全伺服连续式包装机的电气化结构的分析

第一章 国内外自动化行业及市场概况

1.1 国内外自动化行业概况
例如在某个时间节点，PLC 通过逻辑判断要某 2 个轴一起运动，则发出一个触发信号，触发 2 个轴开始运行先前设定好的速度指令或者位置指令。但是在这个模式下，一旦 PLC 发出触发指令后，2 个轴就开始各自进行运动，在完成当前运动前，PLC 是无法进行过程干预，或者 2 个轴之间是无法进行速度或者位置关联的。所以，这类模式是无法保证过程中的 2 个轴的关联性。从自动化产品类型来看，控制器和传动控制仍然是 OEM 市场最主要的两大类产品，共占 OEM 总体市场规模超过六成的比重，分别为 24.3%和 38.9%。值得一提的是，相对于前两年比较，随着中国能源更加趋于紧张，用户开始更加关注自动化产品的后期使用和维护费用，同时由于其本身价格逐步下降，变频器从原来的用户指定到标准配套从而得到更广泛的应用。随着国外机械制造厂商本地化生产的增加和国内厂商技术的进步，中国机械装备的自动化水平迅速提高，2007 年中国整个 OEM 市场自动化产品的整体规模继续保持稳定的增长，整个 OEM 市场的整体规模接近 150 亿元，比 2006 年增长 12%，略高于 GDP 的增长速度。
与此同时，OEM 用户需求出现新特点——对行业系统解决方案有更明确的需求。随着自动化产品在更多 OEM 行业得到更广和更深的应用，OEM 用户期待自动化厂商在保证质量和进一步降低成本的情况下，提供更好的针对行业解决方案的产品和服务。该类需求在橡胶机械、电梯、起重机械行业的表现尤为明显。生产装置/工具制造业的水平体现了一个国家的制造业水平，它直接影响到下游使用这些设备的生产/生活活动的效率和质量，因此生产设备制造业（OEM行业）受到所有主要工业国家的重视[2]。中国作为一个加工生产和贸易大国，其生产设备制造业更是飞速发展，其中纺织机械、塑料机械、橡胶机械、电梯、起重机械的产量都是世界首位，直接带动了 OEM 自动化市场的发展。2008 年 OEM 市场不同企业受影响情况表现出两方面的两极分化态势：一方面大企业相比中小企业来说小，受到的冲击小，中小企业由于规模小，产品比较单一且技术水平不高，所以抵抗风险的能力比较弱，受危机的冲击比大规模企业更为严重；另一方面，出口比重比较大的企业受到的打击更严重。由于金融危机影响，国外市场萎缩严重，出口依赖性比较强的企业相对于主要内销的企业来说，受到的影响更快更大。整体市场的发展：传动产品市场一直是自动化市场的重要组成部分，其市场竞争格局也一直是风云变幻[3]。
总体来看，如果说低压变频器和伺服产品是工业传动领域的“孪生兄弟”，那么纵观今天的运动控制市场，从某种意义上，可以看到十年前中国低压变频器市场的缩影。从 2010 年的运动控制产品整体市场格局来看，外资品牌仍占据绝对份额，但本土和台资品牌份额的提升已在近几年有所凸显，这主要来源于其在中低端运动控制领域的高速发展，而高端领域仍难以涉足。参考变频器市场近年的发展经验，在“量增”的背后，本土伺服厂商若想成功“突围”，并在未来拥有稳固的市场地位，在产品性能上依然要做较大提升。2010 年的中低端运动控制产品的市场总体好于高端运动控制产品市场，原本立足高端运动控制产品市场的外资品牌也将拓展低端市场纳入了 2011 年的发展规划[4]。
比如西门子推出 V60 系列，价格定位于日系厂商水平，施耐德推出 LEXIUM 23 系列。同时，对于没有运动控制产品的外资品牌来说，并购也成为其丰富自身产品线的主要手段之一。例如ABB 收购葆德，部分日韩系品牌收购本土品牌等。从 2010 年运动控制各产品的竞争格局来看，步进领域本土供应商已成为主流。由于伺服产品具有更好的发展空间，近几年本土厂商争相进入，仅 2009-2010两年间，中国伺服市场就出现了多家新的本土伺服厂商[5]，比如上海儒竞、深圳博美德、广东伊莱斯、深圳威科达、广州韦德、北京诺信泰、东菱电子、深圳东方、深圳英威腾等，这些厂商通常都是由变频器厂商及电机厂商衍生出来的，业务主要集中于低端伺服应用领域。通用运动控制器领域，本土厂商已占据绝对部分的市场份额，但在高端应用领域，仍以外资品牌为主。未来预计：随着国内制造业的升级，本土品牌的市场份额将继续稳步提高。由于技术差距依然较为明显，高端市场格局依然不会有较大变数。

1.2 本章小结
本章介绍了国内外的自动化行业市场的概况，让读者对整体市场概况有一个初步的认识。

第二章 国内外伺服电机概况 ..................9-12
    2.1 国外伺服电机发展情况.................. 9
    2.2 国内伺服电机的发展情况 ..................9-11
    2.3 发展趋势展望 ..................11
    2.4 本章小结 ..................11-12
第三章 包装行业发展状况 ..................12-15
    3.1 包装行业状况 ..................12-14
    3.2 本章小结 ..................14-15
第四章 热收缩膜边封包装机 ..................15-39
    4.1 设备介绍 ..................15-18
    4.2 电气配置方案 ..................18-24
    4.3 伺服运动模式介绍 ..................24-30
    4.4 伺服轴运动介绍 ..................30-38
    4.5 本章小结 ..................38-39
第五章 5 次方曲线的设计 ..................39-46
    5.1 5 次方曲线 ..................39-45
    5.2 本章小结 ..................45-46
第六章 SERCOS Ⅲ 运动控制总线介绍 ...................46-53
    6.1 SERCOS Ⅲ总线介绍 ..................46-48
    6.2 SERCOS Ⅲ协议介绍 ..................48-51
    6.3 SERCOS Ⅲ拓扑结构 ..................51-52
    6.4 本章小结 ..................52-53
第七章 飞剪运动.................. 53-61
    7.1 飞剪运动介绍 ..................53-54
    7.2 飞剪流程图解 ..................54-57
    7.3 飞剪曲线分析 ..................57-60
    7.4 本章小结 ..................60-61
第八章 智能自动理料功能 ..................61-67
    8.1 理料介绍 ..................61
    8.2 智能自动理料工艺介绍 ..................61-64
    8.3 移位寄存器的使用 ..................64-66
    8.4 本章小结.................. 66-67
第九章 控制环调整 ..................67-80
    9.1 控制环结构 ..................67-69
    9.2 控制环调整方法 ..................69-78
    9.3 本章小结 ..................78-80

结论

本文主要介绍了全伺服连续式热收缩膜包装机的结构，以及运行特点和工艺细节。国内现有的类似设备很多都停留在应用简单，整机运行速度慢，包装速度慢，精度差，灵活性低。国外一台标准的全伺服设备运行速度可以达到 120 包/分钟，而国内的设备只能做到 40—50 包/分钟。这是因为国外的设备都是连续式包装机，而国内的都是间歇式的，速度已经达到极限，无法在现有设备基础上提高速度。所以为了能够打破这一市场状况，提升国内设备工艺水平，联合国内设备制造商一起研究开发了该连续式热收缩膜包装机。在这台设备上运用了很多自动化控制技术，比如使用运动控制器带多轴伺服电机，同步和凸轮运动控制，5 次方凸轮曲线，SERCOS III 运动控制总线，同时运用这些控制技术，自主开发了一些特殊工艺，如飞剪功能，自动理料功能。这些功能的使用使原本必须有人操作并且是间歇运行的设备，转变为一台全自动化全伺服的设备，同时包装速度由原来的 50 包/分钟，达到了 120 包/分钟的伺服。
随着中国经济的不断发展，中国社会的人力成本也在逐渐的上升，对于工业生产和制造业这类劳动密集型的产业尤为明显。于是自动化的市场需求也开始逐步的被释放出来。这台设备的研发正是顺应了中国市场的发展需要，并同时提升了自身的自动化水平。可以预见在不远的将来，中国包装行业，甚至其他行业，自动化的需求会越来越强，市场对于自动化的渴望也会随着中国的发展逐渐提升。所以自动化的研究是顺应了时代的潮流，在最近的这些年肯定会越来越好。

参考文献

[1] 黄蕾. 伺服电机需求分析. 电气时代. 2005：36-37.
[2] 黄伟忠，宋春华. 伺服电机的发展及研究综述. 机械工程与自动化. 1999：41~45.
[3] 魏海波，孙清等. 基于 PLC 和交流伺服系统控制的自动生产线输送系统. 电气传动与自动化. 2011，33：37－40.
[4] 武新伟，孔庆忠. 交流伺服位置系统的数字 PID 控制. 机械工程与自动化. 2006：155－156.
[5] C. A. Desoer and S. M. Shahruz. Stability of  dithered nonlinear systems with backlash orhysteresis. Int. J. Contr., v 43, n 4, p 1045–1060, 1986.
[6] 刘远博，薛丽贤等. 可编程控制器 PLC 控制系统程序设计探讨. 机电与自动控制. 2011，4：103－104.
[7] 陈延奎. 浅谈 PLC 控制系统的设计方法. 中国科技信息. 2009(20) : 16－18.
[8] 丁庆广. 可编程序控制器原理及系统设. 北京: 清华大学出版社. 2004：142－145.
[9] 常晓玲. 电气控制系统与可编程控制. 北京: 机械工业出版社. 2004: 131－133.
[10] 马云峰，樊俊秀. PLC 系统设计分析. 自动化技术与应用. 2006(2) : 15－18.