通過對LENZE 9300與9400系列伺服控制器在ZL22C纖維濾棒成型機(jī)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(jī)組的整個(gè)傳動系統(tǒng)采用了9400系列伺服后，該機(jī)組的控制精度更高、實(shí)時(shí)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(jìn)，使9400系列伺服通過上位機(jī)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(shí)時(shí)性。

纖維濾棒成型機(jī)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(yùn)行。沈陽沈飛民品工業(yè)有限公司煙草機(jī)械廠現(xiàn)主要生產(chǎn)的是ZL22A濾棒成型機(jī)組，ZL22A機(jī)組動力是靠變速箱及同步齒形帶來傳遞，開松輥三個(gè)輥調(diào)速靠無級變速器來實(shí)現(xiàn)。

為了能使設(shè)備更穩(wěn)定地運(yùn)行，公司對該設(shè)備進(jìn)行了伺服改造，取消無級變速器等機(jī)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(jī)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(jī)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(qiáng)，取代了ZL22A開松機(jī)部分的無級減速器等機(jī)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(jìn)行通信，將主軸的啟停信號、運(yùn)行速度及從軸的運(yùn)行比例預(yù)置發(fā)送給各控制器，控制器將一些動態(tài)運(yùn)行數(shù)據(jù)返回給上位機(jī)。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(shí)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(jī)組性能雖然在ZL22A濾棒成型機(jī)組的基礎(chǔ)上有了很大改進(jìn)，但是為了在煙草行業(yè)能有更大的市場和更強(qiáng)的競爭力，公司對ZL22C機(jī)組做了進(jìn)一步改進(jìn)，將提高濾棒長度的控制精度、系統(tǒng)的實(shí)時(shí)快速響應(yīng)性提上日程。提高棒長的控制精度使機(jī)組的性能更優(yōu)越；提高控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)快速響應(yīng)性，還可以為將來開發(fā)一些實(shí)時(shí)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(jī)組由開松機(jī)、成型機(jī)及裝盤機(jī)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(gè)轉(zhuǎn)速不同的開松輥對其進(jìn)行拉伸和開松，然后進(jìn)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(jī)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，最后進(jìn)入裝盤機(jī)進(jìn)行裝盤。

9400伺服控制器具有高性能驅(qū)動，
模塊化設(shè)計(jì)、全組裝概念以及簡便可集成的安全技術(shù)

ZL22C纖維濾棒成型機(jī)組的過濾棒長度主要是由同步系統(tǒng)中控制物料進(jìn)給的布帶輪電機(jī)與控制切割的刀頭電機(jī)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(jī)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(jī)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(jī)。具體做法就是將旋轉(zhuǎn)變壓器反饋的伺服電機(jī)改為編碼器反饋伺服電機(jī)，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(diǎn)決定的：產(chǎn)品具有高性能驅(qū)動，模塊化設(shè)計(jì)、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(shí)主軸控制方式，由實(shí)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(yùn)行，主軸自身會比從軸滯后一個(gè)1ms掃描周期。要想克服這個(gè)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(bào)文，我們將裝盤機(jī)的鏈條電機(jī)作為虛擬主軸，只用來發(fā)送同步報(bào)文不參與控制，虛擬主軸通過報(bào)文將主軸的位置告知從軸，從軸刀頭電機(jī)、布帶輪等同時(shí)收到報(bào)文后按一定的比例同時(shí)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(gè)項(xiàng)目一個(gè)程序，多根軸同時(shí)編輯在一個(gè)項(xiàng)目里，調(diào)試時(shí)可多根軸同時(shí)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(jī)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(shí)時(shí)處理的控制參數(shù)，如控制器上升時(shí)間及下降時(shí)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(jī)的處理速度，ZL22C纖維濾棒成型機(jī)組系統(tǒng)的主控部分為SIMATIC S7-300可編程控器，整個(gè)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?yàn)镋therCAT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?fù)浣Y(jié)構(gòu)，擴(kuò)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(shí)及高精度同步等特點(diǎn)。EtherCAT通信速度極快，縮短了數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間，加快了任務(wù)的執(zhí)行速度，1000個(gè)分布式I/O數(shù)據(jù)的刷新時(shí)間僅為30μs。

ZL22C濾棒成型機(jī)組同步控制系統(tǒng)

ZL22C濾棒成型機(jī)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(gè)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(gè)開松輥的運(yùn)行數(shù)據(jù)。

系統(tǒng)的總線端子I/O模塊通過EtherCAT與CP6201進(jìn)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(gè)模塊的最小通道可為1通道，使系統(tǒng)非常靈活，維修費(fèi)用大大降低。

現(xiàn)場總線端子盒通過EtherCAT將裝盤機(jī)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(jī)的位移量，來回饋給執(zhí)行器件進(jìn)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(jī)組的電控系統(tǒng)通過上述改進(jìn)，提高了棒長的控制精度、系統(tǒng)的實(shí)時(shí)快速響應(yīng)性，從而使機(jī)組的性能得以優(yōu)化，為ZL22C纖維濾棒成型機(jī)組在煙草行業(yè)擁有更大的市場奠定了一定的