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ENGLISH0755-88840386發(fā)布時間:2020-06-19 14:43:18 |來源:網(wǎng)絡轉載
o引言
隨著包裝業(yè)的迅速發(fā)展和科學技術的提高,人們對包裝產(chǎn)品的品質和規(guī)模的要求也越來越高,使得包裝工業(yè)的設備日趨自動化。因此,擁有一套具有運動定位控制、自動過程控制、在線和離線的故障檢測以及靈活便利的網(wǎng)絡通信等功能的開放式控制系統(tǒng)的設備,無論對包裝企業(yè)或是設備供應商來說都是非常重要的。
可編程計算機控制器PCC( programmable computer controller)以其高可靠性、編程方便、耐惡劣環(huán)境、功能強大等特性,成為工業(yè)控制領域中增長速度較快的控制設備。它能很好地解決工業(yè)控制領域的可靠、安全、 靈活、方便等性能問題,而且貝加萊驅動系統(tǒng)在與所選電機完美匹配的同時也能兼顧機械性能的要求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)線上的應用,完全能夠滿足紙箱包裝機所有電機的運動控制和同步運動控制要求。
1紙箱包裝機的工藝流程
為了滿足現(xiàn)代化的生產(chǎn)需要,全自動化紙箱包裝機必須要具有運行速度快、可靠性高、控制精確、成品率高和自動化程度高等特點。
瓶輸送分為以下兩部分:①由變頻調(diào)速控制電機運行速度,使包裝線上的瓶按照要求有規(guī)律地進行輸送,缺瓶檢測保證瓶的連續(xù)供給,并提供給包裝機。 ②由主驅動通過機械傳送,按照主機運行節(jié)奏進行輸瓶。分瓶控制由1號、2號分瓶伺服電機和主驅動電機共同完成,將瓶子有規(guī)律地進行分組,這是完成包裝的關鍵⑶。紙板傳送是將取到的紙板通過若干個工位傳送到上瓶處,動力由主驅動提供,缺紙板和雙層紙板的檢測保證紙板的正常供給。推瓶機構的作用是分瓶后的整理,通過推瓶桿進行推瓶,瓶通過無動力過度板 時,將瓶排列緊密,提高包裝質量。紙箱折疊成型,并根據(jù)紙箱的結構,確定噴膠的位置,適度調(diào)整封箱粘合,確保封箱的質量,從而完成啤酒、飲料的包裝。
2系統(tǒng)控制方案
2.1硬件設計
根據(jù)紙箱包裝機的工藝要求,為了達到控制的準確性和實時性,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、傳動控制、工藝過程、工藝參數(shù)、運行故障、安全防護、產(chǎn)品質量等控制。主傳動系統(tǒng)傳送包裝物品,供送系統(tǒng)傳送各種包裝輔助材料,并釆用多電機拖動的同步技術使相互的動作協(xié)調(diào)配合,并在控制方面嚴格保持一致。利用ACOPOS伺服代替常規(guī)傳動部件,使包裝機具有執(zhí)行、反饋、自適應等功能。在線檢測和監(jiān)控系統(tǒng)應用觸摸屏進行在線檢測、定點檢測和實時檢測。釆用傳感器對工況參數(shù)進行采集,并將測定值與規(guī)定的正常值進行比較,以判別機器狀態(tài)變化的趨勢規(guī)律,從而對機器的狀態(tài)作出預測和預報,實現(xiàn)生產(chǎn)過程的實時監(jiān)控。包裝機械工作在自動、手動、調(diào)試等工作方式時,由于對設備運行速度有不同的要求,需要調(diào)整伺服電機和變頻器,可在操作站觸摸屏上顯示和設定主驅動參數(shù)。
由于CAN總線具有強有力的錯誤檢測能力及差分驅動功能,它在強噪聲十分苛刻的環(huán)境中仍運行良 好,因此,在傳媒傳輸和線路設計方面,CAN總線可以很容易地應用于大多數(shù)場合。通過現(xiàn)場總線的連接, 使人機面板和各個伺服控制器之間的通信變得十分可靠,尤其為伺服運動控制系統(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伺服電機具有主從關系。紙箱包裝機的同步運動控制一般是指位置同步。在CAN總線上,主軸會在一定的微小時間間隔內(nèi)把當前的位置信息傳送至CAN網(wǎng)絡上,而參與同步的從軸也會實時地獲取這些信息,再實時計算出當前從軸的位置,并且運行其軌跡,從而得到從軸相對于主軸的輪廓關系(profiler) o ACOPOS伺服電機可以一次設定H組輪廓關系,并使用事件的方式,使從軸可以在設定的輪廓關系組中按照運動的需要方便地跳轉。事件的觸發(fā)可以使用PP41向下發(fā)送四個信號信息和伺服控制器上的兩個觸發(fā)信息。因此,我們可以把主從的輪廓關系按照一定的要求分解成幾個階段,通過階段之間的跳轉,完成不同階段的同步要求。
在ACOPOS伺服電機中,針對每一個伺服電機而創(chuàng)建的運動對象都具有一個虛軸。虛軸和實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。引入虛軸使一個伺服電機 《自動化儀表》第31卷第1期2010年1月能夠和自己的虛軸發(fā)生同步關系。例如在推瓶電機和主電機之間加一個主虛軸,那么可以把等待推瓶信號、 等待主電機的起始相位、與主電機完成一個周期這三個階段的輪廓關系加在主虛軸上。推瓶電機可以與主虛軸同步,完成先慢后快的幾個階段的同步任務。這樣,可以在主電機不運動的情況下,讓虛軸走一個周期,推瓶電機就能夠完成一次推瓶任務,也就是手動推瓶一次;同時也便于一開始推瓶位置的前后調(diào)整。進瓶電機雖然沒有參與同步,但是在分瓶過程中,它和壓板、擋板都是以主電機的相位角度作為依據(jù),執(zhí)行著相互關聯(lián)的啟停動作,共同完成分瓶任務。使用貝加萊的伺服控制系統(tǒng),完全能夠滿足紙箱包裝機所有電機的基本運動控制和它們之間的同步運動控制。
2.2軟件設計
包裝機械在整個生命周期內(nèi)必須保持高效持續(xù)地運轉,并盡可能將停機時間降為最低,而停機時間直接 取決于自動化控制系統(tǒng)。貝加萊的PCC控制器采用 分時多任務操作系統(tǒng),可將控制要求分成多個任務并 且在一個掃描周期內(nèi)同時執(zhí)行。系統(tǒng)軟件Automation Studio支持標準的C語言、Basic語言、梯形圖、指令 表、順序結構圖等五種標準的開發(fā)語言,具有強大的數(shù) 據(jù)運算和處理能力。同時,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伺服運動控制系統(tǒng)采用了面向對象型的 控制方式。紙箱包裝機的各個電機的單獨調(diào)試與尋 參、主驅動的啟停,以及分瓶電機的配合都會用到運動 控制。在Automation Studio中使用C語言,只要針對 紙箱包裝機的一個伺服控制器創(chuàng)建一個運動對象,就 可以利用創(chuàng)建的指針完成對電機不同的運動控制。
Automation Studio對所有自動化系統(tǒng)完成集成和 配置任務,并且能準確地識別硬件組件,提供直觀精確 的診斷功能、遠程診斷功能以及開放式接口。它的硬 件和軟件都是模塊化的,可以根據(jù)控制需要組合成紙 箱包裝機的專用控制系統(tǒng),并具有靈活自由的聯(lián)網(wǎng)和 擴展能力。所有的模塊(包括運動模塊、溫控模塊等 智能模塊)通過一個系統(tǒng)總線進行連接通信,中間沒 有接口;并且還具有分時多任務操作系統(tǒng),可以設定程 序循環(huán)周期,只需要通過調(diào)用相應的功能函數(shù)就可以 控制運動定位過程。Automation Studio是確保研發(fā)過 程透明性和機器高效運行的安全性保障。
3系統(tǒng)監(jiān)控
本紙箱包裝系統(tǒng)使用Power Panel 400系列的4PP420處只給出了展示臺的控制流程,如圖3所示。
■—一’ 7 |
|||
1 運行模.式識別 |
J 一否 |
|
|
|
— |
1 |
|
1 前后工作模式 |
1 1 |
左右工作模式 |
1 |
* |
|
|
|
1 斷開左右方向 |
1 1 |
斷開前后方向 |
1 |
|
|
|
|
| 前后傾斜動作 |
J L |
左右傾斜動作 |
J |
j t |
|||
|
A V |
|
2 |
| 接通左右方向 |
J L |
接通前后方向 |
|
(停止)
圖3控制流程圖
Fig. 3 Control flowchart
圖3中:斷開前后方向、斷開左右方向、接通前后 方向、接通左右方向是整個PLC程序設計的關鍵,在 PLC編程時,通過內(nèi)部SET(置位)和RET(復位)指令 實現(xiàn)這些動作。從流程圖中可以看出,只要有一個方 向被選中,另一個方向的動作就被鎖死。只有當系統(tǒng) 復位之后,才能進行下一次的模式選擇,這種嚴格的電 氣互鎖關系,可以避免誤操作發(fā)生的機械千涉,進而達 到機械保護的目的。
4結束語
四自由度景觀展示臺的電控系統(tǒng)經(jīng)過調(diào)試運行, 結果表明,展示臺能夠完成預期規(guī)定的動作,系統(tǒng)實現(xiàn) 了點動控制要求;在左右方向和前后方向進行互鎖測 試時,展示臺的機械部件未出現(xiàn)干涉現(xiàn)象,說明PLC 的控制程序實現(xiàn)了良好的互鎖關系,達到了以電氣互 鎖實現(xiàn)機械保護的目的,降低了設計制造成本。
該監(jiān)控系統(tǒng)已于2009年3月在蘭州某縣投入運 行,其運行結果表明,釆用貝加萊PCC控制的紙箱包 裝機,供送紙板、紙箱成型、裝箱、封箱整型等指標均能 滿足廠方要求,能夠可靠地實現(xiàn)自動化裝箱包裝過程, 可以達到80箱/min的裝箱速度,明顯提高了生產(chǎn)水 平和經(jīng)濟效益;且通過改變分瓶器裝置,調(diào)整噴膠、封 箱位置和ACOPOS伺服電機的參數(shù),可以改變包裝規(guī) 格,滿足市場變化需求⑺。這種紙箱包裝機不但具有 較好的應用前景,也具有顯著的經(jīng)濟效益和良好的社 會效益。
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