淺析伺服系統及其在浮法線的應用

王剛

【摘 要】伺服系統以其高效穩定，并調速范圍、轉矩方面等的特性得到工業上的認可，并且使得伺服系統在工業生產領域得到廣泛的應用，論文通過解析伺服系統的原理和結構來介紹其在浮法線中的應用。

【Abstract】The servo system has got industrial recognition for its characteristics of high efficiency and stability，the speed range， torque and so on. And the servo system is widely used in the field of industrial production. The paper introduces the application of servo system in the float line through analyzing its principle and structure.

【關鍵詞】浮法線； 伺服系統； 應用

【Keywords】 float line； servo system； application

【中圖分類號】TQ171.6 【文獻標志碼】A 【文章編號】1673-1069（2018）05-0122-02

1 玻璃浮法線

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

1.1 熔窯

原料配料系統將已配好的混合料通過皮帶運輸的方式投入到熔窯，經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，玻璃液流至爐腰經攪拌器攪拌均勻后進入工作段，并調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，錫槽兩側設有調整厚度的拉邊機以及檢測玻璃厚度的設備和高溫攝像頭，內窺鏡和外窺鏡等。

1.3 退火窯

為消除玻璃帶中的應力和提高玻璃的質量，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破碎通過皮帶運輸機送入碎玻璃回收系統。[1]

在成品加工線上，伺服系統應用十分廣泛，接下來通過介紹伺服系統來進一步了解其在浮法線上的應用。

2 伺服系統

伺服系統又稱隨動系統，是一個跟蹤-反饋-使能-再跟蹤-再反饋反復控制的控制系統。伺服系統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。它的工作原理是按照來自系統發來的控制指令的要求，對功率等進行計算處理，使驅動設備（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，其作用效果是使驅動設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。伺服系統的結構組成與其他形式的反饋控制系統在原理上沒有太大區別。伺服系統中控制伺服電機的位移、轉速等主要靠脈沖，伺服系統給伺服電機發送脈沖信號，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1個脈沖對應的角位移，從而實現精確的位移控制，同時，伺服電機本身也可以發出脈沖信號，伺服電機每旋轉一個角度，都會由伺服電機的編碼器發出對應數量的脈沖信號，這樣，就能夠和伺服電機接收到的脈沖信號形成了對應并通過比較，這樣伺服系統就會檢測發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來的脈沖信號數量，所以伺服系統就能夠很精確的控制伺服電機的運行，從而實現精確定位。 [2]

在成品生產線中，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接收的控制指令觸發，由伺服系統的控制部分計算，然后由驅動部分執行，以此來實現整個系統的自動控制。這些計算最終到執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 判定伺服系統的性能指標

衡量伺服系統性能的主要指標有伺服系統的精度及伺服系統的穩定性、伺服系統響應特性和工作頻率四大方面，特別是伺服系統的精度方面尤為重要，直接關系到設備的運行狀況是否正常。

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

在浮法線生產過程中，伺服系統性能的優良與否直接影響玻璃的定位功能的準確性，以及生產線的工作效率和生產出的成品的質量。

2.2 伺服系統的結構

伺服系統的結構從自動控制理論的角度來分析，伺服控制系統一般由控制器，執行環節，檢測環節， 被控對象，比較環節五大部分組成。①控制器?？刂破魍ǔＳ捎嬎銠C或PID控制電路構成的控制主板，其主要任務是將執行機構發送控制信號和采集執行機構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，來控制執行機構能夠按照控制器發送的指令進行動作。②執行環節。執行環節的作用是接收控制器發來的控制信號并按控制信號的要求，將輸入的能量（電能）轉化成機械能，來實現傳輸機構或執行機構按照控制指令進行動作。③檢測環節。檢測環節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換成比較環節所能識別的信號，一般包括傳感器及其轉換電路。④被控對象。被控對象參數一般都是位移，速度，加速度，力，力矩等可以查看或感受到的參數量。⑤比較環節。比較環節是將控制器發出的控制信號與檢測環節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節，通常由專門的電路或控制器來完成。[3]

3 伺服系統在浮法線中的應用

3.1 切割系統

切割系統由縱切割橋、橫切割橋、主掰斷組成。切割橋的切割刀由伺服電機驅動，縱切刀的位置在玻璃換規格的時候才會改變，改變的距離由玻璃規格決定，玻璃的數據會通過網絡傳送給切割系統，然后由伺服系統來執行縱切割刀擺位；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執行，當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傳送給切割系統，然后由切割系統決定動作執行，切割刀的行走速度由玻璃板帶速度決定，而執行者仍是伺服系統。

3.2 清邊系統

清邊系統由清邊機和縱頂機構組成。清邊機的壓輪負責按照玻璃帶的邊部刀印來敲掉玻璃邊，縱頂機的頂輪構負責按照玻璃帶中間的刀印頂開玻璃。刀印的位置通過生產網絡由切割系統傳遞給清邊系統，然后由清邊系統控制壓輪和頂輪的擺位，當然，擺位過程是由伺服系統執行的。

3.3 傳輸系統

從退火窯出來的玻璃帶經過切割系統切割，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執行，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，當玻璃定好位置時，取片機構才能很準確的吸起玻璃，然后整齊的擺放。取片機構目前大多采用堆垛機和機械手，堆垛機的機構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。

堆垛機的執行機構大多使用變頻器控制，機械手仍是使用伺服系統控制。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，根據伺服系統的精確性能，可以盡可能地避免在擺放玻璃時對玻璃造成的擦傷。

【參考文獻】

【1】劉志海，李超.浮法玻璃工藝手冊[M].北京：化學工業出版社，2013.

【2】顏嘉男.伺服電機應用技術[M].北京：科學出版社，2017.

【3】錢平.伺服系統（第二版）[M].北京：機械工業出版社，2011.