淺談SPD/TWIN伺服驅動器在高速包裝設備中的應用

方子亭 葉鵬 毛春斌

摘 ?要：高速包裝設備已近成為卷煙工廠的主流設備，PARKER公司生產的SPD/TWIN伺服驅動器具有控制性能穩定、參數設置靈活等特點廣泛用于高速包裝設備中，對交流伺服電機的速度、位置進行實時控制。SPD/TWIN伺服驅動器的硬件集成了DSP控制模塊和智能驅動電路，通過上端的三軸控制卡板、CPU計算通信，并設置相關參數，完成伺服電機的運動控制及包裝設備的整體運行。

關鍵詞：高速包裝設備 ?SPD/TWIN伺服驅動器 ?實時控制 ?參數調整 ?故障維護

中圖分類號：TM92 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：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伺服驅動器硬件介紹

SPD/TWIN伺服驅動器采用DSP作為控制核心，其優點是可以實現比較復雜的控制算法。功率器件普遍采用以智能功率模塊為核心的驅動電路，內部集成了驅動電路，同時具有過電壓、過電流、過熱、欠壓等故障檢測保護電路[1]。

伺服驅動器內部包含了整流橋和直流母線，三相電源輸入后經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逆變橋有獨立的兩組，也就是可以驅動兩臺交流伺服電機，對應的邏輯控制和脈沖觸發電路也有2組。SPD系列與TWIN系列的區別在于SPD伺服驅動器僅有一組IGBT逆變橋，也就是只能驅動一個交流伺服電機，這種情況一般適用于功率偏大的交流伺服電機，而TWIN系列有兩組IGBT逆變橋可以驅動兩個交流伺服電機。TWIN系列伺服驅動器一組電路發生故障時，另外一組亦可正常工作，在GDX6S軟包機組上部分伺服驅動器只接一組電機，伺服驅動器一組電路發生故障時可以將硬件電路連接到另外一組電路上并設置好參數，也可以正常驅動交流伺服電機正常工作，故可在使用過程中根據實際情況節省硬件成本。

SPD/TWIN伺服驅動器的接線端子分為動力和信號兩組，頂部的動力接線端子由三相電源輸入端子、伺服電機動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置制動電阻的內置和外置兩種模式，直接短接IR和CB兩腳，則伺服驅動器則使用內置的制動電阻模式，GDX6S//軟包機組的伺服驅動器控制系統都是采用內置制動電阻模式。信號線端子則有一組48腳接線端子構成，用于連接上端三軸控制卡板的控制反饋信號和下端交流伺服電機編碼器信號，包含數字量輸入輸出、虛擬編碼器輸出、伺服電機轉速或扭矩的模擬量給定輸入、電機旋轉變壓器輸入、電機溫度檢測熱敏電阻輸入、外部同步編碼器信號輸入以及一組24V工作電源。

2 ?SPD/TWIN伺服驅動器在GDX6S上的應用

GDX6S軟包機組的原輔料供給、成型和加熱器等工藝流程上都由SPD/TWIN伺服驅動器驅動交流伺服電機完成。由中央處理器、三軸控制卡板，SPD/TWIN伺服驅動器、交流伺服電機構成一個完整的控制系統。中央處理器與三軸控制卡板通過MIRCO機架背板總線進行數據交換，中央處理器通過GDLAN與IPC通信，通過IPC可調整交流伺服電機控制的PID參數。三軸控制卡板與伺服驅動器、交流伺服電機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為伺服驅動器、M10為交流伺服電機。380V交流電通過L1、L2、L3端子為其供電，N10通過自己的VREF端口發出模擬量信號到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發出的使能信號，該信號決定A10是否允許工作。A10上的OUT0為輸出端，如果伺服驅動器故障則報送到伺服控制卡板N10。A10上U1、V1、W1端口用于電機供電以便驅動電機的運行。A10上的X10端口用于連接伺服電機上的編碼器，編碼器將伺服電機當前的運行速度和相位編碼成脈沖信號輸送到A10參與A10的驅動運算，還有電機內部溫度檢測信號輸送到A10。A10通過X10輸送到N10上，從而通知上位電機運行狀態。

SPD/TWIN伺服驅動器系統硬件連接完成后，需要通過驅動操作面板Keypad對驅動器進行參數設置。參數主要有電機主參數Pr、二進制參數Pb、邏輯控制參數In3種類型。具體包括伺服電機類型參數、伺服電機位置信號反饋參數和伺服驅動器的運行模式，驅動器的啟動與故障復位功能的PLC指令。

3 ?SPD/TWIN伺服驅動器在GDX6S上速度控制參數調整和故障維護

GDX6S軟包機組伺服控制系統由中央處理器，三軸控制卡板，SPD/TWIN伺服驅動器三級體系完成交流伺服電機的控制[4]。通過IPC與中央處理器之間的通信，可以對交流伺服電機的PID參數進行調節，使電機達到穩定控制。特別是原輔料位置對中精度要求比較高的伺服電機，頻繁的啟停、速度的變化需要比較理想的PID參數來匹配電機運動軌跡，消除穩態誤差，達到穩定控制[4]。

PID參數的調節適用于一般性調節方法，根據對中誤差，找到合適整定參數。根據具體工藝要求，GDX6S軟包機組伺服控制系統在部分精確控制要求較高的伺服電機控制系統中，增加了前饋加速度，形成了反饋+前饋的復合控制系統。對主要擾動進行前饋控制，對其他干擾采用反饋控制，可以提高控制效果[5]。

SPD/TWIN伺服驅動器具有很強的自診斷能力，驅動器發生故障時，可以通過伺服驅動器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。

根據表1中相關提示，檢查對應部件，排除相應故障，恢復設備運行。

4 ?結語

SPD/TWIN伺服驅動器能夠滿足高速包裝設備中大功率、高速、高精度交流伺服電機的控制要求[6]。同時很好地適配G.D公司的MIRCO||系統的三軸控制卡板、中央處理器，完成高速包裝設備的電氣控制要求，故成為高速包裝設備自動控制系統的主流伺服驅動器，代表著當前包裝設備自動控制技術的發展方向。

參考文獻

[1] 舒毅，蘇禮賢，林雄軍.天氣雷達發射機風冷系統不足與改進[J].國外電子測量技術，2019，38（2）：95-98.

[2] 于蘭英，陳俊宇，王國志.濾板在車輛電池組風冷散熱中的應用[J].電源技術，2019（6）：1005-1009.

[3] 陳俊宇，于蘭英，王國志.動力電池組風冷散熱系統優化分析[J].電源技術，2019，43（1）：84-87.

[4] 唐伎玲，趙宏偉，王婷婷，等.LQR優化的BP神經網絡PID控制器設[J].吉林大學學報：理學版，2020（5）：652-656

[5] 潘偉程.基于前饋-反饋控制的斯太爾摩風冷系統優化設計[J].冶金動力，2019（7）：73-76.

[6] 張天佑，李全英.基于SmartFusion2SoCFPGA芯片的運動控制卡設計[J].電子設計工程，2018（7）：109-112.