)備自動(dòng)控制系統(tǒng)的主流伺服驅(qū)動(dòng)器，代表著當(dāng)前包裝設(shè)備自動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展方向。

參考文獻(xiàn)

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