一、概述
我國的瓦楞紙箱包裝行業(yè)是一個(gè)“朝陽行業(yè)”，瓦楞紙板生產(chǎn)線作為生產(chǎn)紙板的流水線，其制造工藝及技術(shù)水平近年來得到較大的發(fā)展，尤其是生產(chǎn)線上的關(guān)鍵設(shè)備——電腦橫切機(jī)控制系統(tǒng)更是得益于計(jì)算機(jī)技術(shù)及驅(qū)動(dòng)技術(shù)的飛速發(fā)展，在技術(shù)水平上得到了較大的提高，其中交流伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)的應(yīng)用就是一個(gè)明顯的例證。
北京華維宇科技有限公司本著高技術(shù)、高起點(diǎn)的設(shè)計(jì)理念，利用國外先進(jìn)的包裝機(jī)械自動(dòng)化控制平臺(tái)，率先采用進(jìn)口德國交流全數(shù)字式伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)，開發(fā)出AHCS(原LTHS一2000／2010型)系列瓦楞紙板橫切機(jī)電腦控制系統(tǒng)；歷經(jīng)4年，該產(chǎn)品遍及全國各地，得到了廣大用戶的一致好評(píng)，比市場(chǎng)上同類產(chǎn)品具備更優(yōu)秀的性能。
為了更清楚的闡述這一先進(jìn)驅(qū)動(dòng)技術(shù)在橫切機(jī)上的應(yīng)用，現(xiàn)將目前國內(nèi)橫切機(jī)驅(qū)動(dòng)的現(xiàn)狀做相關(guān)技術(shù)上的分類。
二、電腦橫切機(jī)驅(qū)動(dòng)的現(xiàn)狀分類
1．橫切機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的分類圖
2．由上圖可知根據(jù)控制方式的不同橫切機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)分為以下四類
直流調(diào)速：國內(nèi)早期配套的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)以直流調(diào)速為主，特點(diǎn)是價(jià)格較低，但缺點(diǎn)是其能提供的靜扭矩(低速斷紙需要較大的靜扭矩)較小，配置的直流調(diào)速驅(qū)動(dòng)電機(jī)需要具有較大直流調(diào)速功率。
直流伺服：特點(diǎn)是提供的扭矩大，但是和交流伺服比較其響應(yīng)慢、性價(jià)比不好，目前直流伺服配套的不多。
交流變頻調(diào)速：主要用于低端瓦楞紙板生產(chǎn)線的改造(變頻器比伺服控制器價(jià)格低很多)，用變頻器作為電腦橫切機(jī)的主控制器只能實(shí)現(xiàn)一個(gè)“速度環(huán)”而不能實(shí)現(xiàn)“速度環(huán)”和“位置環(huán)”兩環(huán)控制，所以采用交流變頻調(diào)速控制的橫切機(jī)的橫切精度只能靠每次剪切的過程完全一致來保證(即生產(chǎn)過程中像紙板傳送速度等參數(shù)不能有任何變化，否則剪切精度無法保證)。
交流伺服：根據(jù)使用的電機(jī)可分為同步式交流伺服和異步式交流伺服：
①同步式交流伺服：對(duì)電機(jī)要求高、對(duì)伺服單元要求低，特點(diǎn)是過載能力強(qiáng)但是電機(jī)的價(jià)格高且慣量越大要求電機(jī)的功率就越大；
②異步式交流伺服：對(duì)伺服單元要求高，當(dāng)要求慣量越大的時(shí)候其性價(jià)比就越好。
目前由于交流伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)的完全成熟，采用交流伺服系統(tǒng)作為橫切機(jī)驅(qū)動(dòng)已成為主導(dǎo)潮流，本文將從以下幾個(gè)方面詳細(xì)闡述交流伺服驅(qū)動(dòng)究竟能給橫切機(jī)帶來哪些好處。
三、交流伺服驅(qū)動(dòng)的優(yōu)勢(shì)
1．性能穩(wěn)定，節(jié)能省電。價(jià)格適中
目前我國各大包裝機(jī)械廠生產(chǎn)的電腦橫切機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)基本是上世紀(jì)70年代末引進(jìn)定型的，機(jī)械設(shè)計(jì)受當(dāng)時(shí)電氣驅(qū)動(dòng)技術(shù)和伺服控制技術(shù)不發(fā)達(dá)(尤其是能提供較大扭矩的大慣量伺服裝置技術(shù)不成熟且價(jià)格昂貴)的制約，致使各大包裝機(jī)械廠生產(chǎn)的電腦橫切機(jī)采用直流調(diào)速驅(qū)動(dòng)裝置，直流調(diào)速驅(qū)動(dòng)裝置的特點(diǎn)是技術(shù)比較成熟、價(jià)格較低，但缺點(diǎn)是其能提供的靜扭矩(低速斷紙需要較大的靜扭矩)較小，這就使得橫切機(jī)需要配置具有較大直流調(diào)速功率的直流調(diào)速電機(jī)驅(qū)動(dòng)(一個(gè)1．6m幅寬的橫切機(jī)有用37kw直流調(diào)速電機(jī)驅(qū)動(dòng)的情況)，以獲取較大的機(jī)械慣量“斷紙”，這樣一來整套設(shè)備配置的電機(jī)功率明顯偏大，從而造成能源極大浪費(fèi)和增加生產(chǎn)使用成本。
此外早期的直流驅(qū)動(dòng)裝置一般為模擬式，集成度低，可靠性、穩(wěn)定性均受到一定的影響，目前國外發(fā)達(dá)國家推出的已在國內(nèi)其他行業(yè)普及的集成度高、全數(shù)字式直流調(diào)速裝置還未見到在使用直流調(diào)速技術(shù)的橫切機(jī)上使用。
針對(duì)以上狀況，近年來發(fā)展迅猛的交流伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)在橫切機(jī)上的應(yīng)用，成為這個(gè)領(lǐng)域的一大亮點(diǎn)：
交流伺服技術(shù)目前已十分成熟，優(yōu)秀的控制器均從國外進(jìn)口，基本為全數(shù)字式，集成度高，體積小，調(diào)試、控制全部參數(shù)化，性能穩(wěn)定可靠。
交流伺服驅(qū)動(dòng)器及電機(jī)，功率越大，功率／價(jià)格比越低。這一點(diǎn)在交流異步伺服控制上尤為明顯(這種控制技術(shù)僅需三相異步電動(dòng)機(jī)作為它的驅(qū)動(dòng)電機(jī)，卻能達(dá)到加工中心對(duì)驅(qū)動(dòng)的要求)，給生產(chǎn)廠家及直接用戶帶來了較大的實(shí)惠。
交流伺服驅(qū)動(dòng)具有強(qiáng)大的扭矩，在靜扭矩或過載扭矩方面尤其強(qiáng)項(xiàng)，它不靠慣量斷紙，而是靠扭矩?cái)嗉垼ㄋ滓稽c(diǎn)說，與同樣功率的直流調(diào)速或交流變頻調(diào)速裝置相比，它的“勁”更大；所以面對(duì)同樣慣量的橫切機(jī)所需交流伺服驅(qū)動(dòng)的功率也小得多。例如：一臺(tái)用于中速線(150m／min以下)的2．Om幅寬的橫切機(jī)，15kw的交流伺服電機(jī)就可勝任，與直流調(diào)速相比大大節(jié)約了裝機(jī)容量和運(yùn)行能耗，給直接用戶帶來了實(shí)實(shí)在在的實(shí)惠。
2．響應(yīng)迅速。控制精確
從技術(shù)類型上說，電腦橫切屬于隨動(dòng)控制技術(shù)的應(yīng)用，由于一般紙板的生產(chǎn)速度不受橫切機(jī)電腦控制，所以要求橫切機(jī)控制系統(tǒng)具有較高的響應(yīng)靈敏度和跟隨精度，而交流伺服系統(tǒng)在上述四種驅(qū)動(dòng)類型中，響應(yīng)速度最快，特別是將位置環(huán)控制技術(shù)引入切割控制后，其跟隨精度得到了大幅度的提高。這主要因?yàn)椋{(diào)速裝置(不管是直流調(diào)速還是交流變頻調(diào)速)在原理上屬于單環(huán)控制，即只有一個(gè)速度環(huán)，切刀的位置控制依靠外部開關(guān)量信號(hào)或編碼器的特征信號(hào)決定，見圖2；而伺服系統(tǒng)一般為兩環(huán)控制，即速度環(huán)和位置環(huán)；切刀的位置控制由位置環(huán)決定，它使切刀的速度和位置與紙板線測(cè)量的走紙速度和長度(依靠測(cè)紙輪上的編碼器完成)更為緊密地聯(lián)系在一起，從而實(shí)現(xiàn)了更精確的控制。圖3是我公司交流伺服用于橫切機(jī)控制的環(huán)路示意圖；從圖3可以看出，采用交流伺服作為驅(qū)動(dòng)的控制系統(tǒng)，多了一個(gè)位置比較與控制環(huán)節(jié)，使切刀的控制與測(cè)紙反饋在位置環(huán)的層次上結(jié)合起來。
綜上所述，一個(gè)控制系統(tǒng)控制性能的好壞，并不完全取決于驅(qū)動(dòng)裝置的性質(zhì)，還跟設(shè)計(jì)者采用什么樣的控制方案有關(guān)。例如，同樣是伺服控制器，如果采用圖2的控制方案只是；睜調(diào)速器換成了伺服單元，那么跟隨靈敏度、控制精度也只能得到有限的改善，只有采用了圖3的控制方案才可能使控制的品質(zhì)得到較大幅度的提高。
3．減少維護(hù),提高工效
北京華維宇科技有限公司為用戶配套4年來的經(jīng)驗(yàn)表明，所采用的高性能交流伺服單元，由于是全數(shù)字式的，所以工作狀態(tài)非常穩(wěn)定，不會(huì)因?yàn)榄h(huán)境溫度、濕度的變化而發(fā)生性能的改變(或工作點(diǎn)漂移)。因而自安裝調(diào)試完成起，基本不需要調(diào)整，“表現(xiàn)”始終如一。另外，交流伺服電機(jī)比起直流電機(jī)來，沒有如碳刷等摩擦部件，不需要定期清理積碳，基本上是免維護(hù)的；這些優(yōu)點(diǎn)帶給直接用戶的就是設(shè)備利用率的提高。
四、交流伺服驅(qū)動(dòng)應(yīng)用于橫切控制的現(xiàn)存問題
上面闡述了交流伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)應(yīng)用于橫切控制的優(yōu)勢(shì)，這些優(yōu)勢(shì)已經(jīng)在這幾年的實(shí)際應(yīng)用中表現(xiàn)得淋漓盡致。但不能不遺憾得指出，在與先進(jìn)的交流伺服驅(qū)動(dòng)配合方面，我國目前大多數(shù)的橫切機(jī)機(jī)械部分還相對(duì)落后，主要表現(xiàn)在其機(jī)械慣量太大，使交流伺服系統(tǒng)在功率選擇方面，遷就機(jī)械現(xiàn)狀，從而限制了技術(shù)優(yōu)勢(shì)的發(fā)揮。
