卷烟厂包装机胶辊改电子齿轮控制初探
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❑作者：十方RMB
2019年5月接到卷烟厂通知，我代表公司到厂里现场调研，熟悉胶辊机构的机械控制和相应的工艺流程，个人经验不足，当时误以为用手可以转动胶辊负载，那负载就不大，其实是不带水松纸盘纸和胶缸的胶辊，也就相当于空载了，导致整体设计偏离了正确方向。甚至闹出了伺服电机不经过减速箱直接带动胶辊的笑话，不过也是奇怪，对于我这样一个新手，周边那么多机电自动化高手，竟然没有人纠正。也许这些弯路就成了经验吧，下面简单介绍一下这次改造的基本过程。
第一步：确定伺服系统控制方案
由于原机是同步皮带传动，而且主从动齿轮大小完全一样（如下图1），所以控制方式很简单，通过在主动轮上加装编码器，编码器数频信号进入伺服控制器，伺服控制器输出信号控制伺服电机带动从动轮转动，实现了电子齿轮代替机械齿轮的这样一个效果。
第二步：机械安装
这一部分也是最头痛的，因为做此类改造，首先要进行电机选型，多大的负载（转动惯量），多大的输出转速，配多少倍速的减速机，也就是功率、转矩、转速等这样几个参数决定了选择什么型号的伺服电机，根据选定电机的法兰面，再选择减速齿轮箱配合，减速齿轮箱的输出面要和原机械轴面的进行衔接，需要有一个类似于安装支架的法兰盘（如下图2），如果是两侧都是实心轴，轴与轴之间要有联轴器进行联接。
当然，还要考虑安装位置，安装空间如果不够，嘿嘿，设备买回来了，那就(⊙o⊙)，自己慢慢品吧。
现在回过头来，看着挺简单的，可正是因为前面那个笑话，中间生出许多枝节，因为电机选型错了，所以后面的安装法兰盘、联轴器、行星减速齿轮都跟着错了，到最后我们选型成功，现场多余的电机和机械工装件装了一箱子，我想，这就是改造吧，肯定是要走点弯路的。
第三步：设置控制方式和参数
好了，伺服电机选好了，安装已经到位了，剩下的就好办了，对于参数设置这一步而言，各个伺服品牌都大同小异，不过伦茨的伺服还真有些不一样，就我个人感觉，既有点像是plc编程（FBD），又有一些像是做流程图（如下图3），当然，通过直接设定参数许多功能也是可以实现的。因为我对伦茨伺服9400HighLine以及9300E系列都不是很熟悉，在伦茨工程师陈工的指导下现学现卖，现场搞不定就打电话请教，所以这一块主要的功劳还是别人的。
经过设置，伺服系统实现了厂方的几个控制要求如下：
1、胶辊和水松纸对正以后，即使有停机和检修，主动轮发生盘车偏移，设备上电以后，从动轮可以自动同步到停机检修后主动轮的角度位置，仍然与水松纸切刀相位保持对正。
2、在机身正面面板上添加微调按钮，如果发现与水松纸不对正，可以在设备开机运转或者待机状态，人工手动校准，校准结果即时生效，微调精度根据生产要求，暂时定为每按动向左（右）方向按钮一次，胶辊向左（右）转动0.75度。
3、新的伺服控制系统在ZJ1主机上电后，自动进入Ready状态，不需要做单独的使能信号控制。
第四步：上料试机及系统优化
这一步还是很关键的，还是那句老话，理论取决于实践，实践是检验真理的唯一标准，同时，还要进行伺服电机刚性的一些参数设置，确保伺服电机在低速和高速都能正常平稳运行。试机时，通过电脑软件Engnieer2.3在线监控（如下图4），系统基本运行正常，没有任何异常报警，只是电机的温度在开机工作3小时后达到了100摄氏度，之后一直稳定在这个水平，虽然没有达到报警极限120摄氏度，但我们都觉得还是高了一点，电脑在线监控看到此时电机工作电流在2~3A的范围，而电机的额定电流是7A，所以我怀疑电机可能还是选的偏大了。
总结项目经验教训，除了个人经验不足，其他可供同行借鉴的我认为有以下几点：
1、技术改造项目前期调研一定要尽可能详细准确，对生产工艺和设备操作都要尽可能多的掌握，涉及设备选型的数据比如负载大小，转动惯量，控制精度等都需要尽量准确；
2、有必要组织技术交流会议，比如伺服系统的控制方式，生产精度要求，相关技术人员就技术要求形成书面文件，这是整个项目的基础；
3、电机选型是关键，首先要考虑负载特性，选择电机等设备时，主要功能参数要留有一定余量，比如最大转速；
4、除了现场技术人员，多与生产一线人员、设备操作人员沟通，可以拓宽思路，少走弯路。