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卷煙包裝機(jī)是德國(guó)公司20世紀(jì)9U年代早期推岀的產(chǎn)品，用于卷煙小盒軟盒包裝。該機(jī)最高生產(chǎn)速度達(dá) 10支/min,包裝質(zhì)量穩(wěn)定。但經(jīng)過(guò)十幾年的 運(yùn)行,其電控系統(tǒng)不同程度地出現(xiàn)元器件陳舊念 化，故障率逐年遞增的問(wèn)題。其中,控制系統(tǒng)采用 的工業(yè)計(jì)算機(jī)的各種板卡已經(jīng)海汰；交流伺服電 機(jī)及其驅(qū)動(dòng)器型號(hào)陳倡，其控制方式不夠清晰；程 序?qū)τ脩舨婚_放，維護(hù)困難等。為此對(duì)該控制系 統(tǒng)進(jìn)行了改造⑴。

1工作原理

主電機(jī)Ml 通過(guò)皮帶傳遞動(dòng)力給主傳動(dòng)系統(tǒng)，通過(guò)編碼器建立運(yùn)動(dòng)速度與角度的關(guān)系；喂料傳送帶由 喂料傳送帶電機(jī)M10驅(qū)動(dòng)，電機(jī)速度通過(guò)變頻器 A10控制，把上游機(jī)的煙支輸送到機(jī)的煙庫(kù) 中；煙庫(kù)擺動(dòng)電機(jī)Mil驅(qū)動(dòng)擺動(dòng)輻，使煙支能夠 連續(xù)地流動(dòng)到下煙道，電機(jī)速度通過(guò)變頻器All 控制，當(dāng)主機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)Mil便一直驅(qū)動(dòng)擺動(dòng)輾運(yùn) 動(dòng)，反之當(dāng)主機(jī)不運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，可以通過(guò)手動(dòng)按鈕S11 驅(qū)動(dòng)擺動(dòng)輾;下煙道包括左、右兩組，分別有8道， 毎道寬度比一支煙的直徑略大，煙庫(kù)擺動(dòng)輟傳煙 到下煙道后，由推桿將煙支按照7、6、7的排列推 入中間的兩個(gè)過(guò)渡模盒中；壓緊轉(zhuǎn)塔中的煙支檢 測(cè)器檢測(cè)到有缺支或空頭情況時(shí),通過(guò)電磁閥控 制剔除桿運(yùn)動(dòng)進(jìn)行剔除；左右鋁箔紙盤分別由伺 服電機(jī)M204（左）和M203（右）驅(qū)動(dòng)，其速度選擇 由編碼器B234（左）和B233（右）的角度決定，當(dāng) 機(jī)器運(yùn)行時(shí)帶動(dòng)鋁箔紙送往包裝轉(zhuǎn)塔，使擺桿運(yùn) 動(dòng)，引起編碼器角度變化，由PLC處理后決定伺 服電機(jī)的運(yùn)動(dòng)速度和正反轉(zhuǎn)；鋁箱紙喂料站的功 能是通過(guò)壓板的提升/下落決定由哪個(gè)鋁箝紙盤 送紙;商標(biāo)紙由商標(biāo)紙站輸送到包裝轉(zhuǎn)塔，封簽由 封簽站輸送到包裝轉(zhuǎn)塔，包裝轉(zhuǎn)塔將鋁箔紙、商標(biāo) 紙和封簽包裹在煙支外面;烘干轉(zhuǎn)塔用來(lái)加熱煙 包，使商標(biāo)紙和封簽上的膠水快速粘合；岀口傳送 帶把成形的煙包送往下游機(jī)器

2系統(tǒng)硬件的改進(jìn)

機(jī)原控制系統(tǒng)釆用了工業(yè)計(jì)算機(jī)+光導(dǎo) 總線（Lightbus）架構(gòu)，由一臺(tái)基于歐洲VME標(biāo)準(zhǔn)

的工業(yè)計(jì)算機(jī)作為主控制器，設(shè)備上所有的I/O 點(diǎn)僅通過(guò)1根光纖連接到控制柜中。

嵌入式控制系統(tǒng)是嵌入式計(jì)算機(jī)技術(shù)在工業(yè) 控制領(lǐng)域中的應(yīng)用，系統(tǒng)硬件由CPU和各種外設(shè) 接口電路高密度集成在一起，配以固化好的執(zhí)行 軟件，以完成各種復(fù)雜的實(shí)時(shí)控制任務(wù)。成品嵌 人式控制器一般都具有標(biāo)準(zhǔn)的擴(kuò)展總線接口和標(biāo) 準(zhǔn)的軟件運(yùn)行平臺(tái)，通常采用小型的實(shí)時(shí)操作系 統(tǒng)，使用固態(tài)存儲(chǔ)器保存執(zhí)行程序，外型小巧，堅(jiān) 固耐用，適合嚴(yán)酷的工業(yè)環(huán)境下使用⑴。改進(jìn)后 系統(tǒng)采用了倍福公司的嵌入式控制器 作為主控制器，用于完成包裝機(jī)的控制、管理和顯 示任務(wù)。嵌入式控制器的CPU釆用處理器，具備PC1O4標(biāo)準(zhǔn)總線接口，內(nèi)嵌 Microsoft Windows CE. NET 操作系統(tǒng)因此擴(kuò) 展能力、軟硬件升級(jí)能力強(qiáng)，具有良好的可維 護(hù)性。

由于原機(jī)的傳感器和執(zhí)行元件信號(hào)是通過(guò)公司的光導(dǎo)總線接入電氣柜中，大量 的I/O模塊均安裝在設(shè)備的機(jī)身上，如果在改造 中采用其他總線（如Pmfib姬）替代或直接將這些 信號(hào)改接到柜中，則模塊安裝和現(xiàn)場(chǎng)布線的工作 量很大，且機(jī)身上也沒(méi)有足夠的空間安裝布線。 同時(shí)，考慮到光導(dǎo)總線具有的速度快、抗干擾性好 等優(yōu)點(diǎn)⑴，因此最終保留了光導(dǎo)總線。

3控制程序的設(shè)計(jì)

機(jī)控制系統(tǒng)的組態(tài)和編程都通過(guò)Twin- CAT軟件進(jìn)行，與TwinCAT自動(dòng)化軟件結(jié)合使 CX1000工業(yè)PC成為一個(gè)擁有4個(gè)用戶任務(wù)的 強(qiáng)大的IEC6U31-3PLCis'<,系統(tǒng)通過(guò)便攜機(jī)或臺(tái) 式PC編程，并通過(guò)以太網(wǎng)與相連將程序 下載到機(jī)的控制程序編制采用模塊 化的編程方法，包括一個(gè)主程序和45個(gè)功能塊， 各功能塊分別實(shí)現(xiàn)機(jī)器的某一功能。程序同時(shí)還 要確?？刂七壿嬎惴ǖ膰?yán)密，安排好各種岀錯(cuò)情 況下的處理岀口，如重要數(shù)據(jù)的自動(dòng)備份與自動(dòng) 恢復(fù)，系統(tǒng)突然掉電的處理，關(guān)鍵程序的容錯(cuò)處 理,程序死鎖的回避等。

主機(jī)控制程序中，采用與包裝機(jī)實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn) 同歩的方式進(jìn)行移位處理。包裝機(jī)正常生產(chǎn)時(shí)，壓 緊轉(zhuǎn)塔、包裝塔、烘干塔3個(gè)旋轉(zhuǎn)塔的運(yùn)動(dòng)角度各 不相同，程序中3個(gè)轉(zhuǎn)塔分別在不同角度進(jìn)行移 位,移位寄存器各不相同，在相鄰的轉(zhuǎn)塔都靜止時(shí)， 把前一個(gè)輪的煙包信息傳遞給后一個(gè)輪，整個(gè)處理 步驟與機(jī)器實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)情況完全一致。程序中分別 使用了壓緊塔、包裝塔鋁箔紙、包裝塔商標(biāo)紙、包裝 塔更筷鋁箔紙接頭劉除、烘干塔5個(gè)移位寄存器"

相位控制問(wèn)題的解決采用了在主軸上安裝旋 轉(zhuǎn)編碼器配合CPU的高速計(jì)數(shù)模塊、中斷模塊等 構(gòu)成電氣凸輪的方法。采用ROD -409型絕對(duì)軸 編碼器作為角度傳感器，由于是格雷碼輸出，所以 在程序中要將它轉(zhuǎn)換為能反映當(dāng)前實(shí)際位置的二 進(jìn)制碼。軸編碼器由傳動(dòng)軸帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)，角度分辨 率1°,配合半圓盤信號(hào)可分辨0 ~720。的相位。

4伺服系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

原系統(tǒng)共有3套伺服系統(tǒng)，分別為左右鋁箔紙 盤伺服系統(tǒng)和出口傳送借伺服系統(tǒng)。改進(jìn)后的3套 伺服系統(tǒng)，選擇了倍福公司的永磁同步電機(jī) (AM257L)和伺服控制器(AX2010)。交流永磁同步 伺服系統(tǒng)由控制系統(tǒng)、變頻器和電機(jī)組成，能夠?qū)崿F(xiàn) 高速、高精度、高穩(wěn)定度、快速響應(yīng)、高效節(jié)能的運(yùn)動(dòng)

改進(jìn)后采用了 2套伺服控制系統(tǒng)分別控制左 右鋁箔紙盤電機(jī)，以保證其運(yùn)行穩(wěn)定。左右鋁箔 紙盤電機(jī)根據(jù)主機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度對(duì)輸送鋁箔紙的快 慢進(jìn)行調(diào)節(jié)。采用模擬量速度控制方式，電機(jī)的 轉(zhuǎn)速由兩個(gè)因素決定;①主機(jī)當(dāng)前的轉(zhuǎn)速，該變化 量由主電機(jī)中的增量編碼器反饒至伺服驅(qū)動(dòng)器; ②鋁箔紙盤擺錘位置，該位置反映了鋁精紙的張 緊程度。當(dāng)擺錘位置過(guò)低時(shí)，說(shuō)明鋁箔紙張得過(guò) 緊，電機(jī)的送紙速度需要畑快；當(dāng)擺錘位置過(guò)髙 時(shí),說(shuō)明鋁箔紙張得過(guò)松，電機(jī)的送紙速度需要降 低。該變化量由增量型旋轉(zhuǎn)編碼器通過(guò)I/。模塊 反鐲到CPU中。

由于出口傳送帶在機(jī)器正常工作時(shí)是間歌運(yùn) 動(dòng)，而且對(duì)每次運(yùn)行的距離要求很高，所以也釆用 伺服位置控制方式，而在手動(dòng)排空煙包時(shí)是連續(xù) 運(yùn)行。因此，出口傳送帶的工作方式有兩種：①正 常工作時(shí)采用步進(jìn)式電子齒輪工作方式，其動(dòng)作 與岀口煙包推桿的動(dòng)作同步，當(dāng)一包煙被推岀后, 傳送帶電機(jī)走一段距離后停下，等候下一包煙;② 手動(dòng)啟動(dòng)時(shí)采用模擬量速度控制方式。

5結(jié)論

改進(jìn)后的機(jī)控制系統(tǒng)功能完整，運(yùn)行穩(wěn) 定訶靠，有效提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性、軟件的可維護(hù) 性和機(jī)器的生產(chǎn)效率。同時(shí)也為其它卷煙包裝機(jī) 的改造提供了借簽。

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