0 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(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。

　　可編程計算機控制器PCC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(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[1] 。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[2]。
      
　　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(qū)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l 號、2 號分瓶伺服電機和主驅(qū)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(guān)鍵[3]。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(qū)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(gòu)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(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
      
　　根據(jù)紙箱包裝機的工藝要求，為了達到控制的準(zhǔn)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(zhì)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，并采用多電機拖動的同步技術(shù)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(yīng)等功能。在線檢測和監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用觸摸屏進行在線檢測、定點檢測和實時檢測。采用傳感器刊工況參數(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(yù)測和預(yù)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(shè)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(shè)定主驅(qū)動參數(shù)。控制系統(tǒng)的主要結(jié)構(gòu)如圖l 所示。

圖1 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

　　由于CAN 總線具有強有力的錯誤檢測能力及差分驅(qū)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(shè)計方面，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[4]。
     
　　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(guān)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(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實時地獲取這些信息，再實時計算出當(dāng)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(guān)系（profiler ）。ACOPOS 伺服電機可以一次設(shè)定11 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)系組中按照運動的需要方便地跳轉(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(guān)系按照一定的要求分解成幾個階段，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。引人虛軸使一個伺服電機能夠和自己的虛軸發(fā)生同步關(guān)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(guān)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(wù)。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(wù)，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(guān)聯(lián)的啟停動作，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(shè)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(zhuǎn)，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(wù)操作系統(tǒng)，可將控制要求分成多個任務(wù)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(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?qū)ο笮偷目刂品绞健＜埾浒b機的各個電機的單獨調(diào)試與尋參、主驅(qū)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。

　　Automatioll Studio 對所有自動化系統(tǒng)完成集成和配置任務(wù)，并且能準(zhǔn)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(wù)操作系統(tǒng)，可以設(shè)定程序循環(huán)周期，只需要通過調(diào)用相應(yīng)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來進行監(jiān)控。人機界面4PP420 集成了包裝過程中的邏輯控制功能，并帶有顯示功能。一方面可以通過參數(shù)的輸人給運動控制部分傳達命令以及運動特征參數(shù)，另一方面可以及時反饋當(dāng)前機器的運行狀況和報警狀態(tài)[5]。在4 PP420 監(jiān)控畫面中，可以實現(xiàn)自動控制調(diào)節(jié)中的手動/自動切換、給定值輸人、參數(shù)輸人等功能，便于操作人員的操作管理。同時，利用4PP420 可以完成監(jiān)視器顯示所需的現(xiàn)場設(shè)備監(jiān)控畫面，并可直觀、動態(tài)地顯示出現(xiàn)場各部位重要參數(shù)的變化。

4 結(jié)束語

　　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(jié)果表明，采用貝加萊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(biāo)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／而n 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[7]。這種紙箱包裝機不但具有較好的應(yīng)用前景，也具有顯著的經(jīng)濟效益和良好的社會效益。

　　貝加萊（B&R）工業(yè)自動化是一家全球性自動化領(lǐng)導(dǎo)廠商，專業(yè)致力于創(chuàng)新自動化前沿技術(shù)，總部位于奧地利，目前已在全球60個國家設(shè)立了分支機構(gòu)，擁有155個辦事處。“完美自動化”與“您的全球自動化合作伙伴”是貝加萊工業(yè)自動化的使命與追求。

　　1996年8月，貝加萊工業(yè)自動化（上海）有限公司正式落戶中國上海，本地化的銷售與精湛的技術(shù)隊伍為中國客戶帶來更迅捷的服務(wù)響應(yīng)。十幾年來，貝加萊（中國）一直專注于為國內(nèi)用戶提供高品質(zhì)的自動化全線產(chǎn)品和優(yōu)秀的技術(shù)解決方案。現(xiàn)在，貝加萊的產(chǎn)品和方案已廣泛應(yīng)用于機械自動化領(lǐng)域，如包裝、印刷、塑料、紡織、食品飲料、機床、半導(dǎo)體、制藥等行業(yè)；以及過程自動化領(lǐng)域，如電力、冶金、市政、交通、石油、化工和水泥等行業(yè)。目前，貝加萊產(chǎn)品已通過ISO 9001、UL、TÜV、GOST-R等國際認證，產(chǎn)品質(zhì)量、性能等受到了用戶的普遍贊譽，贏得了信譽。如今，貝加萊（中國）已成立了北京、廣州、濟南、西安、成都和沈陽辦事處，上海及各辦事處建立了完備的技術(shù)培訓(xùn)中心，以及分布在全國的大學(xué)聯(lián)合實驗室。