一、概述
我國的瓦楞紙箱包裝行業(yè)是一個“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——電腦橫切機控制系統(tǒng)更是得益于計算機技術(shù)及驅(qū)動技術(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)動技術(shù)的應(yīng)用就是一個明顯的例證。
北京華維宇科技有限公司本著高技術(shù)、高起點的設(shè)計理念，利用國外先進的包裝機械自動化控制平臺，率先采用進口德國交流全數(shù)字式伺服驅(qū)動技術(shù)，開發(fā)出AHCS(原LTHS一2000／2010型)系列瓦楞紙板橫切機電腦控制系統(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，比市場上同類產(chǎn)品具備更優(yōu)秀的性能。
為了更清楚的闡述這一先進驅(qū)動技術(shù)在橫切機上的應(yīng)用，現(xiàn)將目前國內(nèi)橫切機驅(qū)動的現(xiàn)狀做相關(guān)技術(shù)上的分類。
二、電腦橫切機驅(qū)動的現(xiàn)狀分類
1．橫切機驅(qū)動系統(tǒng)的分類圖
2．由上圖可知根據(jù)控制方式的不同橫切機驅(qū)動系統(tǒng)分為以下四類
直流調(diào)速：國內(nèi)早期配套的驅(qū)動系統(tǒng)以直流調(diào)速為主，特點是價格較低，但缺點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)動電機需要具有較大直流調(diào)速功率。
直流伺服：特點是提供的扭矩大，但是和交流伺服比較其響應(yīng)慢、性價比不好，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格低很多)，用變頻器作為電腦橫切機的主控制器只能實現(xiàn)一個“速度環(huán)”而不能實現(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：對電機要求高、對伺服單元要求低，特點是過載能力強但是電機的價格高且慣量越大要求電機的功率就越大；
②異步式交流伺服：對伺服單元要求高，當要求慣量越大的時候其性價比就越好。
目前由于交流伺服驅(qū)動技術(shù)的完全成熟，采用交流伺服系統(tǒng)作為橫切機驅(qū)動已成為主導(dǎo)潮流，本文將從以下幾個方面詳細闡述交流伺服驅(qū)動究竟能給橫切機帶來哪些好處。
三、交流伺服驅(qū)動的優(yōu)勢
1．性能穩(wěn)定，節(jié)能省電。價格適中
目前我國各大包裝機械廠生產(chǎn)的電腦橫切機的機械結(jié)構(gòu)基本是上世紀70年代末引進定型的，機械設(shè)計受當時電氣驅(qū)動技術(shù)和伺服控制技術(shù)不發(fā)達(尤其是能提供較大扭矩的大慣量伺服裝置技術(shù)不成熟且價格昂貴)的制約，致使各大包裝機械廠生產(chǎn)的電腦橫切機采用直流調(diào)速驅(qū)動裝置，直流調(diào)速驅(qū)動裝置的特點是技術(shù)比較成熟、價格較低，但缺點是其能提供的靜扭矩(低速斷紙需要較大的靜扭矩)較小，這就使得橫切機需要配置具有較大直流調(diào)速功率的直流調(diào)速電機驅(qū)動(一個1．6m幅寬的橫切機有用37kw直流調(diào)速電機驅(qū)動的情況)，以獲取較大的機械慣量“斷紙”，這樣一來整套設(shè)備配置的電機功率明顯偏大，從而造成能源極大浪費和增加生產(chǎn)使用成本。
此外早期的直流驅(qū)動裝置一般為模擬式，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)的橫切機上使用。
針對以上狀況，近年來發(fā)展迅猛的交流伺服驅(qū)動技術(shù)在橫切機上的應(yīng)用，成為這個領(lǐng)域的一大亮點：
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)動器及電機，功率越大，功率／價格比越低。這一點在交流異步伺服控制上尤為明顯(這種控制技術(shù)僅需三相異步電動機作為它的驅(qū)動電機，卻能達到加工中心對驅(qū)動的要求)，給生產(chǎn)廠家及直接用戶帶來了較大的實惠。
交流伺服驅(qū)動具有強大的扭矩，在靜扭矩或過載扭矩方面尤其強項，它不靠慣量斷紙，而是靠扭矩斷紙，通俗一點說，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；所以面對同樣慣量的橫切機所需交流伺服驅(qū)動的功率也小得多。例如：一臺用于中速線(150m／min以下)的2．Om幅寬的橫切機，15kw的交流伺服電機就可勝任，與直流調(diào)速相比大大節(jié)約了裝機容量和運行能耗，給直接用戶帶來了實實在在的實惠。
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)速度不受橫切機電腦控制，所以要求橫切機控制系統(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。這主要因為，調(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，即只有一個速度環(huán)，切刀的位置控制依靠外部開關(guān)量信號或編碼器的特征信號決定，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量的走紙速度和長度(依靠測紙輪上的編碼器完成)更為緊密地聯(lián)系在一起，從而實現(xiàn)了更精確的控制。圖3是我公司交流伺服用于橫切機控制的環(huán)路示意圖；從圖3可以看出，采用交流伺服作為驅(qū)動的控制系統(tǒng)，多了一個位置比較與控制環(huán)節(jié)，使切刀的控制與測紙反饋在位置環(huán)的層次上結(jié)合起來。
綜上所述，一個控制系統(tǒng)控制性能的好壞，并不完全取決于驅(qū)動裝置的性質(zhì)，還跟設(shè)計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,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，不會因為環(huán)境溫度、濕度的變化而發(fā)生性能的改變(或工作點漂移)。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，交流伺服電機比起直流電機來，沒有如碳刷等摩擦部件，不需要定期清理積碳，基本上是免維護的；這些優(yōu)點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)動技術(shù)應(yīng)用于橫切控制的優(yōu)勢，這些優(yōu)勢已經(jīng)在這幾年的實際應(yīng)用中表現(xiàn)得淋漓盡致。但不能不遺憾得指出，在與先進的交流伺服驅(qū)動配合方面，我國目前大多數(shù)的橫切機機械部分還相對落后，主要表現(xiàn)在其機械慣量太大，使交流伺服系統(tǒng)在功率選擇方面，遷就機械現(xiàn)狀，從而限制了技術(shù)優(yōu)勢的發(fā)揮。
