AMK交流伺服系統在Z26濾棒成型機中的應用研究

張俊峰

摘 要：隨著計算機信息技術的快速發展，工業生產的自動化、智能化程度越來越高。上世紀70年代，隨著交流伺服系統在工業生產中的應用，世界各國開始研究智能化生產設備。AMK交流伺服系統具有較高的穩定性與精度，可以最大限度提高設備的生產效率以及產品質量。Z26濾棒成型機中引入AMK交流伺服系統后，可以提高各道工序電機運行的穩定性，有效降低設備故障率，同時降低了原材料損耗，降低了生產成本。本文將從Z26濾棒成型機的控制需求以及AMK交流伺服系統的適應性設計出發，探究AMK交流伺服系統在Z26濾棒成型機中的應用，并提出具體的系統設計方案。

關鍵詞：AMK；交流伺服系統Z26濾棒成型機；應用

目前，我國生產濾棒的設備已經很多，但仍然以Z26濾棒成型機中為主，該機型運行效率較高，其額定生產效率超過600m/min。高速生產速率對設備的控制要求很高，不僅需要Z26濾棒成型機控制系統具備較高的靈敏度，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、甘油噴灑以及內線膠封口等，而沒一道工序均配有電機，這些電機的轉速、轉矩等參數直接影響了設備的工作效率，同時關系到濾棒產品的整體性能（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，提高設備控制精度與控制柔性。

1 生產工藝分析

Z26濾棒成型機組是一個龐大的協同性工作系統，任何環節的失誤都將影響產品整體質量，除了風泵與風機外，機組中的開松、張緊、成型、甘油噴灑以及內線膠封口等環節都需要控制系統的參與，任何機械運動的控制分解，實質上是對電機的控制。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，再通過一級開松器打開，最后送入張緊棍，開松實質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被噴灑了塑化劑，塑化劑有助于絲束分解，當絲束相互凝結，最后形成網狀；甘油噴灑，甘油的噴灑直接關系到產品的質量，因此，甘油噴灑動作必須與生產速率相協調；內線膠封口，內線膠量以及封口膠量也與生產速率有關，因此必須與主傳動相互協調。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 系統硬件設計

2.1 設計方案

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

2.2 構建路徑

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

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定Z26濾棒成型機組的相關參數，可提前設定的參數包括喂入輥轉速、傳輸輥轉速、張緊輥轉速等，而電位器可以直接控制電機轉速。除此之外，操作人員需要根據不同的產品設置具體的甘油噴灑量，人機交互終端會將操作人員設置的參數傳輸給PLC控制器，PLC可以對設置的數據進行處理分析，之后通過Profibus-DP數據總線將處理后的數據傳輸給伺服控制器，Profibus-DP數據總線具有較高的傳輸效率，且傳輸數據質量很高，最后各個伺服控制器根據指令控制電機運行，而伺服器內部的通信模式為ACCBUS，系統內部的動態響應速度極快，縮短了系統整體傳輸時間。

3 系統軟件設計

AMK交流伺服系統的開發環境為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迅速占領伺服系統編程領域。CoDeSys的編程語言具有結構化、模塊化的特征，同時可以根據用戶需求進行智能調試，將主要程序功能封裝成多個模塊。本文設計的AMK交流伺服系統軟件方案采用了常見的主從模式，由主程序模塊（POU）調用各種程序塊（PLC_PRG），有些程序快是已經編制好的，可以之間通過指令調用。

AMK交流伺服系統軟件系統的主要功能模塊包括四個：POU主程序模塊，該模塊是軟件系統的主體，可以循環調用；PLC與AMK通信模塊，按照CoDeSys的格式將變量進行一一對應即可；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，需要對設備運行狀態進行監測，如果發現意外情況，必須立即切換至急停模式，提高設備安全性，防止設備運行故障對工作人員的傷害；輥子運轉狀態控制模塊，Z26濾棒成型機組包含了多種輥子，輥子運行狀態的控制主要包括夾緊與松開，開松工序中的輥子運動狀態取決于主驅動的運轉速度，已經具備明確的速度比，PLC中的控制程序需要根據操作人員設置的數據進行控制，通過對電機的精確控制，減少控制造成的故障。

AMK交流伺服系統軟件的人機交互模塊必須具備較強的交互性，可以適應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，方便用戶調用。根據AMK交流伺服系統的功能可以將軟件界面分為四個：主界面，主界面可以反應整個系統的工藝流程，操作人員通過流程圖的形式調閱相關數據；參數設置界面，該界面主要負責參數設置，設置的參數包括電動機的轉速、加速度、位移等；監控界面，監控界面可以實時監控電動機的各項參數值，包括電機轉速等；故障檢測界面，主要負責顯示警報區域，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 結語

AMK交流伺服系統在Z26濾棒成型機中的應用可以有效提高生產柔性，同時保證Z26濾棒成型機的有效運行率超過93%，AMK交流伺服系統可以通過對伺服電機的控制，使設備的甘油噴灑量更加精確，對提高產品整體質量具有重要意義。本文深入分析了Z26濾棒成型機的各個生產環節，并詳細闡述了影響產品質量的因素以及控制需求，根據實際需求構建系統，提出了可行的軟硬件設計方案，為Z26濾棒成型機控制系統設計提供了參考，希望本文的研究有利于我國工業智能控制系統的快速發展。

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