方子亭 叶鹏 毛春斌
摘 要：高速包装设备已近成为卷烟工厂的主流设备，PARKER公司生产的SPD/TWIN伺服驱动器具有控制性能稳定、参数设置灵活等特点广泛用于高速包装设备中，对交流伺服电机的速度、位置进行实时控制。SPD/TWIN伺服驱动器的硬件集成了DSP控制模块和智能驱动电路，通过上端的三轴控制卡板、CPU计算通信，并设置相关参数，完成伺服电机的运动控制及包装设备的整体运行。
关键词：高速包装设备 SPD/TWIN伺服驱动器 实时控制 参数调整 故障维护
中图分类号：TM92 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2020）10（b）-0060-03
Abstract： High-speed packaging equipment has recently become the mainstream equipment in cigarette factories. The SPD/TWIN servo driver produced by PARKER has stable control performance and flexible parameter setting. It is widely used in high-speed packaging equipment to control the speed and position of AC servo motors real-time. The hardware of SPD/TWIN servo driver integrates DSP control module and intelligent drive circuit， calculates communication through the upper three-axis control card and CPU， and sets relevant parameters to complete the motion control of the servo motor and the overall operation of the packaging equipment.
Key Words： High-speed packaging equipment; SPD/TWIN servo drive; Real-time control; Parameter adjustment; Troubleshooting
1 SPD/TWIN伺服驱动器硬件介绍
SPD/TWIN伺服驱动器采用DSP作为控制核心，其优点是可以实现比较复杂的控制算法。功率器件普遍采用以智能功率模块为核心的驱动电路，内部集成了驱动电路，同时具有过电压、过电流、过热、欠压等故障检测保护电路[1]。
伺服驱动器内部包含了整流桥和直流母线，三相电源输入后经过整流桥整流后输出直流电压480V，由直流母线传输。直流母线是公共的，IGBT逆变桥有独立的两组，也就是可以驱动两台交流伺服电机，对应的逻辑控制和脉冲触发电路也有2组。SPD系列与TWIN系列的区别在于SPD伺服驱动器仅有一组IGBT逆变桥，也就是只能驱动一个交流伺服电机，这种情况一般适用于功率偏大的交流伺服电机，而TWIN系列有两组IGBT逆變桥可以驱动两个交流伺服电机。TWIN系列伺服驱动器一组电路发生故障时，另外一组亦可正常工作，在GDX6S软包机组上部分伺服驱动器只接一组电机，伺服驱动器一组电路发生故障时可以将硬件电路连接到另外一组电路上并设置好参数，也可以正常驱动交流伺服电机正常工作，故可在使用过程中根据实际情况节省硬件成本。
SPD/TWIN伺服驱动器的接线端子分为动力和信号两组，顶部的动力接线端子由三相电源输入端子、伺服电机动力接线端子和功能模式端子组成[2]。其中功能模式端子用于设置制动电阻的内置和外置两种模式，直接短接IR和CB两脚，则伺服驱动器则使用内置的制动电阻模式，GDX6S//软包机组的伺服驱动器控制系统都是采用内置制动电阻模式。信号线端子则有一组48脚接线端子构成，用于连接上端三轴控制卡板的控制反馈信号和下端交流伺服电机编码器信号，包含数字量输入输出、虚拟编码器输出、伺服电机转速或扭矩的模拟量给定输入、电机旋转变压器输入、电机温度检测热敏电阻输入、外部同步编码器信号输入以及一组24V工作电源。
2 SPD/TWIN伺服驱动器在GDX6S上的应用
GDX6S软包机组的原辅料供给、成型和加热器等工艺流程上都由SPD/TWIN伺服驱动器驱动交流伺服电机完成。由中央处理器、三轴控制卡板，SPD/TWIN伺服驱动器、交流伺服电机构成一个完整的控制系统。中央处理器与三轴控制卡板通过MIRCO机架背板总线进行数据交换，中央处理器通过GDLAN与IPC通信，通过IPC可调整交流伺服电机控制的PID参数。三轴控制卡板与伺服驱动器、交流伺服电机的硬件连接电路图如图1所示。
图1中N10为三轴控制卡板、A10为伺服驱动器、M10为交流伺服电机。380V交流电通过L1、L2、L3端子为其供电，N10通过自己的VREF端口发出模拟量信号到A10的RIF端口作为A10的速度给定值。A10上的INO端口用于接收N10发出的使能信号，该信号决定A10是否允许工作。A10上的OUT0为输出端，如果伺服驱动器故障则报送到伺服控制卡板N10。A10上U1、V1、W1端口用于电机供电以便驱动电机的运行。A10上的X10端口用于连接伺服电机上的编码器，编码器将伺服电机当前的运行速度和相位编码成脉冲信号输送到A10参与A10的驱动运算，还有电机内部温度检测信号输送到A10。A10通过X10输送到N10上，从而通知上位电机运行状态。
SPD/TWIN伺服驱动器系统硬件连接完成后，需要通过驱动操作面板Keypad对驱动器进行参数设置。参数主要有电机主参数Pr、二进制参数Pb、逻辑控制参数In3种类型。具体包括伺服电机类型参数、伺服电机位置信号反馈参数和伺服驱动器的运行模式，驱动器的启动与故障复位功能的PLC指令。
3 SPD/TWIN伺服驱动器在GDX6S上速度控制参数调整和故障维护
GDX6S软包机组伺服控制系统由中央处理器，三轴控制卡板，SPD/TWIN伺服驱动器三级体系完成交流伺服电机的控制[4]。通过IPC与中央处理器之间的通信，可以对交流伺服电机的PID参数进行调节，使电机达到稳定控制。特别是原辅料位置对中精度要求比较高的伺服电机，频繁的启停、速度的变化需要比较理想的PID参数来匹配电机运动轨迹，消除稳态误差，达到稳定控制[4]。
PID参数的调节适用于一般性调节方法，根据对中误差，找到合适整定参数。根据具体工艺要求，GDX6S软包机组伺服控制系统在部分精确控制要求较高的伺服电机控制系统中，增加了前馈加速度，形成了反馈+前馈的复合控制系统。对主要扰动进行前馈控制，对其他干扰采用反馈控制，可以提高控制效果[5]。
SPD/TWIN伺服驱动器具有很强的自诊断能力，驱动器发生故障时，可以通过伺服驱动器LED显示器上的故障代码来判断具体故障原因，在X6S上常见的故障具体见表1。
根据表1中相关提示，检查对应部件，排除相应故障，恢复设备运行。
4 结语
SPD/TWIN伺服驱动器能够满足高速包装设备中大功率、高速、高精度交流伺服电机的控制要求[6]。同时很好地适配G.D公司的MIRCO||系统的三轴控制卡板、中央处理器，完成高速包装设备的电气控制要求，故成为高速包装设备自动控制系统的主流伺服驱动器，代表着当前包装设备自动控制技术的发展方向。
参考文献
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[2] 于兰英，陈俊宇，王国志.滤板在车辆电池组风冷散热中的应用[J].电源技术，2019（6）：1005-1009.
[3] 陈俊宇，于兰英，王国志.动力电池组风冷散热系统优化分析[J].电源技术，2019，43（1）：84-87.
[4] 唐伎玲，赵宏伟，王婷婷，等.LQR优化的BP神经网络PID控制器设[J].吉林大学学报：理学版，2020（5）：652-656
[5] 潘伟程.基于前馈-反馈控制的斯太尔摩风冷系统优化设计[J].冶金动力，2019（7）：73-76.
[6] 张天佑，李全英.基于SmartFusion2SoCFPGA芯片的運动控制卡设计[J].电子设计工程，2018（7）：109-112.
