一、概述

　　我国的瓦楞纸箱包装行业是一个“朝阳行业”，瓦楞纸板生产线作为生产纸板的流水线，其制造工艺及技术水平近年来得到较大的发展，尤其是生产线上的关键设备——电脑横切机控制系统更是得益于计算机技术及驱动技术的飞速发展，在技术水平上得到了较大的提高，其中交流伺服驱动技术的应用就是一个明显的例证。

　　北京华维宇科技有限公司本着高技术、高起点的设计理念，利用国外先进的包装机械自动化控制平台，率先采用进口德国交流全数字式伺服驱动技术，开发出AHCS(原LTHS一2000／2010型)系列瓦楞纸板横切机电脑控制系统；历经4年，该产品遍及全国各地，得到了广大用户的一致好评，比市场上同类产品具备更优秀的性能。

　　为了更清楚的阐述这一先进驱动技术在横切机上的应用，现将目前国内横切机驱动的现状做相关技术上的分类。

　　二、电脑横切机驱动的现状分类

　　1．横切机驱动系统的分类图

　　2．由上图可知根据控制方式的不同横切机驱动系统分为以下四类

　　直流调速：国内早期配套的驱动系统以直流调速为主，特点是价格较低，但缺点是其能提供的静扭矩(低速断纸需要较大的静扭矩)较小，配置的直流调速驱动电机需要具有较大直流调速功率。

　　直流伺服：特点是提供的扭矩大，但是和交流伺服比较其响应慢、性价比不好，目前直流伺服配套的不多。

　　交流变频调速：主要用于低端瓦楞纸板生产线的改造(变频器比伺服控制器价格低很多)，用变频器作为电脑横切机的主控制器只能实现一个“速度环”而不能实现“速度环”和“位置环”两环控制，所以采用交流变频调速控制的横切机的横切精度只能靠每次剪切的过程完全一致来保证(即生产过程中像纸板传送速度等参数不能有任何变化，否则剪切精度无法保证)。

　　交流伺服：根据使用的电机可分为同步式交流伺服和异步式交流伺服：

　　①同步式交流伺服：对电机要求高、对伺服单元要求低，特点是过载能力强但是电机的价格高且惯量越大要求电机的功率就越大；

　　②异步式交流伺服：对伺服单元要求高，当要求惯量越大的时候其性价比就越好。

　　目前由于交流伺服驱动技术的完全成熟，采用交流伺服系统作为横切机驱动已成为主导潮流，本文将从以下几个方面详细阐述交流伺服驱动究竟能给横切机带来哪些好处。

　　三、交流伺服驱动的优势

　　1．性能稳定，节能省电。价格适中

　　目前我国各大包装机械厂生产的电脑横切机的机械结构基本是上世纪70年代末引进定型的，机械设计受当时电气驱动技术和伺服控制技术不发达(尤其是能提供较大扭矩的大惯量伺服装置技术不成熟且价格昂贵)的制约，致使各大包装机械厂生产的电脑横切机采用直流调速驱动装置，直流调速驱动装置的特点是技术比较成熟、价格较低，但缺点是其能提供的静扭矩(低速断纸需要较大的静扭矩)较小，这就使得横切机需要配置具有较大直流调速功率的直流调速电机驱动(一个1．6m幅宽的横切机有用37kw直流调速电机驱动的情况)，以获取较大的机械惯量“断纸”，这样一来整套设备配置的电机功率明显偏大，从而造成能源极大浪费和增加生产使用成本。

　　此外早期的直流驱动装置一般为模拟式，集成度低，可靠性、稳定性均受到一定的影响，目前国外发达国家推出的已在国内其他行业普及的集成度高、全数字式直流调速装置还未见到在使用直流调速技术的横切机上使用。

　　针对以上状况，近年来发展迅猛的交流伺服驱动技术在横切机上的应用，成为这个领域的一大亮点：

　　交流伺服技术目前已十分成熟，优秀的控制器均从国外进口，基本为全数字式，集成度高，体积小，调试、控制全部参数化，性能稳定可靠。

　　交流伺服驱动器及电机，功率越大，功率／价格比越低。这一点在交流异步伺服控制上尤为明显(这种控制技术仅需三相异步电动机作为它的驱动电机，却能达到加工中心对驱动的要求)，给生产厂家及直接用户带来了较大的实惠。

　　交流伺服驱动具有强大的扭矩，在静扭矩或过载扭矩方面尤其强项，它不靠惯量断纸，而是靠扭矩断纸，通俗一点说，与同样功率的直流调速或交流变频调速装置相比，它的“劲”更大；所以面对同样惯量的横切机所需交流伺服驱动的功率也小得多。例如：一台用于中速线(150m／min以下)的2．Om幅宽的横切机，15kw的交流伺服电机就可胜任，与直流调速相比大大节约了装机容量和运行能耗，给直接用户带来了实实在在的实惠。

　　2．响应迅速。控制精确

　　从技术类型上说，电脑横切属于随动控制技术的应用，由于一般纸板的生产速度不受横切机电脑控制，所以要求横切机控制系统具有较高的响应灵敏度和跟随精度，而交流伺服系统在上述四种驱动类型中，响应速度最快，特别是将位置环控制技术引入切割控制后，其跟随精度得到了大幅度的提高。这主要因为，调速装置(不管是直流调速还是交流变频调速)在原理上属于单环控制，即只有一个速度环，切刀的位置控制依靠外部开关量信号或编码器的特征信号决定，见图2；而伺服系统一般为两环控制，即速度环和位置环；切刀的位置控制由位置环决定，它使切刀的速度和位置与纸板线测量的走纸速度和长度(依靠测纸轮上的编码器完成)更为紧密地联系在一起，从而实现了更精确的控制。图3是我公司交流伺服用于横切机控制的环路示意图；从图3可以看出，采用交流伺服作为驱动的控制系统，多了一个位置比较与控制环节，使切刀的控制与测纸反馈在位置环的层次上结合起来。

　　综上所述，一个控制系统控制性能的好坏，并不完全取决于驱动装置的性质，还跟设计者采用什么样的控制方案有关。例如，同样是伺服控制器，如果采用图2的控制方案只是；睁调速器换成了伺服单元，那么跟随灵敏度、控制精度也只能得到有限的改善，只有采用了图3的控制方案才可能使控制的品质得到较大幅度的提高。

　　3．减少维护,提高工效

　　北京华维宇科技有限公司为用户配套4年来的经验表明，所采用的高性能交流伺服单元，由于是全数字式的，所以工作状态非常稳定，不会因为环境温度、湿度的变化而发生性能的改变(或工作点漂移)。因而自安装调试完成起，基本不需要调整，“表现”始终如一。另外，交流伺服电机比起直流电机来，没有如碳刷等摩擦部件，不需要定期清理积碳，基本上是免维护的；这些优点带给直接用户的就是设备利用率的提高。

　　四、交流伺服驱动应用于横切控制的现存问题

　　上面阐述了交流伺服驱动技术应用于横切控制的优势，这些优势已经在这几年的实际应用中表现得淋漓尽致。但不能不遗憾得指出，在与先进的交流伺服驱动配合方面，我国目前大多数的横切机机械部分还相对落后，主要表现在其机械惯量太大，使交流伺服系统在功率选择方面，迁就机械现状，从而限制了技术优势的发挥。