AMK交流伺服系统在Z26滤棒成型机中的应用研究

张俊峰

摘 要：随着计算机信息技术的快速发展，工业生产的自动化、智能化程度越来越高。上世纪70年代，随着交流伺服系统在工业生产中的应用，世界各国开始研究智能化生产设备。AMK交流伺服系统具有较高的稳定性与精度，可以最大限度提高设备的生产效率以及产品质量。Z26滤棒成型机中引入AMK交流伺服系统后，可以提高各道工序电机运行的稳定性，有效降低设备故障率，同时降低了原材料损耗，降低了生产成本。本文将从Z26滤棒成型机的控制需求以及AMK交流伺服系统的适应性设计出发，探究AMK交流伺服系统在Z26滤棒成型机中的应用，并提出具体的系统设计方案。

关键词：AMK；交流伺服系统Z26滤棒成型机；应用

目前，我国生产滤棒的设备已经很多，但仍然以Z26滤棒成型机中为主，该机型运行效率较高，其额定生产效率超过600m/min。高速生产速率对设备的控制要求很高，不仅需要Z26滤棒成型机控制系统具备较高的灵敏度，同时必须保证控制精度。Z26滤棒成型机生产线主要包括四道工序，分别是开松、张紧、成型、甘油喷洒以及内线胶封口等，而没一道工序均配有电机，这些电机的转速、转矩等参数直接影响了设备的工作效率，同时关系到滤棒产品的整体性能（长度、重量、吸阻、硬度等），因此，本文将在Z26滤棒成型机中引入AMK交流伺服系统，提高设备控制精度与控制柔性。

1 生产工艺分析

Z26滤棒成型机组是一个庞大的协同性工作系统，任何环节的失误都将影响产品整体质量，除了风泵与风机外，机组中的开松、张紧、成型、甘油喷洒以及内线胶封口等环节都需要控制系统的参与，任何机械运动的控制分解，实质上是对电机的控制。Z26滤棒成型机组的工作原理如下：开松，开松是对原料进行预处理的过程，需要将原料从丝包中剥离出来，将丝束导入导向环，再通过一级开松器打开，最后送入张紧棍，开松实质上是将原料取出的过程；张紧，张紧工序是为了防止原料加工时相互缠绕，Z26滤棒成型机组通过喂入辊与张紧辊进行张紧操作，且张紧辊与喂入辊之间必须具有一定速度差，丝束张紧的机理就是速度差；成型，原料在开松工序时已经被喷洒了塑化剂，塑化剂有助于丝束分解，当丝束相互凝结，最后形成网状；甘油喷洒，甘油的喷洒直接关系到产品的质量，因此，甘油喷洒动作必须与生产速率相协调；内线胶封口，内线胶量以及封口胶量也与生产速率有关，因此必须与主传动相互协调。由工艺分析可以得知，开松工序时需要控制三对辊，同时需要控制之后工序的辊子速度与运行比例。

2 系统硬件设计

2.1 设计方案

为了保证Z26滤棒成型机组的运行精度与效率，本次设计的控制系统为AMK交流伺服系统，该系统可以根据生产需求调整速度，且操作简单，对操作人员的专业素质要求不高。本次设计中的Z26滤棒成型机组主传动为伺服电动机，从动设备包括成型机等，另外，Z26滤棒成型机组的主动设备包括喂入辊、张紧辊、传输辊等，均由伺服电机提供动力，从动设备受主轴控制。本次设计的通信硬件基础为PLC以及Profibus-DP，主控设备为PLC，主要负责信号处理、发送控制信号等。

2.2 构建路径

AMK交流伺服系统的硬件基础就是交流伺服驱动系统以及PLC，本次设计的硬件包括1套PLC（三菱FX系列），1台DIGITAL生产的GP2600触摸屏，一台三菱的工业控制机，德国AMK公司的AMK交流伺服系统。AMK交流伺服系统已经广泛应用于工业控制的各个领域。AMK交流伺服系统具有控制精度高、调速范围广、响应速度快等特定，另外，AMK交流伺服系统具备极高的稳定性。本次设计的硬件系统集成了高动态性能的控制驱动模块，该模块为四象限驱动模式。硬件系统的通信方式以ACC内部总线为基础。除此之外，该硬件系统具备较强的二次开发性能，集成了附加选项卡。Z26滤棒成型机组的主传动控制为KW20控制驱动器，喂入辊、张紧辊及传输辊等设备均采用KW5型控制驱动器，甘油喷洒以及内线胶封口胶工序的电机驱动器为KW2型驱动器。

2.3 过程流程

操作人员可以通过控制面板的人机交互界面设定Z26滤棒成型机组的相关参数，可提前设定的参数包括喂入辊转速、传输辊转速、张紧辊转速等，而电位器可以直接控制电机转速。除此之外，操作人员需要根据不同的产品设置具体的甘油喷洒量，人机交互终端会将操作人员设置的参数传输给PLC控制器，PLC可以对设置的数据进行处理分析，之后通过Profibus-DP数据总线将处理后的数据传输给伺服控制器，Profibus-DP数据总线具有较高的传输效率，且传输数据质量很高，最后各个伺服控制器根据指令控制电机运行，而伺服器内部的通信模式为ACCBUS，系统内部的动态响应速度极快，缩短了系统整体传输时间。

3 系统软件设计

AMK交流伺服系统的开发环境为CoDeSys，CoDeSys的可视化性能较高，且具备较好的兼容性，1998年3S公司推出了第一款CoDeSys，CoDeSys迅速占领伺服系统编程领域。CoDeSys的编程语言具有结构化、模块化的特征，同时可以根据用户需求进行智能调试，将主要程序功能封装成多个模块。本文设计的AMK交流伺服系统软件方案采用了常见的主从模式，由主程序模块（POU）调用各种程序块（PLC_PRG），有些程序快是已经编制好的，可以之间通过指令调用。

AMK交流伺服系统软件系统的主要功能模块包括四个：POU主程序模块，该模块是软件系统的主体，可以循环调用；PLC与AMK通信模块，按照CoDeSys的格式将变量进行一一对应即可；运行模式切换模块，该模块涉及多种运行条件，需要程序可以根据条件进行快速切换，比如电机使能、运行、停止等，除此之外，需要对设备运行状态进行监测，如果发现意外情况，必须立即切换至急停模式，提高设备安全性，防止设备运行故障对工作人员的伤害；辊子运转状态控制模块，Z26滤棒成型机组包含了多种辊子，辊子运行状态的控制主要包括夹紧与松开，开松工序中的辊子运动状态取决于主驱动的运转速度，已经具备明确的速度比，PLC中的控制程序需要根据操作人员设置的数据进行控制，通过对电机的精确控制，减少控制造成的故障。

AMK交流伺服系统软件的人机交互模块必须具备较强的交互性，可以适应不同水平的操作人员，除此之外，软件界面必须具备各个子界面，方便用户调用。根据AMK交流伺服系统的功能可以将软件界面分为四个：主界面，主界面可以反应整个系统的工艺流程，操作人员通过流程图的形式调阅相关数据；参数设置界面，该界面主要负责参数设置，设置的参數包括电动机的转速、加速度、位移等；监控界面，监控界面可以实时监控电动机的各项参数值，包括电机转速等；故障检测界面，主要负责显示警报区域，对警报记录进行查阅，操作人员可以对警报记录进行分析，排除安全隐患。

4 结语

AMK交流伺服系统在Z26滤棒成型机中的应用可以有效提高生产柔性，同时保证Z26滤棒成型机的有效运行率超过93%，AMK交流伺服系统可以通过对伺服电机的控制，使设备的甘油喷洒量更加精确，对提高产品整体质量具有重要意义。本文深入分析了Z26滤棒成型机的各个生产环节，并详细阐述了影响产品质量的因素以及控制需求，根据实际需求构建系统，提出了可行的软硬件设计方案，为Z26滤棒成型机控制系统设计提供了参考，希望本文的研究有利于我国工业智能控制系统的快速发展。

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