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伺服控制系統工作原理分析

 論文欄目:控制系統論文     更新時間:2020/4/6 9:32:13   

摘要:ELAU伺服控制系統具有動態響應速度快、精準定位等特點,并自帶故障診斷軟件,在工業自動化領域具有廣闊的應用前景。本文以FOCKEFX硬盒包裝機為應用背景,介紹ELAU伺服控制系統工作原理,闡述其設計、應用,以及如何使用故障診斷軟件PacDriveDiagnostics快速排除系統故障,以幫助工程技術人員掌握ELAU伺服控制系統的使用方法。

關鍵詞:ELAU伺服控制系統;精準定位;故障診斷

在煙草設備中,FOCKEFX是佛克公司最新一代高速硬盒包裝機,采用雙通道設計,生產速度可達700包/分鐘,其應用了大量先進技術,具有控制系統先進、驅動系統穩定可靠等優點。該包裝機主要由703小包成型機、753小包薄膜機、413條盒成型機、輔料站等組成,完成從煙支到成品條煙的整個生產過程。由于其生產速度較快,加之間歇式運動的特點,對機械定位有很高的要求。考慮到技術先進性及成本可控,佛克公司將ELAU伺服控制系統用于機械位置的精準控制,從長期運行效果來看,該控制系統穩定可靠,維護簡便,對于其他行業也很有推廣價值,因此相關工程技術人員很有必要掌握ELAU伺服控制系統的使用。

1ELAU伺服控制系統工作原理

ELAU伺服控制系統主要由伺服控制部分、伺服驅動部分、執行部分等組成,如圖1所示,其在煙草和其他包裝機械行業有很多應用。ELAU伺服控制系統可以通過以太網接入企業網絡,以便實時監控其運行狀態,也可以在人機界面上對該系統進行一些操作。伺服控制部分一般由一臺ELAU主控制器完成相關的控制,例如C400,其帶有一個CF(CompactFlash)卡,存儲整個驅動部分的控制參數等。伺服驅動部分一般由若干伺服驅動器組成,例如MC-4。SERCOS總線實現伺服控制器與各個伺服驅動器之間的實時數據通信,SERCOS接口由一個主站(Master)和若干個從站(Slave,1~254伺服、主軸或PLC-I/O)組成,各站之間采用光纖連接,構成環形網。主站通過SERCOS總線,將伺服參數、電機參數、伺服軸指令位置、轉速、扭矩、工作方式選擇等控制指令,發送給從站;同時從站將伺服軸實際位置、轉速、扭矩、報警信息、診斷信號、狀態應答信號等多種伺服信息實時反饋給主站。執行部分伺服電機帶有編碼器,將反饋信息給控制器,以實現位置環、速度環、電流環的精準控制。另外,出于安全考慮,伺服控制系統一般連接到整個設備的安全PLC中。

2FOCKEFX753伺服控制系統

FOCKEFX涉及生產流程較多,本文選取753小包透明紙部分說明小型伺服控制系統的設計和應用。FX753部分主要完成小包煙包薄膜的包裹、美容,之后輸送至413條包透明紙包裝機,其生產流程如圖2所示。煙包在上道工序703小包機成型后,由519輸入通道進入753輸入部分,經過插入輪,煙包由縱向輸入變成橫向輸入,之后進入轉塔,進行透明紙包裹及長側邊接合處美容,旋轉180°后,進入煙包輸出部分,進行短側邊及上下面美容,(不合格煙包在進入下一道工序前被剔除),然后進入下一道生產工序,即413透明紙包裝機,進行條盒包裝及透明紙包裹。概括來說,753部分完成小包透明紙包裹及美容,生產工序比較簡單,用到5個伺服電機,分別為插入輪電機、主電機(主要驅動橫向輸送皮帶及轉塔)、透明紙長側邊接合處美容電機、輸出電機、短側邊美容電機。這5個伺服電機及相應的伺服驅動器構成一個簡單的伺服控制系統,其結構如圖3所示。整個伺服控制系統主要由伺服控制器C400、伺服驅動器MC-4、伺服電機等組成。其中,伺服電機自帶編碼器,將位置信息反饋給伺服驅動器。控制參數由工控機通過Profibus總線下載到C400中,由其控制各個伺服電機的運行。在控制系統中,C400相當于主站,MC-4相當于從站,C400與MC-4之間通過SERCOS總線通信,構成控制閉環。C400將伺服參數、電機參數、伺服軸指令位置、轉速、扭矩、工作方式選擇等控制指令發送給MC-4,同時MC-4將伺服軸實際位置、轉速、扭矩、報警信息、診斷信號、狀態應答信號等多種伺服信息實時反饋給C400,C400做出信息分析,判斷系統是否有故障等。在觸摸屏VISU上通過診斷軟件PacDriveDiagnostics可以看到電機的運行狀況及故障診斷情況。另外,在ELAU伺服控制系統設計中,C400可以擴展連接一個編碼器接口模塊BT-4,以采集設備上某個擺臂或其他機械裝置的位置信息,豐富擴展設備伺服運動控制。

3ELAU故障診斷軟件使用

ELAU伺服控制系統自帶有故障診斷、報警軟件PacDriveDiagnostics,使用該軟件可以快速排除系統故障。若ELAU伺服控制系統出現故障,其伺服控制器C400顯示屏會顯示簡短的故障信息,包括故障代碼、簡單描述等。詳細故障信息可在診斷軟件PacDriveDiagnos-tics上檢查分析。首先打開PacDriveDiagnostics軟件,檢查Message-logger項,如圖4所示。可以看出,右側都是故障信息,按時間先后順序排列,最上面故障是最近時間報警信息。查看報警信息發現,故障代碼是1508,故障信息為SER-COSrun-up-error,說明是SERCOS總線回路出故障。然后查看PacDriveDiagnostics拓撲結構關系圖,如圖5所示。可以發現整個控制系統沒有形成控制回路,提示SERCOS總線中某個伺服驅動器的光纖輸入輸出X14_X15故障。打開電柜,檢查出故障的伺服驅動器的光纖輸入輸出,多數情況是光纖無輸出,單獨復位伺服驅動器,需要時更換伺服控制器。排除故障后,拓撲結構如圖6所示,整個ELAU伺服控制系統形成控制回路,沒有報警信息。

4結語

本文以煙草包裝設備FOCKEFX753部分為例,闡述如何設計、應用小型ELAUPacDrive伺服控制系統,為工程技術人員設計使用ELAU伺服控制系統提供借鑒。

參考文獻

[1]梁曉靜.ELAU伺服控制系統在ZL41復合濾嘴成型機中的設計與應用[J].電工技術,2010(10):45-46.23

作者:袁戰偉 李丹 嚴濤 趙朝琨 周家超 單位:紅云紅河集團昆明卷煙廠

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