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摘 要 GDX2包装机条透明纸是采用机械传动输送，机器运行中经常会出现纸偏移和长度变化等现象，导致条包透明纸搭口及拉线错位等质量缺陷。其主要原因是机械传送系统输送透明纸不稳定造成的。为了提高设备的稳定性，保障产品质量，经分析论证，并结合现有条透机的安装特点，采用伺服控制器和伺服电机对条透明纸驱动系统进行改造。
关键词 伺服驱动技术；伺服电机；编码器
中图分类号：TS43 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2013）15-0104-01
1 工艺流程及机械传动存在的问题
条透明纸输送机构由扇形轮以及对应的输送辊和止退辊组成。透明纸在扇形轮以及对应的钢辊相互挤压作用下向前输送，当扇形轮运动到缺口位置时，无法和对应的钢辊接触，此时透明纸停止输送，止退辊开始压住透明纸，防止透明纸后退。同时透明纸切刀开始切割，切割完成后，扇形轮又和相应的钢辊接触，止退辊抬起，透明纸开始向前输送，此时扇形轮刚好运动一周，由此可见扇形轮的工作外径就是透明纸的长度，扇形轮的运动到缺口位置时，切刀利用透明纸停止输送的间隙，完成透明纸的切割分离。
GDX2包装机的条透明纸部分，由于传动原理及结构的原因，各传送辊磨损或调整不当透明纸在展开切割、输送过程中容易产生纸偏移和长度变化等现象，直接导致包装后的透明纸搭口及拉线错位等严重质量缺陷。该部位调整复杂，维修时间长，其稳定性是影响设备有效作业率和产品质量的一个主要原因。
2 伺服控制系统的工作原理
当机器运转时旋转凸轮带动编码器旋转，增量式编码器转轴旋转时，逻辑电路形成相应的脉冲信号和转向信号输出到伺服控制器，控制器控制伺服电机运转。伺服控制器根据已经下载的透明纸长度参数程序，通过伺服电机编码器传送过来的脉冲信号反馈电机的速度和位移量，控制伺服电机的转速和机器转速保持同步。当编码器输出的脉冲数达到程序设定的脉冲数，控制器发出指令，伺服电机停止运转，等待下一个循环。
3 交流伺服系统的优点
交流伺服系统具有以下优点：电动机无电刷和换向器，工作可靠，维护和保养简单；定子绕组散热快；惯量小，易提高系统的快速性；适应于高速大力矩工作状态；相同功率下，体积和重量较小；启动快、灵敏度高等特点。为了提高设备的稳定性，为了保障产品质量，根据伺服控制的特点，并结合现有条透明机的安装特点，条透明纸输送系统选用伺服控制效果会很好。
4 伺服控制系统的主要硬件配置
4.1 伺服控制器Twin Line
Twin Line的优点主要有：简易精智；是一个易于使用，可以编程的智能驱动器；它们对于大多数标准总线都开放，包括：DeviceNet，Interbus和Profibus。
Twin Line应用于以下几方面：印刷；包装；堆码；贴标；动态切割；紧给包装。
Twin Line性能非常优越，主要体现在5个方面：1）这一系列伺服电机和驱动器可以用于独立的机器，也可以集成于PC、PLC结构中。2）小空间集成了所有部件：主滤波器，散热槽，制动电阻。3）集成安全技术：速度警戒、安全停车、紧急停车。4）伺服电机的范围完美满足大多数动态精确应用的要求，连续扭矩从0.3 Nm至13.4 Nm。5）集成减速机。
4.2 交流伺服电机的选择
直流伺服电机具有良好的调速特性，较大的启动转矩，易于控制及响应速度快等优点，但其结构复杂，成本较高，维护不方便。
长期以来，在要求调速性能较高的场合，一直占据主导地位的是直流电动机的调速系统。但直流电动机都存在一些固有的缺点，如电刷和换向器易磨损，需经常维护。换向器换向时会产生火花，使电动机的最高速度受到限制，也使应用环境受到限制，而且直流电动机结构复杂，制造困难，所用钢铁材料消耗大，制造成本高。交流电动机则没有上述缺点，且转子惯量较直流电机小，具有精度高，响应速度快，体积小重量轻，可靠性高，稳定性好，负载能力强，使得动态响应更好。在同样体积下，交流电动机输出功率可比直流电动机提高10﹪～70﹪，
因此选择交流伺服电机会有更好的效果。
4.3 编码器的选择
增量型编码器是将位移转换成周期性的电信号，再把这个电信号转变成计数脉冲，用脉冲的个数表示位移的大小。增量型编码器转轴旋转时，有相应的脉冲输出，其计数起点任意设定，可实现多圈无限累加和测量。编码器轴转一圈会输出固定的脉冲，脉冲数由编码器光栅的线数决定。需要提高分辩率时，可利用 90 度相位差的 A、B 两路信号进行倍频或更换高分辨率编码器。为了便于调整透明纸切刀切割位置，系统选用增量型编码器。
4.4 传感器作用及调整
1）检测相位传感器SP2（PNP型电感式接近开关）。
透明纸旋转切刀刚切纸时，让旋转凸轮检测到传感器SP2。这时调整走纸的起始位置。
2）压纸轮检测传感器SP1（PNP型电感式接近开关）。
螺旋压轮在压紧位置时，传感器SP1感应到检测片，伺服控制才能正常工作。
5 操作按钮及指示灯说明
压轮开启指示灯：如果螺旋压轮抬起时，检测传感器SP1没有检测到检测片，这时压轮开启红色指示灯亮，伺服系统停止工作。系统故障指示灯：如果伺服系统出现故障，红色指示灯亮，输出一个停机信号。复位按钮：如果此装置的电器控制系统出现故障，排除出现的故障，按复位按钮后，系统故障指示灯熄灭，此装置就能正常运转。断电复位按钮：如果驱动器出现故障，按复位按钮故障无法消除时，需要按断电复位按钮，进行强制复位。
6 结束语
条透明纸驱动系统的改造充分发挥了伺服控制系统的精确定位、响应快速、运行平稳、启动快、转子惯量小、无自传现象、灵敏度高等优点。采用伺服控制对条透明纸驱动系统进行的改造，减少了质量缺陷，提高了设备的稳定性，减少系统的维护工作量；透明纸长度的改变可以用改变伺服控制器参数来实现，非常方便。
参考文献
[1]余雷声主编.电气控制与PLC应用[M].机械工业出版社，1996.
[2]路林吉等编著.可编程序控制器原理及应用[M].清华大学出版社，2002.
[3]舒志兵主编.交流伺服运动控制系统[M].清华大学出版社，2006.
[4]寇宝泉主编.交流伺服电机及控制技术[M].机械工业出版社，2008.
作者简介
魏继刚（1970-），男，汉族，河南人，青岛科技大学（原青岛化工学院）91级，自动化专业本科生，学士学位，工程师，研究方向：自动控制系统。
关键词 伺服驱动技术；伺服电机；编码器
中图分类号：TS43 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2013）15-0104-01
1 工艺流程及机械传动存在的问题
条透明纸输送机构由扇形轮以及对应的输送辊和止退辊组成。透明纸在扇形轮以及对应的钢辊相互挤压作用下向前输送，当扇形轮运动到缺口位置时，无法和对应的钢辊接触，此时透明纸停止输送，止退辊开始压住透明纸，防止透明纸后退。同时透明纸切刀开始切割，切割完成后，扇形轮又和相应的钢辊接触，止退辊抬起，透明纸开始向前输送，此时扇形轮刚好运动一周，由此可见扇形轮的工作外径就是透明纸的长度，扇形轮的运动到缺口位置时，切刀利用透明纸停止输送的间隙，完成透明纸的切割分离。
GDX2包装机的条透明纸部分，由于传动原理及结构的原因，各传送辊磨损或调整不当透明纸在展开切割、输送过程中容易产生纸偏移和长度变化等现象，直接导致包装后的透明纸搭口及拉线错位等严重质量缺陷。该部位调整复杂，维修时间长，其稳定性是影响设备有效作业率和产品质量的一个主要原因。
2 伺服控制系统的工作原理
当机器运转时旋转凸轮带动编码器旋转，增量式编码器转轴旋转时，逻辑电路形成相应的脉冲信号和转向信号输出到伺服控制器，控制器控制伺服电机运转。伺服控制器根据已经下载的透明纸长度参数程序，通过伺服电机编码器传送过来的脉冲信号反馈电机的速度和位移量，控制伺服电机的转速和机器转速保持同步。当编码器输出的脉冲数达到程序设定的脉冲数，控制器发出指令，伺服电机停止运转，等待下一个循环。
3 交流伺服系统的优点
交流伺服系统具有以下优点：电动机无电刷和换向器，工作可靠，维护和保养简单；定子绕组散热快；惯量小，易提高系统的快速性；适应于高速大力矩工作状态；相同功率下，体积和重量较小；启动快、灵敏度高等特点。为了提高设备的稳定性，为了保障产品质量，根据伺服控制的特点，并结合现有条透明机的安装特点，条透明纸输送系统选用伺服控制效果会很好。
4 伺服控制系统的主要硬件配置
4.1 伺服控制器Twin Line
Twin Line的优点主要有：简易精智；是一个易于使用，可以编程的智能驱动器；它们对于大多数标准总线都开放，包括：DeviceNet，Interbus和Profibus。
Twin Line应用于以下几方面：印刷；包装；堆码；贴标；动态切割；紧给包装。
Twin Line性能非常优越，主要体现在5个方面：1）这一系列伺服电机和驱动器可以用于独立的机器，也可以集成于PC、PLC结构中。2）小空间集成了所有部件：主滤波器，散热槽，制动电阻。3）集成安全技术：速度警戒、安全停车、紧急停车。4）伺服电机的范围完美满足大多数动态精确应用的要求，连续扭矩从0.3 Nm至13.4 Nm。5）集成减速机。
4.2 交流伺服电机的选择
直流伺服电机具有良好的调速特性，较大的启动转矩，易于控制及响应速度快等优点，但其结构复杂，成本较高，维护不方便。
长期以来，在要求调速性能较高的场合，一直占据主导地位的是直流电动机的调速系统。但直流电动机都存在一些固有的缺点，如电刷和换向器易磨损，需经常维护。换向器换向时会产生火花，使电动机的最高速度受到限制，也使应用环境受到限制，而且直流电动机结构复杂，制造困难，所用钢铁材料消耗大，制造成本高。交流电动机则没有上述缺点，且转子惯量较直流电机小，具有精度高，响应速度快，体积小重量轻，可靠性高，稳定性好，负载能力强，使得动态响应更好。在同样体积下，交流电动机输出功率可比直流电动机提高10﹪～70﹪，
因此选择交流伺服电机会有更好的效果。
4.3 编码器的选择
增量型编码器是将位移转换成周期性的电信号，再把这个电信号转变成计数脉冲，用脉冲的个数表示位移的大小。增量型编码器转轴旋转时，有相应的脉冲输出，其计数起点任意设定，可实现多圈无限累加和测量。编码器轴转一圈会输出固定的脉冲，脉冲数由编码器光栅的线数决定。需要提高分辩率时，可利用 90 度相位差的 A、B 两路信号进行倍频或更换高分辨率编码器。为了便于调整透明纸切刀切割位置，系统选用增量型编码器。
4.4 传感器作用及调整
1）检测相位传感器SP2（PNP型电感式接近开关）。
透明纸旋转切刀刚切纸时，让旋转凸轮检测到传感器SP2。这时调整走纸的起始位置。
2）压纸轮检测传感器SP1（PNP型电感式接近开关）。
螺旋压轮在压紧位置时，传感器SP1感应到检测片，伺服控制才能正常工作。
5 操作按钮及指示灯说明
压轮开启指示灯：如果螺旋压轮抬起时，检测传感器SP1没有检测到检测片，这时压轮开启红色指示灯亮，伺服系统停止工作。系统故障指示灯：如果伺服系统出现故障，红色指示灯亮，输出一个停机信号。复位按钮：如果此装置的电器控制系统出现故障，排除出现的故障，按复位按钮后，系统故障指示灯熄灭，此装置就能正常运转。断电复位按钮：如果驱动器出现故障，按复位按钮故障无法消除时，需要按断电复位按钮，进行强制复位。
6 结束语
条透明纸驱动系统的改造充分发挥了伺服控制系统的精确定位、响应快速、运行平稳、启动快、转子惯量小、无自传现象、灵敏度高等优点。采用伺服控制对条透明纸驱动系统进行的改造，减少了质量缺陷，提高了设备的稳定性，减少系统的维护工作量；透明纸长度的改变可以用改变伺服控制器参数来实现，非常方便。
参考文献
[1]余雷声主编.电气控制与PLC应用[M].机械工业出版社，1996.
[2]路林吉等编著.可编程序控制器原理及应用[M].清华大学出版社，2002.
[3]舒志兵主编.交流伺服运动控制系统[M].清华大学出版社，2006.
[4]寇宝泉主编.交流伺服电机及控制技术[M].机械工业出版社，2008.
作者简介
魏继刚（1970-），男，汉族，河南人，青岛科技大学（原青岛化工学院）91级，自动化专业本科生，学士学位，工程师，研究方向：自动控制系统。