研控伺服在电池包装机上的应用

一、前言 
     交流伺服驱动器以高精度、高转速、高效率等优点，在工业场合的应用越来越广泛。深圳市研控自动化科技有限公司生产的PSDD系列交流伺服驱动器以较高的性价比在数控机床、弹簧机、钻孔机、包装机械、针织机等自动化设备上大量使用。目前，研控伺服又成功应用在电池包装机械上。 
    本次应用是应某包装机械设备有限公司需要，对旧型号设备进行性能升级。该设备原来使用步进驱动系统，由于步进电机的矩频特性是一条下降的曲线，导致步进电机最快只能运行在600r/min左右，每分钟包装270个7号电池。客户需求是在不改变机械结构的情况下，通过升级驱动器和马达到伺服系统，使每分钟包装400个以上的产品。

二、出标速度计算 

     当每分钟出标签270个时，电机转速为600r/min。出标速度达到400个/min时，提高了48%。在保持所有机械结构均不变的情况下，负责出标的电机的转速同样需要提高48%。设升级后出标电机的转速为R，那么，R=600×(1+0.48)

三、电子齿轮比的计算 

    由于PLC的程序是固定的，无法修改，那么PLC发出的脉冲指令的频率也是固定的。在不改变脉冲指令频率的情况下改变电机转速，对步进系统来说可以改变细分数，相应的，对于交流伺服系统来说，可以改变电子齿轮比。设PLC发出的脉冲指令频率为H，电机的转速为R，电子齿轮比为G。那么
H=R/(6×G)
在电子齿轮比G=1的情况下，1Hz的脉冲指令频率对应的转速为6r/min。R/6即为电子齿轮比为1时，脉冲指令频率应该达到的值。该值除以电子齿轮比后，即为实际接收到的脉冲指令频率。由于H是已知的，所以，
G=R/(6×H)

四、流水线履带速度计算 

    单单提高出标速度并不能达到提高产能的目的。因为机械设备是一个系统，单单提高部分结构的性能会造成短板效应。此处的短板就是流水线履带速度。如果不提高流水线履带速度，出标速度的提高毫无意义。因为出标结束后，下一工件还没有到达，出标结构只能处于等待状态，生产效率受流水线履带输送裸电池的速度限制。
设履带直线速度为V，履带驱动电机转速为R，电机连接的齿轮的直径为L，出标速度为N个/min，标签长度为a，两标签之间的间距为b，那么，
V=(a+b)×N
V=π×L×R
由上述两式合并，得到
R=(a+b)×N/(π×L)
以上计算，是从理论的角度出发。实际调试中，出标速度与履带速度的配合仍然需要经验丰富的工人进行微调。当出标速度高于履带速度时，虽能正常生产，但出标部分需要等待工件，不能发挥最大的生产效能，违背了升级设备的初衷；当出标速度低于履带速度时，前一工件尚未包好，下一工件已经到达，电池被标签粘连成链条，工厂将这种情况戏称为“造子弹”。

五、马达选型 

    目前，研控公司有从400到1500w的伺服驱动系统可供选择，每一功率级别都有多种马达可供选择，以适应不同的转速、转矩和负载惯量场合。本次应用中，为客户选配了YK80ST-M03520 750w伺服马达，很好的满足了应用需求。从后来的参数调节中，也可以看出这一点。伺服系统的参数调节一直是伺服应用中比较麻烦的问题，但是针对不同的应用场合，通过细致的选型工作，可以大大的降低参数调节的必要。本次应用中，仅仅改变了电子齿轮比，其他参数保持默认值，已经很好的满足了应用需求。

六、 结论 

    客户对于本次升级带来的产能提高十分满意。实际上，在调试过程中，包装部分经过升级，可以轻松的突破600工件/min，但是，受流水线前级部分的瓶颈限制，只能运行在400工件/min。采用伺服系统后，产能的提高十分显著，但是成本的增加相对于整个生产线来说，可以忽略不计。越来越多的设备厂商认识到伺服系统的优势，伺服系统的应用逐渐普及。