淺析伺服系統(tǒng)及其在浮法線的應(yīng)用

王剛

（河北南玻玻璃有限公司，河北廊坊065600）

1 玻璃浮法線

玻璃浮法線除原料配料系統(tǒng)以外，主要由熔窯、錫槽、退火窯、成品加工線四部分組成。

1.1 熔窯

原料配料系統(tǒng)將已配好的混合料通過皮帶運輸?shù)姆绞酵度氲饺鄹G，經(jīng)過天然氣等燃料的燃燒，對混合料進行高溫熔化形成玻璃液，玻璃液流至爐腰經(jīng)攪拌器攪拌均勻后進入工作段，并調(diào)整玻璃液溫度至其成型所需的溫度范圍。

1.2 錫槽

錫槽中充滿熔化的錫液，玻璃液進入錫槽后浮在絕對水平的錫液面上，經(jīng)冷卻后，形成平整的玻璃帶。為有效地控制玻璃的厚度，錫槽兩側(cè)設(shè)有調(diào)整厚度的拉邊機以及檢測玻璃厚度的設(shè)備和高溫攝像頭，內(nèi)窺鏡和外窺鏡等。

1.3 退火窯

為消除玻璃帶中的應(yīng)力和提高玻璃的質(zhì)量，玻璃板帶需進入退火窯進行退火處理。

1.4 成品加工線

退火后的玻璃板帶進入成品加工線，經(jīng)缺陷檢測儀、縱切橋、橫切橋、掰斷輥、清邊機、按不同尺寸分片，然后由堆垛機或機器人自動取片。切下的玻璃邊及不合格的玻璃經(jīng)破碎通過皮帶運輸機送入碎玻璃回收系統(tǒng)。[1]

在成品加工線上，伺服系統(tǒng)應(yīng)用十分廣泛，接下來通過介紹伺服系統(tǒng)來進一步了解其在浮法線上的應(yīng)用。

2 伺服系統(tǒng)

伺服系統(tǒng)又稱隨動系統(tǒng)，是一個跟蹤-反饋-使能-再跟蹤-再反饋反復(fù)控制的控制系統(tǒng)。伺服系統(tǒng)能夠使物體的位置等反饋值能夠跟隨給定值變化而變化的自動控制系統(tǒng)。它的工作原理是按照來自系統(tǒng)發(fā)來的控制指令的要求，對功率等進行計算處理，使驅(qū)動設(shè)備（伺服電機）的輸出力矩和速度控制得到有效的精確地控制。在大多情況中，伺服系統(tǒng)所采集的被控制量是機械位移、位移速度、加速度等，其作用效果是使驅(qū)動設(shè)備輸出的機械位移值準確地跟蹤有控制指令給定的位移值。伺服系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成與其他形式的反饋控制系統(tǒng)在原理上沒有太大區(qū)別。伺服系統(tǒng)中控制伺服電機的位移、轉(zhuǎn)速等主要靠脈沖，伺服系統(tǒng)給伺服電機發(fā)送脈沖信號，伺服電機接收脈沖信號，伺服電機每接收1個脈沖，就會旋轉(zhuǎn)1個脈沖對應(yīng)的角位移，從而實現(xiàn)精確的位移控制，同時，伺服電機本身也可以發(fā)出脈沖信號，伺服電機每旋轉(zhuǎn)一個角度，都會由伺服電機的編碼器發(fā)出對應(yīng)數(shù)量的脈沖信號，這樣，就能夠和伺服電機接收到的脈沖信號形成了對應(yīng)并通過比較，這樣伺服系統(tǒng)就會檢測發(fā)送了多少脈沖信號給伺服電機，同時又接收到由伺服電機發(fā)來的脈沖信號數(shù)量，所以伺服系統(tǒng)就能夠很精確的控制伺服電機的運行，從而實現(xiàn)精確定位。[2]

在成品生產(chǎn)線中，對玻璃的切割、掰斷、清邊、取片等動作都需要精準的計算，而這種計算是由伺服系統(tǒng)接收的控制指令觸發(fā)，由伺服系統(tǒng)的控制部分計算，然后由驅(qū)動部分執(zhí)行，以此來實現(xiàn)整個系統(tǒng)的自動控制。這些計算最終到執(zhí)行部分的時候大多可以用一個詞來概括——定位，玻璃的傳輸和切割刀下刀的位置，以及清邊時間的判斷等等都需要對玻璃進行定位計算。在設(shè)備良好的情況下，定位準確，玻璃的成品率高，反之，定位不準，則成品率低。

2.1 判定伺服系統(tǒng)的性能指標(biāo)

衡量伺服系統(tǒng)性能的主要指標(biāo)有伺服系統(tǒng)的精度及伺服系統(tǒng)的穩(wěn)定性、伺服系統(tǒng)響應(yīng)特性和工作頻率四大方面，特別是伺服系統(tǒng)的精度方面尤為重要，直接關(guān)系到設(shè)備的運行狀況是否正常。

頻帶寬度由伺服系統(tǒng)的頻率響應(yīng)特性來決定，用來反映伺服系統(tǒng)對執(zhí)行機構(gòu)的跟蹤效果的快速性和及時作出相應(yīng)響應(yīng)的實效性。頻帶寬度越大，伺服系統(tǒng)的實效性越好。伺服系統(tǒng)的頻帶寬度會受到外界因素的影響，這樣會造成伺服系統(tǒng)的響應(yīng)特性降低，導(dǎo)致控制效果不好，頻帶寬度主要受控制對象和執(zhí)行機構(gòu)的慣性特性所限制。執(zhí)行機構(gòu)的慣性越大，頻帶寬度就會越窄，系統(tǒng)響應(yīng)特性就會越低。一般的伺服系統(tǒng)的頻帶寬度小于15赫即可滿足使用要求，大型設(shè)備的伺服系統(tǒng)的頻帶寬度要嚴格控制在1～2赫以下，以免在設(shè)備使用過程中造成不良影響。伺服系統(tǒng)的精度主要取決于所采用的檢測元件的精度。檢測元件精度越高，伺服系統(tǒng)的精度也會越高，反之亦然。因此，在伺服系統(tǒng)的應(yīng)用中，必須采用具有高精度的檢測元件。不然會造成設(shè)備功能的浪費。

在浮法線生產(chǎn)過程中，伺服系統(tǒng)性能的優(yōu)良與否直接影響玻璃的定位功能的準確性，以及生產(chǎn)線的工作效率和生產(chǎn)出的成品的質(zhì)量。

2.2 伺服系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

伺服系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)從自動控制理論的角度來分析,伺服控制系統(tǒng)一般由控制器，執(zhí)行環(huán)節(jié),檢測環(huán)節(jié),被控對象,比較環(huán)節(jié)五大部分組成。①控制器。控制器通常由計算機或PID控制電路構(gòu)成的控制主板,其主要任務(wù)是將執(zhí)行機構(gòu)發(fā)送控制信號和采集執(zhí)行機構(gòu)反饋回來的信號進行比較，通過比較元件對這兩種信號進行做差處理，并將得到的偏差信號進行變換和處理,來控制執(zhí)行機構(gòu)能夠按照控制器發(fā)送的指令進行動作。②執(zhí)行環(huán)節(jié)。執(zhí)行環(huán)節(jié)的作用是接收控制器發(fā)來的控制信號并按控制信號的要求,將輸入的能量（電能）轉(zhuǎn)化成機械能，來實現(xiàn)傳輸機構(gòu)或執(zhí)行機構(gòu)按照控制指令進行動作。③檢測環(huán)節(jié)。檢測環(huán)節(jié)的作用是輸出的信號進行檢測和測量以及接收反饋回來的信號，并將這兩種信號處理并轉(zhuǎn)換成比較環(huán)節(jié)所能識別的信號,一般包括傳感器及其轉(zhuǎn)換電路。④被控對象。被控對象參數(shù)一般都是位移，速度，加速度，力，力矩等可以查看或感受到的參數(shù)量。⑤比較環(huán)節(jié)。比較環(huán)節(jié)是將控制器發(fā)出的控制信號與檢測環(huán)節(jié)檢測到的反饋信號進行做差比較,以獲得兩種信號之間的偏差信號的環(huán)節(jié),通常由專門的電路或控制器來完成。[3]

3 伺服系統(tǒng)在浮法線中的應(yīng)用

3.1 切割系統(tǒng)

切割系統(tǒng)由縱切割橋、橫切割橋、主掰斷組成。切割橋的切割刀由伺服電機驅(qū)動，縱切刀的位置在玻璃換規(guī)格的時候才會改變，改變的距離由玻璃規(guī)格決定，玻璃的數(shù)據(jù)會通過網(wǎng)絡(luò)傳送給切割系統(tǒng)，然后由伺服系統(tǒng)來執(zhí)行縱切割刀擺位；橫切刀的下刀和抬刀的位置以及切割刀行走的速度均是由伺服系統(tǒng)執(zhí)行，當(dāng)切割刀行走到下刀的位置時進行下刀動作，到達抬刀的位置進行抬刀動作，這里的位置都是由伺服系統(tǒng)傳送給切割系統(tǒng)，然后由切割系統(tǒng)決定動作執(zhí)行，切割刀的行走速度由玻璃板帶速度決定，而執(zhí)行者仍是伺服系統(tǒng)。

3.2 清邊系統(tǒng)

清邊系統(tǒng)由清邊機和縱頂機構(gòu)組成。清邊機的壓輪負責(zé)按照玻璃帶的邊部刀印來敲掉玻璃邊，縱頂機的頂輪構(gòu)負責(zé)按照玻璃帶中間的刀印頂開玻璃。刀印的位置通過生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)由切割系統(tǒng)傳遞給清邊系統(tǒng)，然后由清邊系統(tǒng)控制壓輪和頂輪的擺位，當(dāng)然，擺位過程是由伺服系統(tǒng)執(zhí)行的。

3.3 傳輸系統(tǒng)

從退火窯出來的玻璃帶經(jīng)過切割系統(tǒng)切割，主掰斷之后，每片玻璃在輥道上的運輸過程都是由伺服系統(tǒng)執(zhí)行，玻璃在輥道上的加速、減速、定位等動作在時間和位置上，伺服系統(tǒng)都能很好地加以控制并且時時提交反饋，玻璃的位置將直接參與主掰斷之后的所有動作，所以，伺服系統(tǒng)控制的玻璃的位置是十分重要的。

3.4 取片

取片的前提是玻璃的定位，當(dāng)玻璃定好位置時，取片機構(gòu)才能很準確的吸起玻璃，然后整齊的擺放。取片機構(gòu)目前大多采用堆垛機和機械手，堆垛機的機構(gòu)龐大但是效率比機械手要低一些，通常做厚板或大板玻璃時，用到的多，機械手小巧靈活，速度快。

堆垛機的執(zhí)行機構(gòu)大多使用變頻器控制，機械手仍是使用伺服系統(tǒng)控制。每取一片玻璃進行擺放時，已擺放好的玻璃的厚度就會增加一片玻璃的厚度，這就需要取片機構(gòu)下次吸起玻璃進行擺放時要把上一次的玻璃的厚度計算進去，根據(jù)伺服系統(tǒng)的精確性能，可以盡可能地避免在擺放玻璃時對玻璃造成的擦傷。