9400伺服控制器具有高性能驅(qū)動，模塊化設(shè)計、全組裝概念以及簡便可集成的安全技術(shù)。通過對lenze 9300與9400系列伺服控制器在zl22c纖維濾棒成型機上應(yīng)用的對比，充分體現(xiàn)了9400系列伺服的優(yōu)越性。zl22c機組的整個傳動系統(tǒng)采用了9400系列伺服后，該機組的控制精度更高、實時響應(yīng)性更好。為了更好地配合9400系列伺服，企業(yè)將系統(tǒng)的主控及通信部分做了改進，使9400系列伺服通過上位機pc給定的啟停、速度及比例等通信數(shù)據(jù)響應(yīng)更快，更具有實時性。
纖維濾棒成型機組是卷煙廠生產(chǎn)過濾嘴棒設(shè)備。近年來，卷煙生產(chǎn)技術(shù)不斷發(fā)展，過濾嘴棒質(zhì)量直接影響到香煙口感和對煙氣中有害物質(zhì)過濾，而過濾嘴棒質(zhì)量很大一部分原因取決于設(shè)備動態(tài)及穩(wěn)定運行。沈陽沈飛民品工業(yè)有限公司煙草機械廠現(xiàn)主要生產(chǎn)的是zl22a濾棒成型機組，zl22a機組動力是靠變速箱及同步齒形帶來傳遞，開松輥三個輥調(diào)速靠無級變速器來實現(xiàn)。
為了能使設(shè)備更穩(wěn)定地運行，公司對該設(shè)備進行了伺服改造，取消無級變速器等機械傳動，用伺服控制器來代替，改造后的設(shè)備稱為zl22c纖維濾棒成型機組，其生產(chǎn)速度由400m/min提高到500m/min；其主控部分采用的是siemens的s7-300系列plc，機組的主傳動采用的是lenze公司的9300系列伺服控制器組成的電軸同步系統(tǒng)，該系統(tǒng)跟隨精度高、可靠性強，取代了zl22a開松機部分的無級減速器等機械部件，使維修更加方便，控制更加靈活。plc與9300系列伺服通過profibus dp總線進行通信，將主軸的啟停信號、運行速度及從軸的運行比例預(yù)置發(fā)送給各控制器，控制器將一些動態(tài)運行數(shù)據(jù)返回給上位機。在換紙技術(shù)上，zl22c采用的是不降速換紙，這樣使操作方便且快捷，同時也提高了生產(chǎn)效率，使吸阻更穩(wěn)定，操作和維修更方便。
zl22c濾棒成型機組性能雖然在zl22a濾棒成型機組的基礎(chǔ)上有了很大改進，但是為了在煙草行業(yè)能有更大的市場和更強的競爭力，公司對zl22c機組做了進一步改進，將提高濾棒長度的控制精度、系統(tǒng)的實時快速響應(yīng)性提上日程。提高棒長的控制精度使機組的性能更優(yōu)越；提高控制系統(tǒng)的實時快速響應(yīng)性，還可以為將來開發(fā)一些實時在線檢測設(shè)備預(yù)留開發(fā)空間。
提高棒長的控制精度
zl22c纖維濾棒成型機組由開松機、成型機及裝盤機三部分組成，纖維束通過懸臂上的扁平噴嘴吹開纖維束使其寬些，再經(jīng)過兩個轉(zhuǎn)速不同的開松輥對其進行拉伸和開松，然后進入噴淋室噴灑三醋酸甘油乙脂，再經(jīng)過轉(zhuǎn)向輥傳送到成型機上的收集喇叭口，接著絲束與過濾棒紙帶一起送到成型腔中成型，形成過濾棒后由切刀裝置切成單根的過濾棒，zui后進入裝盤機進行裝盤。
zl22c纖維濾棒成型機組的過濾棒長度主要是由同步系統(tǒng)中控制物料進給的布帶輪電機與控制切割的刀頭電機的同步性來決定的，提高棒長控制精度主要是提高它們的電機編碼器反饋精度及伺服控制器的控制精度。
zl22c纖維濾棒成型機組選用的是lenze公司的9300系列伺服控制器及旋轉(zhuǎn)變壓器反饋的伺服電機。具體做法就是將旋轉(zhuǎn)變壓器反饋的伺服電機改為編碼器反饋伺服電機，提高伺服控制器的控制精度，將9300系列控制器升級到處理速度更快的9400系列。
9400系列伺服控制器具有突出優(yōu)勢
9400系列控制器之所以優(yōu)于9300系列控制器，是由其自身特點決定的：產(chǎn)品具有高性能驅(qū)動，模塊化設(shè)計、全組裝概念以及簡便可集成的安全技術(shù)；中心處理器由9300系列的16位改為32位，信號分辨率提高一倍；其安裝背板和驅(qū)動電子模塊是分開的，使組裝和使用非常方便；模塊化的驅(qū)動系統(tǒng)更容易適應(yīng)用戶的應(yīng)用，使用戶具有更大的自由度；可選的、可插拔的安全模塊滿足iec61508sil8安全標(biāo)準(zhǔn)。
在9300系統(tǒng)里采用的是實主軸控制方式，由實際主軸（刀頭伺服）發(fā)送自身的位置，通過數(shù)頻級聯(lián)的方式把主軸的位置傳遞給從軸，從軸（布帶輪等）按一定跟隨比例隨主軸同步運行，主軸自身會比從軸滯后一個1ms掃描周期。要想克服這個滯后，在9400系統(tǒng)中采用虛擬主軸控制方式，即采用第三方控制器通過can總線發(fā)送同步報文，我們將裝盤機的鏈條電機作為虛擬主軸，只用來發(fā)送同步報文不參與控制，虛擬主軸通過報文將主軸的位置告知從軸，從軸刀頭電機、布帶輪等同時收到報文后按一定的比例同時隨動，這大大提高了同步系統(tǒng)的控制精度。
9400系列伺服控制器軟件為engineer 9400工程軟件，是一體化的編程調(diào)試軟件，即一個項目一個程序，多根軸同時編輯在一個項目里，調(diào)試時可多根軸同時占線調(diào)試。這樣給編程、調(diào)試帶來更大的方便。
伺服控制系統(tǒng)是通過ethercat總線來完成上位機pc與伺服控制器之間的通信，參數(shù)通道傳輸速度比較慢，用于一些不需要實時處理的控制參數(shù)，如控制器上升時間及下降時間等參數(shù)的設(shè)定，而過程通道傳輸速度比較快，用于一些需要快速處理的參數(shù)，如速度給定、比例調(diào)整、速度讀出及急停等控制。
為了使9400的快速處理速度得到充分發(fā)揮，系統(tǒng)應(yīng)提高上位機的處理速度，zl22c纖維濾棒成型機組系統(tǒng)的主控部分為simatic s7-300可編程控器，整個系統(tǒng)的執(zhí)行掃描周期為27ms，掃描周期若想大幅度提高，必須將plc改為pc控制。
選擇cp6201自身集成的通信方式ethercat，因為ethercat是一種基于以太網(wǎng)的高性能工業(yè)通信協(xié)議，具備靈活的網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)，擴展了ieee 802.3以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，使得數(shù)據(jù)傳輸中具有可預(yù)測性、定時及高精度同步等特點。ethercat通信速度極快，縮短了數(shù)據(jù)傳輸時間，加快了任務(wù)的執(zhí)行速度，1000個分布式i/o數(shù)據(jù)的刷新時間僅為30μs。
zl22c濾棒成型機組同步控制系統(tǒng)
zl22c濾棒成型機組的主控部分選擇了beckhoff的pc，傳動部分選擇了lenze的9400系列伺服，通信采用的是ethercat總線。在現(xiàn)行的控制系統(tǒng)中，主控部分的cp6201即是整個系統(tǒng)的控制部分，替代原系統(tǒng)的plc也替代原系統(tǒng)的顯示部分mp370；cp6208用于顯示三個開松輥的運行數(shù)據(jù)。
系統(tǒng)的總線端子i/o模塊通過ethercat與cp6201進行通信，連接通信的總線耦合器ek1100作為總線通信端子模塊，能自動識別所連接的總線端子模塊，并自動將輸入/輸出分配到過程映像區(qū)的字節(jié)中。該系統(tǒng)除了用到常規(guī)的數(shù)字量模塊外，還用到了溫度模塊el3204和高速模塊el1502，所有模塊均為12mm寬，而且每個模塊的zui小通道可為1通道，使系統(tǒng)非常靈活，維修費用大大降低。
現(xiàn)場總線端子盒通過ethercat將裝盤機的接近開關(guān)、光電開關(guān)的信號直接返給cp，大大提高了其響應(yīng)速度，另外將接近開關(guān)、光電開關(guān)集成管理，節(jié)約了成本。
改造之后，系統(tǒng)的響應(yīng)速度大大提高了，從換紙接頭的剔出能很明顯地反應(yīng)出來：紙接頭的剔出位置是通過檢測電機的位移量，來回饋給執(zhí)行器件進行的，理論位移量為生產(chǎn)46支棒產(chǎn)生的位移量；但由于原系統(tǒng)的響應(yīng)速度慢，到54支棒產(chǎn)生的位移量才剔出，現(xiàn)在理論值就可以剔出。
zl22c使生產(chǎn)得以優(yōu)化
zl22c纖維濾棒成型機組的電控系統(tǒng)通過上述改進，提高了棒長的控制精度、系統(tǒng)的實時快速響應(yīng)性，從而使機組的性能得以優(yōu)化，為zl22c纖維濾棒成型機組在煙草行業(yè)擁有更大的市場奠定了一定的基礎(chǔ)。