基于卷接机组运动状态的交流伺服驱动系统软件的实现方法

基于卷接机组运动状态的交流伺服驱动系统软件的实现方法

烟草科技/TobaccoScience&Technology设备与仪器/Equipment&Apparatus2008年第12期(总第257期)

基于卷接机组运动状态的交流伺服驱动系统软件的实现方法

王　飞,周　密

1

13

,曾海苓,晋兆枢

23

1.四川大学化学工程学院,成都市一环路南一段24号　610065

2.江西中烟工业公司井岗山卷烟厂,江西省吉安市吉安大道3号　343100

3.成都博发控制技术有限责任公司,成都市龙潭工业集中发展区菲斯特企业园A座101　610051

关键词:卷接机组;运动状态;交流伺服系统;驱动系统

摘要:为了提高卷接机组交流伺服驱动系统的稳定性,提出了一种基于卷接机组运行状态的软件设计方法。根据机组运动功能要求和交流伺服系统的特点,确定了卷接机组的各种运动状态及其关系。机组的运动状态按规定的路径和规则转移,任意时刻都具有唯一性和确定性,保证了系统的稳定性。基于此方法实现的整机交流伺服系统,应用于MK9/MAX2S、ZJ152XG和ZJ192XG等卷接机组中,运行稳定可靠,较好地解决了不明原因停机、无指令运行等问题。中图分类号:TS433　文献标识码:B　文章编号:1002-0861(2008)12-0027-04SoftwareofACServoDriveSystemBasedonMotionStaiippingMachineCombination

WANGFEI(1),ZHOUMI(1),ZENGIING(,HAO2SHU(3)1.SchoolofChemicalChengdu610065,China

2.JinggangshanBranchofChinaTobaccoIndustryCorporation,Jinggangshan343100,Jiangxi,3.BOFFOControlTechnologyCo.,Ltd.,Chengdu610051,China

Keywords:Cigarettemakingandtippingmachinecombination;Motionstatus;ACservosystem;

Drivesystem

Abstract:InordertoimprovethestabilityofACservodrivesystemincigarettemakingandtippingmachinecombination,asoftwaredesignmethodbasedonthemotionstatusofthecombinationwasproposed.TherelationbetweeneachmotionstatusofthecombinationwasdeterminedbasedonthefunctionrequiredbythecombinationandthecharacteristicsofACservosystem.Themotionstatusofthecombinationshiftedaccordingtothespecifiedpathandrule,itwasexclusiveanddefiniteatanymoment,thus,thestabilityofthesystemwasensured.TheACservosystembasedonthismethodhasbeanappliedtofiltercigarettemakersMK9/MAX2S,ZJ152XGandZJ192XG,allofthemrunstablyandreliably.Theabruptmachinestopresultedfromunidentifiedcausesorrunningintheabsenceoforderisavoidedeffectively.

近年来,使用交流伺服技术的卷接机组驱动系统已经成为首选方案,如HAUNI128机型采用了8个独

立的驱动单元,PROTOS2M5机组所有的运动部件都实现了独立驱动,在国内卷接机组的技术改造中也不乏案例

[124]

。,主要应用在ZJ15卷接机组整机驱动系统、

作者简介:王飞(1984-),硕士研究生,研究方向:计算机控制。

E2mail:nerowfy@;通信作者:周密　E2mail:zhoumi@

3

PROTOS70主电机、PASSIM后身独立驱动和卷烟纸

伺服驱动改造等方面。与HAUNI公司的驱动系统相比,国内的系统在驱动轴的数量上,特别是驱动系统的稳定性上有较大差距,表现为伺服系统报警频繁、不明原因的停机,甚至有些机组通电后无指令高速运转,存

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收稿日期:2008-06-16

责任编辑:曹娟　E2mail:yckj@

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在着严重的安全隐患。国内的研究主要集中在伺服系统的选型配置、伺服单元与机械功率的匹配以及系统结构设计等方面,而对机组运动状态分析和伺服系统软件实现等方面涉及较少。因此,针对卷接机组工艺要求和交流伺服系统特点,提出了一种基于机组运动状态的交流伺服驱动系统软件的实现方法。1　交流伺服系统应用特点

配置就是采用这种方式,见图1。由于运动轴数目较

少,且运动功能较单一,其实现的关键是驱动单元的选型、伺服单元内部的配置和现场抗干扰技术的应用等。

(2)整机独立驱动应用。卷接机组中有位置和速度同步要求的主要运动部件,即刀头、布带、劈刀、风室、料斗、卷烟纸预加速、卷烟纸张力、接装机、花胶辊等,都采用交流伺服驱动。在此方案中,由于系统轴的数目较多,要实现机组加工工艺的各种复杂运动功能,就要在各驱动轴的基础上,使用专用运动控制器统一控制各轴,控制器与各伺服单元通过现场总线进行通讯,构成整机独立驱动系统,执行具体的驱动功能,见图2。

过程控制器处理机组开停车逻辑,将操作面板的开停车指令和机组其他状态控制逻辑,如跑条、断纸、安全连锁、报警等停车信号,转化为具体的运动控制命令,经Profibus2DP现场总线传送给运动控制器,由驱动系统完成具体的动作,、启动、全速、盘车、记、;驱动系统的状态,如Profibus2DP总线传送给讯,统一控制各轴,实现各轴的运动关系。主要有两种实现方式:①在运动控制器中直接对各伺服单元的映射寄存器编程,各轴映射寄存器与伺服单元通过现场总线通讯,也就是直接操作各伺服单元,以满足相互间的运动关系,如日本安川公司的伺服系统;②在运动控制器中实现一个或几个虚拟的主轴概念,将各轴配置为跟随虚拟主轴运动,虚拟主轴的数据作为运动指令通过现场总线到达各伺服单元,也就是对虚拟主轴的寄存器进行编程,直接操作虚拟主轴,如德国博世力士乐的伺服系统

。

交流伺服系统由各伺服单元(驱动器+伺服电机)构成,一个伺服单元驱动一个机械部件,为一根轴。卷接机组中有位置和速度同步要求的运动部件,可以采用伺服单元驱动,而机组的运动状态,即各部件间的运动关系就由各轴的运动关系确定。要实现轴间的相对运动,普遍方式是建立一个主轴作为基准,每根轴都与主轴做相对运动。在卷接机组的伺服应用过程中,根据需求可以分为个别部件采用伺服独立驱动和整机主要运动部件都采用伺服独立驱动两种方式。

(1)个别部件独立驱动应用。为改善供丝均匀性实施的后身独立驱动改造、为实现紧头跟踪的劈刀独立驱动改造以及卷烟纸独立驱动改造等,伺服对该部件进行独立驱动,,单元根据内部配置动,即所谓“跟随”

图1　各轴跟随主轴编码器脉冲序列运动模式

图2　整机独立驱动系统结构示意图

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2　机组运动功能要求和运动状态分析2.1　机组运动功能要求

地避免误操作引起安全事故。其总体过程可描述为:

系统接电后,由运行/维修开关决定是进入维修状态的机组静止还是运行状态的准备好开车,如不成功则进入故障状态;故障状态下通过复位命令可回到准备好开车或机组静止状态;当处于机组静止状态且开关切换到运行时,进入准备好开车状态,当机组处于准备好开车且开关由运行切换到维修时,进入机组静止状态;系统在运行状态间的转移完成开停车功能,在维修状态间的转移完成机组维护功能。

驱动系统的状态由各伺服单元的状态确定,状态转移是否成功,不是以引起该转移的运动命令或反馈事件作为条件,而是以各伺服单元的状态字或状态位确定,如复位命令可将故障状态转移至准备好开车状态,当执行复位命令后,只有各伺服单元都没有报警和警告才认为转移成功,进入准备好开车状态。3　机组的运动功能就是要求驱动系统根据过程控制

器的运动命令完成具体的运动动作,主要包括两方面:①机组检修维护时需要执行的运动命令,包括盘车、原点记忆和自动对位(自动回原点)。盘车功能是指用手盘动刀头,使其他轴都跟随刀头运转,方便操作人员检查机组各轴的相对机械位置是否正确;原点记忆是指当各轴相对机械位置调整到位后,使驱动系统记住此位置作为系统的原点;自动对位在相对位置错乱后可以方便操作人员对位,使各轴回到已经记忆的原点位置;②机组开停车需要执行的命令,包括点动、启动、全速、正常停车和紧急停车。驱动系统完成运动功能必须保证其安全性和可靠性,在常规的安全连锁和抗干扰措施下,首先要保证系统状态的确定性,并在故障状态和可能的不确定状态下,将驱动系统置于安全状态,如将其置于静止状态等。2.2　机组运动状态分析

不但要保证性能指标如、合理的系统结构、硬型和安装布线下,软件的实现往往具有决定性影响。

要保证任意时刻驱动系统状态的唯一性和确定性,可以借鉴以转换为中心的编程方法,机组状态转移遵循以下规则:驱动系统的当前状态称为活动状态;一个运动命令或一个反馈事件可将系统状态转移到另一个状态,称为转移条件。驱动系统处于某活动状态,当转移条件满足时,按图3规定的路径进行状态转移。转移条件将驱动系统从当前活动状态向另一个状态转移,转移成功则进入新的活动状态,不成功则进入故障状态

。

的确定性要求,修两大工况,见图3状态,、全速运行中和急停状态;,包括机组静止、原点记忆中、盘车中和对位中;另外再设一个故障状态,运行和维修工况下,只要驱动系统有报警和警告,机组都进入该状态。　　系统在上述状态间的转移就实现了机组的运动功能,状态转移的路径按图3进行。在运行工况下,系统只能在运行状态之间转移;在维修工况下,系统只能在维修状态之间转移,保证了检修时不能开车,最大限度

图3　机组运行命令与状态的关系

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以点动和启动功能为例,机组运动功能的实现过程是:过程控制系统根据操作命令和设定的自动模式开车,产生点动或启动命令。机组当前活动状态为准备好开车状态,在点动命令下向点动中状态转移,向伺服控制器及各轴写入运动控制命令、速度给定值等,

并

读取各伺服单元的状态反馈。如果系统没有报警且反

馈的运动控制命令正确,则当前活动状态就切换为点动中状态,完成点动功能,否则进入故障状态。同理,当前活动状态为点动中状态时,系统可在启动命令转移条件下向启动中状态切换,也可在取消点动转移条件下向准备好开车状态转移。流程见图4。4　结语

借鉴系统状态空间分析和以转换为中心的编程方法,提出了基于卷接机组运动状态的整机伺服驱动系统软件实现方法,在分析机组运动状态关系的基础上,阐述了状态转移的路径和具体规则,以确保任意时刻机组运动状态的唯一性和确定性,从而保证系统的稳定性。采用本方法实现的整机交流伺服系统,应用于国内卷烟企业的MK9/MAX2S、ZJ152XG和ZJ192XG卷接机组中,系统运行稳定可靠,较好地解决了不明原因停机、无指令运行等问题[ZJ15卷接机组中的应用[J].烟草

,2003(4):16217.

[2]　冯秋菊,任德志,马瑜瑾.交流伺服系统在卷接机组中的

应用[J].机电工程,2004,21(5):30232.

[3]　杨喜玲.交流伺服系统在卷烟机中的应用[J].成组技术

与生产现代化,2006,23(3):58260.

[4]　汤旭晶,江志凌,胡业伟,等.PROTOS70卷接机组主电机

图4　点动与启动功能状态转移流程图

交流伺服系统改造[J].烟草科技,2005(8):19220.

　(上接第23页)

参考文献

表2　改进前后液料、粉料掺配比例测试数据

改进前

检测

序号

12345

①

改进后

液粉料配比(%)

50.0050.5050.2550.0050.00

[1]　唐敬麟,许向明.运输机械设计选用手册(下册)[M].北

液料测粉料测液粉料液料测粉料测

试质量试质量配比试质量试质量(kg)(kg)(%)(kg)(kg)

5.125.245.285.245.16

10.4410.6410.4410.6410.32

49.0449.2550.5749.2550.00

5.055.055.005.055.05

10.110.010.010.110.1

京:化学工业出版社,1999.

[2]　国家烟草专卖局.卷烟工艺规范[M].北京:中央文献出

版社,2003.

　注:①设置标准比例为50%[2];改进前液粉料掺配精度偏差约为1%;改进后掺配精度偏差约为0.5%。

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/anzm.html