论文摘要：多轴伺服制瓶机控制系统，即全伺服制瓶机控制系统，是国内外行列式制瓶机控制领域的全新产品，是三金公司根据国内外玻璃瓶罐机械的发展趋势，以最佳性价比、最简单的结构、最方便的操作维护和可靠性为目标，用单片机、集成电路等元器件，从电路基础进行硬件设计和程序编制的百轴伺服控制系统。该系统的轴数、曲线、功能可选择和可灵活扩展，可以控制从单轴到140多个伺服轴机构的定时定位定曲线的协调同步运行。该系统控制的制瓶机，用伺服驱动机构取代高能耗的气动机械机构，用电子凸轮取代机械凸轮，用电子缓冲取代液压缓冲，达到全伺服制瓶机的低成本、低能耗、易操作、高性能、高效率，使制瓶机的供料、分料、接料、模子开关、扑气、吹气、翻瓶、取瓶、冷却、真空、拨瓶等整机数百个运动和动作全部自动化完成，实现低能耗环保的机器人制瓶。介绍三金公司研发的多轴伺服制瓶机控制系统的结构、功能、特性以及伺服控制在行列式制瓶机上应用所产生的效果。
　　论文关键词：全伺服制瓶机；制瓶机器人；环保节能
　　0前言
　　目前国内外玻璃瓶罐机械制造业生产的行列式制瓶机主要为气动和机械凸轮驱动的机器。制瓶过程是一系列的机构和阀门协调动作完成的，机器的动作主要是通过机械阀门或者电磁阀控制气路的通断，从而驱动机构和机械凸轮的运行，有些机构要使用液压缓冲才能稳定运行，有些机构的机械凸轮需要铰链油箱进行油浴。制瓶机上的能量转换首先是把电能经过空压机转换成压缩空气的压缩能，经过对压缩空气的净化处理，通过复杂的气管道输送到制瓶机上，再由气来驱动机构的动作。这种控制方式能源利用率太低，能耗高，噪音大，造成了严重的环境污染，动作稳定性差，结构复杂，运行机速低。开发节能型伺服机构制瓶机，是行业技术进步的需求，更是国家绿色环保和低碳经济的要求。
　　随着电子信息技术的飞速发展和伺服电机的普及应用，国内外的玻璃瓶罐机械行业相继研制出伺服钳瓶、伺服翻转等制瓶机上的部分伺服机构，取代了老式的气动机构和机械凸轮。这些伺服电动机构驱动的制瓶机具有运行稳定、能耗低、噪音小、污染小、机速高等优点，深受用户欢迎。
　　近几年来，三金公司研制了全伺服制瓶机控制系统，研制了基于该系统控制的单轴拨瓶器、单轴伺服分料器、双轴伺服供料机、双轴电子拨瓶器、伺服运动钳移器、伺服运动翻转器的行列式制瓶机，并大批量推向市场，创新研发了配置双轴伺服供料机、双轴电子拨瓶器、伺服运动钳移器、伺服运动翻转器、初型模及成型模伺服平行开关机构、伺服扑气、伺服正吹气等的全伺服制瓶机的一组样机。本文简介多轴伺服制瓶机控制系统的结构特点及其功能原理。
　　1技术要求
　　根据国内外玻璃瓶罐行业的现状，要使更多的伺服机构应用于行列式制瓶机，简单而可靠的多轴伺服控制是关键技术。综合分析瓶罐行业的工艺要求的特殊性和自动化行业多轴运动控制的现状，行列式制瓶机上的伺服控制系统要解决如下一系列问题。
　　1．1结构复杂问题
　　多轴运动控制最直接可选的方案是“PLC主模块”+“若干个运动控制模块”十“数块I／0模块”+“通讯模块”+“上位工控机”。12组行列式制瓶机的全伺服控制最少需要135个轴，这就需要庞大的控制结构，需要12～20个控制柜才能完成。所以设计制瓶机的伺服控制系统，首先是要解决结构复杂的问题。
　　1．2性价比问题
　　伺服系统的价格主要决定于伺服控制和伺服电机驱动器，要选用“PLC主模块”+“若干个运动控制模块”+“数块I／O模块”+“通讯模块”+“上位工控机”的结构，制瓶机每个伺服轴的控制和伺服电机驱动器要5～10万元，每台8组带伺服翻转和伺服钳瓶的2轴伺服制瓶机，单是伺服控制就要增加80～160万元的成本，用户很难接受，并且结构复杂，维护困难。所以制瓶机伺服控制系统要在中国普及应用，必须解决性价比问题。
　　1．3维护操作方便性问题
　　伺服制瓶机控制系统，从每组单轴到每组十几个伺服轴的控制，整机100～140轴，每个轴要调整初始位置、行程、运行曲线，每个轴要在各种状态下安全顺利自动定位启动，这也是应该重点考虑的问题。当前国内外的伺服钳瓶和伺服翻转控制系统，普遍存在操作复杂的问题。有的系统启动不能自动定位，要用手动辅助找位；有的系统停电后再启动，需要用便携终端重新调整定位；调整定位值需要到控制室中进行，给用户带来了诸多不便，这都是需要解决的问题。
　　1.4伺服轴数和功能可扩展性问题
　　伺服控制系统的设计要有可扩展性，可以配置到不同轴数的各式制瓶机上，而不是一种配置用一种系统。能控制每组制瓶机1个伺服轴，也能控制每组制瓶机十几个伺服轴，实现从单轴到全伺服制瓶机的控制。
　　1.5启动/停机方便迅速
　　伺服轴的启动与生产线总启动信号同步从安全位置自动启动，停机时跟随生产线同步停机，停在设定位置，紧急停机停在安全位置，单轴人为停机停在需要位置。
　　2解决方案
　　为解决上述问题，三金公司研制了“行列式制瓶机多轴伺服控制系统”的解决方案。
　　2．1系统的结构
　　紧密结合制瓶机特殊工艺要求研发的单板4轴伺服运动控制、特殊曲线生成及功能控制于一板(尺寸为150III1TI×200mm)的MCU运动控制器，一块小板可以实现4个轴的可灵活编程定时定位定曲线的运动控制、4个轴的I／0工艺功能控制、通讯和数据处理功能，实现在机器旁边用2个按钮可以调整每个伺服轴的初位和末位的位置、确定行程、运行中调整行程以及启动一键定位等国内外相近产品所没有的独特功能。
　　多块MCU运动控制器固定到同一块底板上，通过底板连接驱动器、系统同步信号、现场I／0信号及上位机的通讯线，就形成了几十轴的伺服运动控制和凸轮曲线生成器单元，一个2000mmx750mE×750mlll的控制柜可以安装32～40个伺服轴控制的伺服电机驱动器和相应的MCU伺服控制单元，同样的用3～4个控制柜可以扩展成140多个伺服轴的控制器，实现12组大型制瓶机的全伺服驱动和全自动控制(取代国外相近产品的12～20个控制柜)，制瓶机的工作参数在上位机用户界面上修改，上位机友好的用户界面与生产线上的其它系统公用，修改的数据按照地址和数据分类发送到相应的M．CU运动控制器板。
　　此外，本系统按结构简单、操作直观、易懂的设计理念，把机器上每个伺服轴的2个按钮1个开关定义了复用功能，可以用按钮一键定位、按钮调整初始位、按钮调整行程(并且区分粗调、细调、到位缓冲调整)、运行中微调行程、按钮清报警等便于现场操作的先进功能。无论是停电后还是停机后，位置自动记忆，开关一键定位，或者随生产线系统启动而自动定位启动进入同步运行。所驱动的所有伺服机构采用普通伺服电机和驱动器，实现最佳性价比。程序设计实现伺服机构的运行时间随生产线的速度变化而自动变化。全方位达到结构更简单，性价比更优，操作更方便。

　　图1是多轴伺服制瓶机控制系统结构示意图。图中Pc是上位计算机，PN是控制柜，KC是初型侧控制盘，LCPN是成型侧控制盘，TKM1～TKM12是1～12组伺服钳移器电机，IVM1～IVM12是1～l2组伺服翻转器电机，OPBM1～OPBMI2是1～12组伺服初型模平行开关电机，0PPM1～0PPM12是1～12组伺服成型模平行开关电机，PM1～PMI2和RM1～RM12是双轴伺服拨瓶器电机。其它伺服机构的控制结构与此同，由另外一个控制柜实现，公用上位计算机。
　　2．2系统的控制原理

图2是多轴伺服制瓶机控制系统的控制原理示意图。图中以其中的一块运动控制器板为例，描述了伺服运动钳移