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伺服驱动技术在GD包装机上应用 　　摘要 随着电子技术的不断进步与发展，交流伺服技术不断地应用于工业企业生产当中，使原有设备得到了技术上升级，大大的促进了工业生产的进步。GD包装机金拉线直流电机的改造，就是很好利用了伺服驱动技术，用先进的伺服控制器和同步型伺服电机对原机的直流电机及直流控制系统进行了改造，大大减少了系统的维护工作量，同时降低了故障率，提高了有效作业率。 　　关键词 直流电机；交流伺服控制器；伺服控制电机 　　中图分类号TM921.54 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2010）32-0177-02 　　0 引言 　　GD包装机包括X1、X2包装机，设备的拉线驱动装置都是采用的是直流电机，山东中烟工业公司青岛卷烟厂大部分直流电机已使用5年以上，已进入老化期，故障率比较高，影响正常的生产，急需进行设备的技术升级。随着电子技术的不断进步与发展，交流伺服技术在工业得到广泛的应用，笔者所在车间采用了伺服驱动装置对原直流电机进行了改造。 　　1 改造方案 　　采用了德国伦茨公司先进的伺服控制器和同步型伺服电机对原机的直流电机及直流控制系统进行了改造，利用原机的速度命令信号作为伺服控制器的基准信号，同时利用原机的线性传感器送给原机控制系统的频率信号，经F/V变换后送给伺服控制器作为速度调整信号，两者共同作用使电机的转速符合设备所需的速度，同时利用检测断线的接近开关提供断线检测和系统报警功能。 　　2 伺服驱动技术的工作原理 　　交流伺服技术是一种闭环控制技术，其控制原理是在传统的三环PID控制理论的基础上发展而来，吸收了各种现代运动控制理论的复合控制方案。针对机械行业的发展需求，随着电子齿轮，电子凸轮，多轴位置绑定等运动控制软件功能得到完善。通过伺服系统内嵌某些高速的PLC功能，可以完成各种高速、高精度的控制要求。LENZE伺服系统采用旋转变压器的反馈方式进行速度控制。它跟随电机一起旋转，变压器感应电机转子旋转产生的磁通变化，使产生的电压信号与转子转角的正弦函数保持一致。相当于一种以电动机为动力的发电机，反馈信号描述了当前电机的运转情况。该信号反馈至???制器后，经过增益等处理，转换为转速信号，这时该信号描述的是电机当前实际转速，并将它与给定速度信号形成的负反馈进行比较，产生的差值经过处理形成加速度信号传送到下个环节。如果两者之间差值为零，表明当前转速与给定值相同，不需要加速度，电机输出转矩等于当前负载力矩，速度保持不变。如果两者产生正差值，表明实际转速小于给定转速，控制器将差值转换为加速度信号，使电机产生正向大于负载力矩的转矩，使电机逐渐加速，同时继续比较给定速度和实际速度之间的差值，直到两者相等为止。如果两者产生负差值，情况与上述相反，控制系统调整电机到两者差值为0后停止调整。 　　按照伺服传动系统的原理，电机控制过程中可以选择不同的控制环节来达到不同的工艺要求，如：速度控制环节、相位控制环节、转矩控制环节等。本伺服系统中应用到速度控制环节，就是前面提到的利用速度的实际值与给定值比较，得出的差值做反馈补偿。如图2所示，1为给定转速信号，2为实际转速信号。 　　3 交流伺服控制器原理和特点 　　本系统采用的是德国LENZE公司的9300系列交流伺服控制器，用于替代原机的直流电机的控制器。高性能9300系列伺服控制器以及与之相适配的交流伺服电机，构成了完美的交流伺服驱动系统，可完成精确定位、复杂轮廓加工、角度和速度同步、收放卷控制等复杂的伺服控制任务。 　　伺服驱动器在发展了变频技术的前提下，在驱动器内部的电流环，速度环和位置环都进行了比一般变频更精确的控制技术和算法运算，在功能上也比传统的变频器强大很多，最主要的一点是可以进行精确的位置控制。通过上位控制器发送的脉冲序列来控制速度和位置，驱动器内部的算法和更快更精确的计算以及性能更优良的电子器件使之更优越于变频器。 　　9300 伺服控制器的主要特性： 　　1）功率范围：370kW~75kW； 　　2）主电压范围：3×320…… 528V； 　　3）用于同步和异步电机的矢量控制； 　　4）内置系统总线（CAN）易于连接不同的总线系统，如：Interbus-S， Profibus； 　　5）内置过程控制器，制动逻辑，5 个PLC 兼容数字输入，其中2 个具有中断优先权； 　　6）接各种反馈：旋变，增量型编码器，sin/cos编码器(相对和绝对)，绝对值编码器； 　　7）多驱动器间直流母线连接可交换能量，散热器分离设计4 个PLC 兼容输出。 　　4 伺服电机的结构特点 　　伺服电机采用了LENZE公司的同步型伺服电机，具有高动态响应和高精度传动的特点。伺服电机的材料，结构和加工工艺要远远高于变频器驱动的交流电机，当驱