o引言

隨著包裝業的迅速發展和科學技術的提高，人們對包裝產品的品質和規模的要求也越來越高，使得包裝工業的設備日趨自動化。因此，擁有一套具有運動定位控製、自動過程控製、在線和離線的故障檢測以及靈活便利的網絡通信等功能的開放式控製係統的設備,無論對包裝企業或是設備供應商來說都是非常重要的。

可編程計算機控製器PCC( programmable computer controller)以其高可靠性、編程方便、耐惡劣環境、功能強大等特性，成為工業控製領域中增長速度較快的控製設備。它能很好地解決工業控製領域的可靠、安全、 靈活、方便等性能問題，而且貝加萊驅動係統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係統和伺服控製ACOPOS係統在紙箱包裝生產線上的應用,完全能夠滿足紙箱包裝機所有電機的運動控製和同步運動控製要求。

1紙箱包裝機的工藝流程

為了滿足現代化的生產需要，全自動化紙箱包裝機必須要具有運行速度快、可靠性高、控製精確、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由變頻調速控製電機運行速度,使包裝線上的瓶按照要求有規律地進行輸送,缺瓶檢測保證瓶的連續供給，並提供給包裝機。 ②由主驅動通過機械傳送，按照主機運行節奏進行輸瓶。分瓶控製由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幹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後的整理,通過推瓶杆進行推瓶,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，並根據紙箱的結構，確定噴膠的位置，適度調整封箱粘合，確保封箱的質量，從而完成啤酒、飲料的包裝。

2係統控製方案

2.1硬件設計

根據紙箱包裝機的工藝要求，為了達到控製的準確性和實時性，係統的主控製器主要包括模擬量控製、傳感器控製、定位控製、傳動控製、工藝過程、工藝參數、運行故障、安全防護、產品質量等控製。主傳動係統傳送包裝物品，供送係統傳送各種包裝輔助材料，並釆用多電機拖動的同步技術使相互的動作協調配合，並在控製方麵嚴格保持一致。利用ACOPOS伺服代替常規傳動部件，使包裝機具有執行、反饋、自適應等功能。在線檢測和監控係統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進行采集，並將測定值與規定的正常值進行比較,以判別機器狀態變化的趨勢規律,從而對機器的狀態作出預測和預報，實現生產過程的實時監控。包裝機械工作在自動、手動、調試等工作方式時，由於對設備運行速度有不同的要求,需要調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。

由於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境中仍運行良 好，因此，在傳媒傳輸和線路設計方麵,CAN總線可以很容易地應用於大多數場合。通過現場總線的連接, 使人機麵板和各個伺服控製器之間的通信變得十分可靠,尤其為伺服運動控製係統中同步特征參數的在線修改提供保證⑷。

使用ACOPOS伺服控製器,可以使參與同步的兩台伺服電機具有主從關係。紙箱包裝機的同步運動控製一般是指位置同步。在CAN總線上，主軸會在一定的微小時間間隔內把當前的位置信息傳送至CAN網絡上，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，並且運行其軌跡,從而得到從軸相對於主軸的輪廓關係（profiler） _o ACOPOS伺服電機可以一次設定H組輪廓關係，並使用事件的方式,使從軸可以在設定的輪廓關係組中按照運動的需要方便地跳轉。事件的觸發可以使用PP41向下發送四個信號信息和伺服控製器上的兩個觸發信息。因此,我們可以把主從的輪廓關係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生同步關係。例如在推瓶電機和主電機之間加一個主虛軸,那麽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係加在主虛軸上。推瓶電機可以與主虛軸同步，完成先慢後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;同時也便於一開始推瓶位置的前後調整。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，執行著相互關聯的啟停動作,共同完成分瓶任務。使用貝加萊的伺服控製係統,完全能夠滿足紙箱包裝機所有電機的基本運動控製和它們之間的同步運動控製。

2.2軟件設計

包裝機械在整個生命周期內必須保持高效持續地運轉，並盡可能將停機時間降為最低，而停機時間直接 取決於自動化控製係統。貝加萊的PCC控製器采用 分時多任務操作係統，可將控製要求分成多個任務並 且在一個掃描周期內同時執行。係統軟件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語言,具有強大的數 據運算和處理能力。同時，編程環境中包含豐富的函 數庫及功能塊，大大減輕了開發人員的工作量。貝加 萊的ACOPOS伺服運動控製係統采用了麵向對象型的 控製方式。紙箱包裝機的各個電機的單獨調試與尋 參、主驅動的啟停,以及分瓶電機的配合都會用到運動 控製。在Automation Studio中使用C語言，隻要針對 紙箱包裝機的一個伺服控製器創建一個運動對象，就 可以利用創建的指針完成對電機不同的運動控製。

Automation Studio對所有自動化係統完成集成和 配置任務，並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,可以根據控製需要組合成紙 箱包裝機的專用控製係統，並具有靈活自由的聯網和 擴展能力。所有的模塊（包括運動模塊、溫控模塊等 智能模塊）通過一個係統總線進行連接通信，中間沒 有接口;並且還具有分時多任務操作係統，可以設定程 序循環周期，隻需要通過調用相應的功能函數就可以 控製運動定位過程。Automation Studio是確保研發過 程透明性和機器高效運行的安全性保障。

3係統監控

本紙箱包裝係統使用Power Panel 400係列的4PP420處隻給出了展示台的控製流程，如圖3所示。

(停止)

圖3控製流程圖

Fig. 3 Control flowchart

圖3中:斷開前後方向、斷開左右方向、接通前後 方向、接通左右方向是整個PLC程序設計的關鍵，在 PLC編程時，通過內部SET(置位)和RET(複位)指令 實現這些動作。從流程圖中可以看出，隻要有一個方 向被選中，另一個方向的動作就被鎖死。隻有當係統 複位之後，才能進行下一次的模式選擇,這種嚴格的電 氣互鎖關係，可以避免誤操作發生的機械千涉，進而達 到機械保護的目的。

4結束語

四自由度景觀展示台的電控係統經過調試運行, 結果表明，展示台能夠完成預期規定的動作，係統實現 了點動控製要求;在左右方向和前後方向進行互鎖測 試時,展示台的機械部件未出現幹涉現象，說明PLC 的控製程序實現了良好的互鎖關係，達到了以電氣互 鎖實現機械保護的目的，降低了設計製造成本。