浅析伺服系统及其在浮法线的应用

王刚

【摘 要】伺服系统以其高效稳定，并调速范围、转矩方面等的特性得到工业上的认可，并且使得伺服系统在工业生产领域得到广泛的应用，论文通过解析伺服系统的原理和结构来介绍其在浮法线中的应用。

【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.

【关键词】浮法线； 伺服系统； 应用

【Keywords】 float line； servo system； application

【中图分类号】TQ171.6 【文献标志码】A 【文章编号】1673-1069（2018）05-0122-02

1 玻璃浮法线

玻璃浮法线除原料配料系统以外，主要由熔窑、锡槽、退火窑、成品加工线四部分组成。

1.1 熔窑

原料配料系统将已配好的混合料通过皮带运输的方式投入到熔窑，经过天然气等燃料的燃烧，对混合料进行高温熔化形成玻璃液，玻璃液流至炉腰经搅拌器搅拌均匀后进入工作段，并调整玻璃液温度至其成型所需的温度范围。

1.2 锡槽

锡槽中充满熔化的锡液，玻璃液进入锡槽后浮在绝对水平的锡液面上，经冷却后，形成平整的玻璃带。为有效地控制玻璃的厚度，锡槽两侧设有调整厚度的拉边机以及检测玻璃厚度的设备和高温摄像头，内窥镜和外窥镜等。

1.3 退火窑

为消除玻璃带中的应力和提高玻璃的質量，玻璃板带需进入退火窑进行退火处理。

1.4 成品加工线

退火后的玻璃板带进入成品加工线，经缺陷检测仪、纵切桥、横切桥、掰断辊、清边机、按不同尺寸分片，然后由堆垛机或机器人自动取片。切下的玻璃边及不合格的玻璃经破碎通过皮带运输机送入碎玻璃回收系统。[1]

在成品加工线上，伺服系统应用十分广泛，接下来通过介绍伺服系统来进一步了解其在浮法线上的应用。

2 伺服系统

伺服系统又称随动系统，是一个跟踪-反馈-使能-再跟踪-再反馈反复控制的控制系统。伺服系统能够使物体的位置等反馈值能够跟随给定值变化而变化的自动控制系统。它的工作原理是按照来自系统发来的控制指令的要求，对功率等进行计算处理，使驱动设备（伺服电机）的输出力矩和速度控制得到有效的精确地控制。在大多情况中，伺服系统所采集的被控制量是机械位移、位移速度、加速度等，其作用效果是使驱动设备输出的机械位移值准确地跟踪有控制指令给定的位移值。伺服系统的结构组成与其他形式的反馈控制系统在原理上没有太大区别。伺服系统中控制伺服电机的位移、转速等主要靠脉冲，伺服系统给伺服电机发送脉冲信号，伺服电机接收脉冲信号，伺服电机每接收1个脉冲，就会旋转1个脉冲对应的角位移，从而实现精确的位移控制，同时，伺服电机本身也可以发出脉冲信号，伺服电机每旋转一个角度，都会由伺服电机的编码器发出对应数量的脉冲信号，这样，就能够和伺服电机接收到的脉冲信号形成了对应并通过比较，这样伺服系统就会检测发送了多少脉冲信号给伺服电机，同时又接收到由伺服电机发来的脉冲信号数量，所以伺服系统就能够很精确的控制伺服电机的运行，从而实现精确定位。 [2]

在成品生产线中，对玻璃的切割、掰断、清边、取片等动作都需要精准的计算，而这种计算是由伺服系统接收的控制指令触发，由伺服系统的控制部分计算，然后由驱动部分执行，以此来实现整个系统的自动控制。这些计算最终到执行部分的时候大多可以用一个词来概括——定位，玻璃的传输和切割刀下刀的位置，以及清边时间的判断等等都需要对玻璃进行定位计算。在设备良好的情况下，定位准确，玻璃的成品率高，反之，定位不准，则成品率低。

2.1 判定伺服系统的性能指标

衡量伺服系统性能的主要指标有伺服系统的精度及伺服系统的稳定性、伺服系统响应特性和工作频率四大方面，特别是伺服系统的精度方面尤为重要，直接关系到设备的运行状况是否正常。

频带宽度由伺服系统的频率响应特性来决定，用来反映伺服系统对执行机构的跟踪效果的快速性和及时作出相应响应的实效性。频带宽度越大，伺服系统的实效性越好。伺服系统的频带宽度会受到外界因素的影响，这样会造成伺服系统的响应特性降低，导致控制效果不好，频带宽度主要受控制对象和执行机构的惯性特性所限制。执行机构的惯性越大，频带宽度就会越窄，系统响应特性就会越低。一般的伺服系统的频带宽度小于15赫即可满足使用要求，大型设备的伺服系统的频带宽度要严格控制在1～2赫以下，以免在设备使用过程中造成不良影响。伺服系统的精度主要取决于所采用的检测元件的精度。检测元件精度越高，伺服系统的精度也会越高，反之亦然。因此，在伺服系统的应用中，必须采用具有高精度的检测元件。不然会造成设备功能的浪费。

在浮法线生产过程中，伺服系统性能的优良与否直接影响玻璃的定位功能的准确性，以及生产线的工作效率和生产出的成品的质量。

2.2 伺服系统的结构

伺服系统的结构从自动控制理论的角度来分析，伺服控制系统一般由控制器，执行环节，检测环节， 被控对象，比较环节五大部分组成。①控制器。控制器通常由计算机或PID控制电路构成的控制主板，其主要任务是将执行机构发送控制信号和采集执行机构反馈回来的信号进行比较，通过比较元件对这两种信号进行做差处理，并将得到的偏差信号进行变换和处理，来控制执行机构能够按照控制器发送的指令进行动作。②执行环节。执行环节的作用是接收控制器发来的控制信号并按控制信号的要求，将输入的能量（电能）转化成机械能，来实现传输机构或执行机构按照控制指令进行动作。③检测环节。检测环节的作用是输出的信号进行检测和测量以及接收反馈回来的信号，并将这两种信号处理并转换成比较环节所能识别的信号，一般包括传感器及其转换电路。④被控对象。被控对象参数一般都是位移，速度，加速度，力，力矩等可以查看或感受到的参数量。⑤比较环节。比较环节是将控制器发出的控制信号与检测环节检测到的反馈信号进行做差比较，以获得两种信号之间的偏差信号的环节，通常由专门的电路或控制器来完成。[3]

3 伺服系统在浮法线中的应用

3.1 切割系统

切割系统由纵切割桥、横切割桥、主掰断组成。切割桥的切割刀由伺服电机驱动，纵切刀的位置在玻璃换规格的时候才会改变，改变的距离由玻璃规格决定，玻璃的数据会通过网络传送给切割系统，然后由伺服系统来执行纵切割刀摆位；横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统执行，当切割刀行走到下刀的位置时进行下刀动作，到达抬刀的位置进行抬刀动作，这里的位置都是由伺服系统传送给切割系统，然后由切割系统决定动作执行，切割刀的行走速度由玻璃板带速度决定，而执行者仍是伺服系统。

3.2 清边系统

清边系统由清边机和纵顶机构组成。清边机的压轮负责按照玻璃带的边部刀印来敲掉玻璃边，纵顶机的顶轮构负责按照玻璃带中间的刀印顶开玻璃。刀印的位置通过生产网络由切割系统传递给清边系统，然后由清边系统控制压轮和顶轮的摆位，当然，摆位过程是由伺服系统执行的。

3.3 传输系统

从退火窑出来的玻璃带经过切割系统切割，主掰断之后，每片玻璃在辊道上的运输过程都是由伺服系统执行，玻璃在辊道上的加速、减速、定位等动作在时间和位置上，伺服系统都能很好地加以控制并且时时提交反馈，玻璃的位置将直接参与主掰断之后的所有动作，所以，伺服系统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，当玻璃定好位置时，取片机构才能很准确的吸起玻璃，然后整齐的摆放。取片机构目前大多采用堆垛机和机械手，堆垛机的机构庞大但是效率比机械手要低一些，通常做厚板或大板玻璃時，用到的多，机械手小巧灵活，速度快。

堆垛机的执行机构大多使用变频器控制，机械手仍是使用伺服系统控制。每取一片玻璃进行摆放时，已摆放好的玻璃的厚度就会增加一片玻璃的厚度，这就需要取片机构下次吸起玻璃进行摆放时要把上一次的玻璃的厚度计算进去，根据伺服系统的精确性能，可以尽可能地避免在摆放玻璃时对玻璃造成的擦伤。

【参考文献】

【1】刘志海，李超.浮法玻璃工艺手册[M].北京：化学工业出版社，2013.

【2】颜嘉男.伺服电机应用技术[M].北京：科学出版社，2017.

【3】钱平.伺服系统（第二版）[M].北京：机械工业出版社，2011.