AMK交流伺服系統(tǒng)在Z26濾棒成型機中的應(yīng)用研究

張俊峰

摘 要：隨著計算機信息技術(shù)的快速發(fā)展，工業(yè)生產(chǎn)的自動化、智能化程度越來越高。上世紀70年代，隨著交流伺服系統(tǒng)在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用，世界各國開始研究智能化生產(chǎn)設(shè)備。AMK交流伺服系統(tǒng)具有較高的穩(wěn)定性與精度，可以最大限度提高設(shè)備的生產(chǎn)效率以及產(chǎn)品質(zhì)量。Z26濾棒成型機中引入AMK交流伺服系統(tǒng)后，可以提高各道工序電機運行的穩(wěn)定性，有效降低設(shè)備故障率，同時降低了原材料損耗，降低了生產(chǎn)成本。本文將從Z26濾棒成型機的控制需求以及AMK交流伺服系統(tǒng)的適應(yīng)性設(shè)計出發(fā)，探究AMK交流伺服系統(tǒng)在Z26濾棒成型機中的應(yīng)用，并提出具體的系統(tǒng)設(shè)計方案。

關(guān)鍵詞：AMK；交流伺服系統(tǒng)Z26濾棒成型機；應(yīng)用

目前，我國生產(chǎn)濾棒的設(shè)備已經(jīng)很多，但仍然以Z26濾棒成型機中為主，該機型運行效率較高，其額定生產(chǎn)效率超過600m/min。高速生產(chǎn)速率對設(shè)備的控制要求很高，不僅需要Z26濾棒成型機控制系統(tǒng)具備較高的靈敏度，同時必須保證控制精度。Z26濾棒成型機生產(chǎn)線主要包括四道工序，分別是開松、張緊、成型、甘油噴灑以及內(nèi)線膠封口等，而沒一道工序均配有電機，這些電機的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩等參數(shù)直接影響了設(shè)備的工作效率，同時關(guān)系到濾棒產(chǎn)品的整體性能（長度、重量、吸阻、硬度等），因此，本文將在Z26濾棒成型機中引入AMK交流伺服系統(tǒng)，提高設(shè)備控制精度與控制柔性。

1 生產(chǎn)工藝分析

Z26濾棒成型機組是一個龐大的協(xié)同性工作系統(tǒng)，任何環(huán)節(jié)的失誤都將影響產(chǎn)品整體質(zhì)量，除了風泵與風機外，機組中的開松、張緊、成型、甘油噴灑以及內(nèi)線膠封口等環(huán)節(jié)都需要控制系統(tǒng)的參與，任何機械運動的控制分解，實質(zhì)上是對電機的控制。Z26濾棒成型機組的工作原理如下：開松，開松是對原料進行預處理的過程，需要將原料從絲包中剝離出來，將絲束導入導向環(huán)，再通過一級開松器打開，最后送入張緊棍，開松實質(zhì)上是將原料取出的過程；張緊，張緊工序是為了防止原料加工時相互纏繞，Z26濾棒成型機組通過喂入輥與張緊輥進行張緊操作，且張緊輥與喂入輥之間必須具有一定速度差，絲束張緊的機理就是速度差；成型，原料在開松工序時已經(jīng)被噴灑了塑化劑，塑化劑有助于絲束分解，當絲束相互凝結(jié)，最后形成網(wǎng)狀；甘油噴灑，甘油的噴灑直接關(guān)系到產(chǎn)品的質(zhì)量，因此，甘油噴灑動作必須與生產(chǎn)速率相協(xié)調(diào)；內(nèi)線膠封口，內(nèi)線膠量以及封口膠量也與生產(chǎn)速率有關(guān)，因此必須與主傳動相互協(xié)調(diào)。由工藝分析可以得知，開松工序時需要控制三對輥，同時需要控制之后工序的輥子速度與運行比例。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

2.1 設(shè)計方案

為了保證Z26濾棒成型機組的運行精度與效率，本次設(shè)計的控制系統(tǒng)為AMK交流伺服系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以根據(jù)生產(chǎn)需求調(diào)整速度，且操作簡單，對操作人員的專業(yè)素質(zhì)要求不高。本次設(shè)計中的Z26濾棒成型機組主傳動為伺服電動機，從動設(shè)備包括成型機等，另外，Z26濾棒成型機組的主動設(shè)備包括喂入輥、張緊輥、傳輸輥等，均由伺服電機提供動力，從動設(shè)備受主軸控制。本次設(shè)計的通信硬件基礎(chǔ)為PLC以及Profibus-DP，主控設(shè)備為PLC，主要負責信號處理、發(fā)送控制信號等。

2.2 構(gòu)建路徑

AMK交流伺服系統(tǒng)的硬件基礎(chǔ)就是交流伺服驅(qū)動系統(tǒng)以及PLC，本次設(shè)計的硬件包括1套PLC（三菱FX系列），1臺DIGITAL生產(chǎn)的GP2600觸摸屏，一臺三菱的工業(yè)控制機，德國AMK公司的AMK交流伺服系統(tǒng)。AMK交流伺服系統(tǒng)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制的各個領(lǐng)域。AMK交流伺服系統(tǒng)具有控制精度高、調(diào)速范圍廣、響應(yīng)速度快等特定，另外，AMK交流伺服系統(tǒng)具備極高的穩(wěn)定性。本次設(shè)計的硬件系統(tǒng)集成了高動態(tài)性能的控制驅(qū)動模塊，該模塊為四象限驅(qū)動模式。硬件系統(tǒng)的通信方式以ACC內(nèi)部總線為基礎(chǔ)。除此之外，該硬件系統(tǒng)具備較強的二次開發(fā)性能，集成了附加選項卡。Z26濾棒成型機組的主傳動控制為KW20控制驅(qū)動器，喂入輥、張緊輥及傳輸輥等設(shè)備均采用KW5型控制驅(qū)動器，甘油噴灑以及內(nèi)線膠封口膠工序的電機驅(qū)動器為KW2型驅(qū)動器。

2.3 過程流程

操作人員可以通過控制面板的人機交互界面設(shè)定Z26濾棒成型機組的相關(guān)參數(shù)，可提前設(shè)定的參數(shù)包括喂入輥轉(zhuǎn)速、傳輸輥轉(zhuǎn)速、張緊輥轉(zhuǎn)速等，而電位器可以直接控制電機轉(zhuǎn)速。除此之外，操作人員需要根據(jù)不同的產(chǎn)品設(shè)置具體的甘油噴灑量，人機交互終端會將操作人員設(shè)置的參數(shù)傳輸給PLC控制器，PLC可以對設(shè)置的數(shù)據(jù)進行處理分析，之后通過Profibus-DP數(shù)據(jù)總線將處理后的數(shù)據(jù)傳輸給伺服控制器，Profibus-DP數(shù)據(jù)總線具有較高的傳輸效率，且傳輸數(shù)據(jù)質(zhì)量很高，最后各個伺服控制器根據(jù)指令控制電機運行，而伺服器內(nèi)部的通信模式為ACCBUS，系統(tǒng)內(nèi)部的動態(tài)響應(yīng)速度極快，縮短了系統(tǒng)整體傳輸時間。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

AMK交流伺服系統(tǒng)的開發(fā)環(huán)境為CoDeSys，CoDeSys的可視化性能較高，且具備較好的兼容性，1998年3S公司推出了第一款CoDeSys，CoDeSys迅速占領(lǐng)伺服系統(tǒng)編程領(lǐng)域。CoDeSys的編程語言具有結(jié)構(gòu)化、模塊化的特征，同時可以根據(jù)用戶需求進行智能調(diào)試，將主要程序功能封裝成多個模塊。本文設(shè)計的AMK交流伺服系統(tǒng)軟件方案采用了常見的主從模式，由主程序模塊（POU）調(diào)用各種程序塊（PLC_PRG），有些程序快是已經(jīng)編制好的，可以之間通過指令調(diào)用。

AMK交流伺服系統(tǒng)軟件系統(tǒng)的主要功能模塊包括四個：POU主程序模塊，該模塊是軟件系統(tǒng)的主體，可以循環(huán)調(diào)用；PLC與AMK通信模塊，按照CoDeSys的格式將變量進行一一對應(yīng)即可；運行模式切換模塊，該模塊涉及多種運行條件，需要程序可以根據(jù)條件進行快速切換，比如電機使能、運行、停止等，除此之外，需要對設(shè)備運行狀態(tài)進行監(jiān)測，如果發(fā)現(xiàn)意外情況，必須立即切換至急停模式，提高設(shè)備安全性，防止設(shè)備運行故障對工作人員的傷害；輥子運轉(zhuǎn)狀態(tài)控制模塊，Z26濾棒成型機組包含了多種輥子，輥子運行狀態(tài)的控制主要包括夾緊與松開，開松工序中的輥子運動狀態(tài)取決于主驅(qū)動的運轉(zhuǎn)速度，已經(jīng)具備明確的速度比，PLC中的控制程序需要根據(jù)操作人員設(shè)置的數(shù)據(jù)進行控制，通過對電機的精確控制，減少控制造成的故障。

AMK交流伺服系統(tǒng)軟件的人機交互模塊必須具備較強的交互性，可以適應(yīng)不同水平的操作人員，除此之外，軟件界面必須具備各個子界面，方便用戶調(diào)用。根據(jù)AMK交流伺服系統(tǒng)的功能可以將軟件界面分為四個：主界面，主界面可以反應(yīng)整個系統(tǒng)的工藝流程，操作人員通過流程圖的形式調(diào)閱相關(guān)數(shù)據(jù)；參數(shù)設(shè)置界面，該界面主要負責參數(shù)設(shè)置，設(shè)置的參數(shù)包括電動機的轉(zhuǎn)速、加速度、位移等；監(jiān)控界面，監(jiān)控界面可以實時監(jiān)控電動機的各項參數(shù)值，包括電機轉(zhuǎn)速等；故障檢測界面，主要負責顯示警報區(qū)域，對警報記錄進行查閱，操作人員可以對警報記錄進行分析，排除安全隱患。

4 結(jié)語

AMK交流伺服系統(tǒng)在Z26濾棒成型機中的應(yīng)用可以有效提高生產(chǎn)柔性，同時保證Z26濾棒成型機的有效運行率超過93%，AMK交流伺服系統(tǒng)可以通過對伺服電機的控制，使設(shè)備的甘油噴灑量更加精確，對提高產(chǎn)品整體質(zhì)量具有重要意義。本文深入分析了Z26濾棒成型機的各個生產(chǎn)環(huán)節(jié)，并詳細闡述了影響產(chǎn)品質(zhì)量的因素以及控制需求，根據(jù)實際需求構(gòu)建系統(tǒng)，提出了可行的軟硬件設(shè)計方案，為Z26濾棒成型機控制系統(tǒng)設(shè)計提供了參考，希望本文的研究有利于我國工業(yè)智能控制系統(tǒng)的快速發(fā)展。

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