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

張樂波 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）有限公司上海分公司 上海 200030）

1.前言

我國目前已經(jīng)成為世界最大的玻璃瓶生產(chǎn)和消費國，玻璃瓶產(chǎn)量現(xiàn)已超過1000萬噸，主要使用行列式制瓶機進行生產(chǎn)。我國的制瓶技術(shù)主要來源于美國，隨著制瓶機自動化水平的提高，我國玻璃瓶生產(chǎn)能力得到極大的提高。玻璃機械目前已經(jīng)實現(xiàn)全面國產(chǎn)化，但玻璃機械的周邊配套設(shè)備在實踐中因?qū)嵱眯圆粡?、操作復雜、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OI公司進駐中國和國內(nèi)人力成本的不斷提高，競爭壓力加大、客戶對價格的耐壓性增強，玻璃機械的周邊配套設(shè)備（如玻璃瓶檢驗機、玻璃瓶包裝機、玻璃瓶堆垛機）的實用化成為迫在眉睫的問題，也成為其發(fā)展的契機。

目前，玻璃瓶包裝機一般由一個變頻器帶動交流電機運行，由PLC、單片機進行控制。通過具體實踐與客戶反饋，玻璃瓶包裝機在使用中實用性不強，是因為包裝機機械手臂推送動作不理想，主要有幾個方面的原因。一是使用變頻器控制包裝機速度，各種推臂動作速度調(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，機械手臂使用過程中誤動作和頻繁停車情況。因此，本文提出使用伺服電機代替普通電機，使用伺服電機驅(qū)動器代替變頻器，實現(xiàn)玻璃瓶包裝機的各項動作，實用性大大增加。

伺服驅(qū)動器一般有七個輸入輸出端，分別為電源輸入端、電機電源端、異常報警輸出端、回生電阻回饋端、上位機I/O信號端、編程輸入端、伺服信號輸出端。其次，伺服控制器一般還包括實時顯示面板和控制鍵盤。伺服驅(qū)動器各部分功能如下。

2.玻璃瓶包裝設(shè)備伺服驅(qū)動的實現(xiàn)

2.1 伺服驅(qū)動系統(tǒng)組成 伺服驅(qū)動系統(tǒng)包括三個部分，一是伺服控制器，二是伺服電機，三是傳送系統(tǒng)，四是包裝機機械手臂，具體組成及控制順序見下圖。

2.1.1 伺服驅(qū)動器 伺服驅(qū)動器是又稱“伺服控制器”，是通過位置、速度和力矩三種方式對伺服電機進行控制、實現(xiàn)高精度的傳動系統(tǒng)定位的控制器。具體是將輸入電源經(jīng)伺服驅(qū)動器對交流電源進行整形，輸出到伺服電機，然后根據(jù)編程和參數(shù)控制對數(shù)據(jù)進行處理，輸出脈沖控制信號，達到對伺服電機的精確控制。

伺服驅(qū)動器可進行標準配置和最簡配置，根據(jù)客戶對包裝機產(chǎn)品要求和控制精度，實行最優(yōu)化處理，增加或減少伺服驅(qū)動器外設(shè)系統(tǒng)。

2.1.2 標準配置 為發(fā)揮伺服驅(qū)動器的最大作用，可增加附屬模塊，對伺服驅(qū)動器進行如下配置。

2.1.3 最簡配置 為發(fā)揮伺服驅(qū)動器的最大作用，可增加附屬模塊，對伺服驅(qū)動器進行如下配置。

2.2 伺服電機及傳動系統(tǒng)

2.2.1 伺服電機 伺服電機輸入的電源和伺服控制信號，均由伺服驅(qū)動器提供，可以在一個周期內(nèi)的各個時間段輸出不同的轉(zhuǎn)速和扭矩。玻璃瓶包裝機采用交流伺服電機可以滿足穩(wěn)定性和精度要求，同時直流伺服電機價格較貴，因此，本文建議采用交流伺服電機。

2.2.2 傳動系統(tǒng) 由于伺服電機直接安裝在包裝機機體上，與機械手臂直接連接較為簡單，因此可以用最簡單的傳送帶帶動包裝機機械手臂運轉(zhuǎn)。

2.3 包裝機機械手臂 包裝設(shè)備機械手臂一般要實現(xiàn)7個動作,如下圖所示。

2.4 伺服驅(qū)動參數(shù)設(shè)置 玻璃瓶包裝機伺服驅(qū)動系統(tǒng)中伺服驅(qū)動器參數(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)置主要取決于對進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)動系統(tǒng)的優(yōu)缺點及使用展望

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

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