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o引言

隨著包裝業(yè)的迅速發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的提高，人們對包裝產(chǎn)品的品質(zhì)和規(guī)模的要求也越來越高，使得包裝工業(yè)的設(shè)備日趨自動(dòng)化。因此，擁有一套具有運(yùn)動(dòng)定位控制、自動(dòng)過程控制、在線和離線的故障檢測以及靈活便利的網(wǎng)絡(luò)通信等功能的開放式控制系統(tǒng)的設(shè)備,無論對包裝企業(yè)或是設(shè)備供應(yīng)商來說都是非常重要的。

可編程計(jì)算機(jī)控制器PCC( programmable computer controller)以其高可靠性、編程方便、耐惡劣環(huán)境、功能強(qiáng)大等特性，成為工業(yè)控制領(lǐng)域中增長速度較快的控制設(shè)備。它能很好地解決工業(yè)控制領(lǐng)域的可靠、安全、 靈活、方便等性能問題，而且貝加萊驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在與所選電機(jī)完美匹配的同時(shí)也能兼顧機(jī)械性能的要求⑴。貝加萊PCC系統(tǒng)和伺服控制ACOPOS系統(tǒng)在紙箱包裝生產(chǎn)線上的應(yīng)用,完全能夠滿足紙箱包裝機(jī)所有電機(jī)的運(yùn)動(dòng)控制和同步運(yùn)動(dòng)控制要求。

1紙箱包裝機(jī)的工藝流程

為了滿足現(xiàn)代化的生產(chǎn)需要，全自動(dòng)化紙箱包裝機(jī)必須要具有運(yùn)行速度快、可靠性高、控制精確、成品率高和自動(dòng)化程度高等特點(diǎn)。

瓶輸送分為以下兩部分:①由變頻調(diào)速控制電機(jī)運(yùn)行速度,使包裝線上的瓶按照要求有規(guī)律地進(jìn)行輸送,缺瓶檢測保證瓶的連續(xù)供給，并提供給包裝機(jī)。 ②由主驅(qū)動(dòng)通過機(jī)械傳送，按照主機(jī)運(yùn)行節(jié)奏進(jìn)行輸瓶。分瓶控制由1號(hào)、2號(hào)分瓶伺服電機(jī)和主驅(qū)動(dòng)電機(jī)共同完成，將瓶子有規(guī)律地進(jìn)行分組，這是完成包裝的關(guān)鍵⑶。紙板傳送是將取到的紙板通過若干個(gè)工位傳送到上瓶處，動(dòng)力由主驅(qū)動(dòng)提供，缺紙板和雙層紙板的檢測保證紙板的正常供給。推瓶機(jī)構(gòu)的作用是分瓶后的整理,通過推瓶桿進(jìn)行推瓶,瓶通過無動(dòng)力過度板 時(shí)，將瓶排列緊密，提高包裝質(zhì)量。紙箱折疊成型，并根據(jù)紙箱的結(jié)構(gòu)，確定噴膠的位置，適度調(diào)整封箱粘合，確保封箱的質(zhì)量，從而完成啤酒、飲料的包裝。

2系統(tǒng)控制方案

2.1硬件設(shè)計(jì)

根據(jù)紙箱包裝機(jī)的工藝要求，為了達(dá)到控制的準(zhǔn)確性和實(shí)時(shí)性，系統(tǒng)的主控制器主要包括模擬量控制、傳感器控制、定位控制、傳動(dòng)控制、工藝過程、工藝參數(shù)、運(yùn)行故障、安全防護(hù)、產(chǎn)品質(zhì)量等控制。主傳動(dòng)系統(tǒng)傳送包裝物品，供送系統(tǒng)傳送各種包裝輔助材料，并釆用多電機(jī)拖動(dòng)的同步技術(shù)使相互的動(dòng)作協(xié)調(diào)配合，并在控制方面嚴(yán)格保持一致。利用ACOPOS伺服代替常規(guī)傳動(dòng)部件，使包裝機(jī)具有執(zhí)行、反饋、自適應(yīng)等功能。在線檢測和監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用觸摸屏進(jìn)行在線檢測、定點(diǎn)檢測和實(shí)時(shí)檢測。釆用傳感器對工況參數(shù)進(jìn)行采集，并將測定值與規(guī)定的正常值進(jìn)行比較,以判別機(jī)器狀態(tài)變化的趨勢規(guī)律,從而對機(jī)器的狀態(tài)作出預(yù)測和預(yù)報(bào)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的實(shí)時(shí)監(jiān)控。包裝機(jī)械工作在自動(dòng)、手動(dòng)、調(diào)試等工作方式時(shí)，由于對設(shè)備運(yùn)行速度有不同的要求,需要調(diào)整伺服電機(jī)和變頻器，可在操作站觸摸屏上顯示和設(shè)定主驅(qū)動(dòng)參數(shù)。

由于CAN總線具有強(qiáng)有力的錯(cuò)誤檢測能力及差分驅(qū)動(dòng)功能，它在強(qiáng)噪聲十分苛刻的環(huán)境中仍運(yùn)行良 好，因此，在傳媒傳輸和線路設(shè)計(jì)方面,CAN總線可以很容易地應(yīng)用于大多數(shù)場合。通過現(xiàn)場總線的連接, 使人機(jī)面板和各個(gè)伺服控制器之間的通信變得十分可靠,尤其為伺服運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中同步特征參數(shù)的在線修改提供保證⑷。

使用ACOPOS伺服控制器,可以使參與同步的兩臺(tái)伺服電機(jī)具有主從關(guān)系。紙箱包裝機(jī)的同步運(yùn)動(dòng)控制一般是指位置同步。在CAN總線上，主軸會(huì)在一定的微小時(shí)間間隔內(nèi)把當(dāng)前的位置信息傳送至CAN網(wǎng)絡(luò)上，而參與同步的從軸也會(huì)實(shí)時(shí)地獲取這些信息，再實(shí)時(shí)計(jì)算出當(dāng)前從軸的位置，并且運(yùn)行其軌跡,從而得到從軸相對于主軸的輪廓關(guān)系（profiler） _o ACOPOS伺服電機(jī)可以一次設(shè)定H組輪廓關(guān)系，并使用事件的方式,使從軸可以在設(shè)定的輪廓關(guān)系組中按照運(yùn)動(dòng)的需要方便地跳轉(zhuǎn)。事件的觸發(fā)可以使用PP41向下發(fā)送四個(gè)信號(hào)信息和伺服控制器上的兩個(gè)觸發(fā)信息。因此,我們可以把主從的輪廓關(guān)系按照一定的要求分解成幾個(gè)階段,通過階段之間的跳轉(zhuǎn)，完成不同階段的同步要求。

在ACOPOS伺服電機(jī)中，針對每一個(gè)伺服電機(jī)而創(chuàng)建的運(yùn)動(dòng)對象都具有一個(gè)虛軸。虛軸和實(shí)軸一樣能夠作為從軸，跟著主軸完成同步軌跡;還能夠作為主軸，讓其他從軸參與同步。引入虛軸使一個(gè)伺服電機(jī) 《自動(dòng)化儀表》第31卷第1期2010年1月能夠和自己的虛軸發(fā)生同步關(guān)系。例如在推瓶電機(jī)和主電機(jī)之間加一個(gè)主虛軸,那么可以把等待推瓶信號(hào)、 等待主電機(jī)的起始相位、與主電機(jī)完成一個(gè)周期這三個(gè)階段的輪廓關(guān)系加在主虛軸上。推瓶電機(jī)可以與主虛軸同步，完成先慢后快的幾個(gè)階段的同步任務(wù)。這樣，可以在主電機(jī)不運(yùn)動(dòng)的情況下，讓虛軸走一個(gè)周期，推瓶電機(jī)就能夠完成一次推瓶任務(wù),也就是手動(dòng)推瓶一次;同時(shí)也便于一開始推瓶位置的前后調(diào)整。進(jìn)瓶電機(jī)雖然沒有參與同步，但是在分瓶過程中，它和壓板、擋板都是以主電機(jī)的相位角度作為依據(jù)，執(zhí)行著相互關(guān)聯(lián)的啟停動(dòng)作,共同完成分瓶任務(wù)。使用貝加萊的伺服控制系統(tǒng),完全能夠滿足紙箱包裝機(jī)所有電機(jī)的基本運(yùn)動(dòng)控制和它們之間的同步運(yùn)動(dòng)控制。

2.2軟件設(shè)計(jì)

包裝機(jī)械在整個(gè)生命周期內(nèi)必須保持高效持續(xù)地運(yùn)轉(zhuǎn)，并盡可能將停機(jī)時(shí)間降為最低，而停機(jī)時(shí)間直接 取決于自動(dòng)化控制系統(tǒng)。貝加萊的PCC控制器采用 分時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)，可將控制要求分成多個(gè)任務(wù)并 且在一個(gè)掃描周期內(nèi)同時(shí)執(zhí)行。系統(tǒng)軟件Automation Studio支持標(biāo)準(zhǔn)的C語言、Basic語言、梯形圖、指令 表、順序結(jié)構(gòu)圖等五種標(biāo)準(zhǔn)的開發(fā)語言,具有強(qiáng)大的數(shù) 據(jù)運(yùn)算和處理能力。同時(shí)，編程環(huán)境中包含豐富的函 數(shù)庫及功能塊，大大減輕了開發(fā)人員的工作量。貝加 萊的ACOPOS伺服運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)采用了面向?qū)ο笮偷?/font> 控制方式。紙箱包裝機(jī)的各個(gè)電機(jī)的單獨(dú)調(diào)試與尋 參、主驅(qū)動(dòng)的啟停,以及分瓶電機(jī)的配合都會(huì)用到運(yùn)動(dòng) 控制。在Automation Studio中使用C語言，只要針對 紙箱包裝機(jī)的一個(gè)伺服控制器創(chuàng)建一個(gè)運(yùn)動(dòng)對象，就 可以利用創(chuàng)建的指針完成對電機(jī)不同的運(yùn)動(dòng)控制。