贝加莱 PCC 在纸箱包装机中的应用_可编程控制器_

贝加莱 PCC 在纸箱包装机中的应用

2011/6/27 14:22:00

0 引言

　　随着包装业的迅速发展和科学技术的提高，人们对包装产品的品质和规模的要求也越来越高，使得包装工业的设备日趋自动化。因此，拥有一套具有运动定位控制、自动过程控制、在线和离线的故障检测以及灵活便利的网络通信等功能的开放式控制系统的设备，无论对包装企业或是设备供应商来说都是非常重要的。

　　可编程计算机控制器PCC以其高可靠性、编程方便、耐恶劣环境、功能强大等特性，成为工业控制领域中增长速度较快的控制设备。它能很好地解决工业控制领域的可靠、安全、灵活、方便等性能问题，而且贝加莱驱动系统在与所选电机完美匹配的同时也能兼顾机械性能的要求[1] 。贝加莱PCC 系统和伺服控制ACOPOS 系统在纸箱包装生产线上的应用，完全能够满足纸箱包装机所有电机的运动控制和同步运动控制要求。

1 纸箱包装机的工艺流程

　　为了满足现代化的生产需要，全自动化纸箱包装机必须要具有运行速度快、可靠性高、控制精确、成品率高和自动化程度高等特点[2]。

　　瓶输送分为以下两部分：① 由变频调速控制电机运行速度，使包装线上的瓶按照要求有规律地进行输送，缺瓶检测保证瓶的连续供给，并提供给包装机。② 由主驱动通过机械传送，按照主机运行节奏进行输瓶。分瓶控制由l 号、2 号分瓶伺服电机和主驱动电机共同完成，将瓶子有规律地进行分组，这是完成包装的关键[3]。纸板传送是将取到的纸板通过若干个工位传送到上瓶处，动力由主驱动提供，缺纸板和双层纸板的检测保证纸板的正常供给。推瓶机构的作用是分瓶后的整理，通过推瓶杆进行推瓶，瓶通过无动力过度板时，将瓶排列紧密，提高包装质量。纸箱折叠成型，并根据纸箱的结构，确定喷胶的位置，适度调整封箱粘合，确保封箱的质量，从而完成啤酒、饮料的包装。

2 系统控制方案

2 . 1 硬件设计

　　根据纸箱包装机的工艺要求，为了达到控制的准确性和实时性，系统的主控制器主要包括模拟量控制、传感器控制、定位控制、传动控制、工艺过程、工艺参数、运行故障、安全防护、产品质量等控制。主传动系统传送包装物品，供送系统传送各种包装辅助材料，并采用多电机拖动的同步技术使相互的动作协调配合，并在控制方面严格保持一致。利用ACOPOS 伺服代替常规传动部件，使包装机具有执行、反馈、自适应等功能。在线检测和监控系统应用触摸屏进行在线检测、定点检测和实时检测。采用传感器刊工况参数进行采集，并将测定值与规定的正常值进行比较，以判别机器状态变化的趋势规律，从而对机器的状态作出预测和预报，实现生产过程的实时监控。包装机械工作在自动、手动、调试等工作方式时，由于对设备运行速度有不同的要求，需要调整伺服电机和变频器，可在操作站触摸屏上显示和设定主驱动参数。控制系统的主要结构如图l 所示。

图1 控制系统结构图

　　由于CAN 总线具有强有力的错误检测能力及差分驱动功能，它在强噪声十分苛刻的环境中仍运行良好，因此，在传媒传输和线路设计方面，CAN 总线可以很容易地应用于大多数场合。通过现场总线的连接，使人机面板和各个伺服控制器之间的通信变得十分可靠，尤其为伺服运动控制系统中同步特征参数的在线修改提供保证[4]。

　　使用ACOPOS 伺服控制器，可以使参与同步的两台伺服电机具有主从关系。纸箱包装机的同步运动控制一般是指位置同步。在CAN 总线上，主轴会在一定的微小时间间隔内把当前的位置信息传送至CAN 网络上，而参与同步的从轴也会实时地获取这些信息，再实时计算出当前从轴的位置，并且运行其轨迹，从而得到从轴相对于主轴的轮廓关系（profiler ）。ACOPOS 伺服电机可以一次设定11 组轮廓关系，并使用事件的方式，使从轴可以在设定的轮廓关系组中按照运动的需要方便地跳转。事件的触发可以使用PP41 向下发送四个信号信息和伺服控制器上的两个触发信息。因此，我们可以把主从的轮廓关系按照一定的要求分解成几个阶段，通过阶段之间的跳转，完成不同阶段的同步要求。

　　在ACOPOS 伺服电机中，针对每一个伺服电机而创建的运动对象都具有一个虚轴。虚轴和实轴一样能够作为从轴，跟着主轴完成同步轨迹；还能够作为主轴，让其他从轴参与同步。引人虚轴使一个伺服电机能够和自己的虚轴发生同步关系。例如在推瓶电机和主电机之间加一个主虚轴，那么可以把等待推瓶信号、等待主电机的起始相位、与主电机完成一个周期这三个阶段的轮廓关系加在主虚轴上。推瓶电机可以与主虚轴同步，完成先慢后快的几个阶段的同步任务。这样，可以在主电机不运动的情况下，让虚轴走一个周期，推瓶电机就能够完成一次推瓶任务，也就是手动推瓶一次；同时也便于一开始推瓶位置的前后调整。进瓶电机虽然没有参与同步，但是在分瓶过程中，它和压板、挡板都是以主电机的相位角度作为依据，执行着相互关联的启停动作，共同完成分瓶任务。使用贝加莱的伺服控制系统，完全能够满足纸箱包装机所有电机的基本运动控制和它们之间的同步运动控制。

2 . 2 软件设计

　　包装机械在整个生命周期内必须保持高效持续地运转，并尽可能将停机时间降为最低，而停机时间直接取决于自动化控制系统。贝加莱的PCC 控制器采用分时多任务操作系统，可将控制要求分成多个任务并且在一个扫描周期内同时执行。系统软件Automation Studio 支持标准的C 语言、Basic 语言、梯形图、指令表、顺序结构图等五种标准的开发语言，具有强大的数据运算和处理能力。同时，编程环境中包含丰富的函数库及功能块，大大减轻了开发人员的工作量。贝加莱的ACOPOS 伺服运动控制系统采用了面向对象型的控制方式。纸箱包装机的各个电机的单独调试与寻参、主驱动的启停，以及分瓶电机的配合都会用到运动控制。在Automation Studio 中使用C 语言，只要针对纸箱包装机的一个伺服控制器创建一个运动对象，就可以利用创建的指针完成对电机不同的运动控制。

　　Automatioll Studio 对所有自动化系统完成集成和配置任务，并且能准确地识别硬件组件，提供直观精确的诊断功能、远程诊断功能以及开放式接口。它的硬件和软件都是模块化的，可以根据控制需要组合成纸箱包装机的专用控制系统，并具有灵活自由的联网和扩展能力。所有的模块（包括运动模块、温控模块等智能模块）通过一个系统总线进行连接通信，中间没有接口；并且还具有分时多任务操作系统，可以设定程序循环周期，只需要通过调用相应的功能函数就可以控制运动定位过程。Automation Studio 是确保研发过程透明性和机器高效运行的安全性保障。

3 系统监控

　　本纸箱包装系统使用Power Panel 400系列的4PP420来进行监控。人机界面4PP420 集成了包装过程中的逻辑控制功能，并带有显示功能。一方面可以通过参数的输人给运动控制部分传达命令以及运动特征参数，另一方面可以及时反馈当前机器的运行状况和报警状态[5]。在4 PP420 监控画面中，可以实现自动控制调节中的手动/自动切换、给定值输人、参数输人等功能，便于操作人员的操作管理。同时，利用4PP420 可以完成监视器显示所需的现场设备监控画面，并可直观、动态地显示出现场各部位重要参数的变化。

4 结束语

　　该监控系统已于2009 年3 月在兰州某县投入运行，其运行结果表明，采用贝加莱PCC 控制的纸箱包装机，供送纸板、纸箱成型、装箱、封箱整型等指标均能满足厂方要求，能够可靠地实现自动化装箱包装过程，可以达到80 箱／而n 的装箱速度，明显提高了生产水平和经济效益；且通过改变分瓶器装置，调整喷胶、封箱位置和ACOPOS 伺服电机的参数，可以改变包装规格，满足市场变化需求[7]。这种纸箱包装机不但具有较好的应用前景，也具有显著的经济效益和良好的社会效益。

　　贝加莱（B&R）工业自动化是一家全球性自动化领导厂商，专业致力于创新自动化前沿技术，总部位于奥地利，目前已在全球60个国家设立了分支机构，拥有155个办事处。“完美自动化”与“您的全球自动化合作伙伴”是贝加莱工业自动化的使命与追求。

　　1996年8月，贝加莱工业自动化（上海）有限公司正式落户中国上海，本地化的销售与精湛的技术队伍为中国客户带来更迅捷的服务响应。十几年来，贝加莱（中国）一直专注于为国内用户提供高品质的自动化全线产品和优秀的技术解决方案。现在，贝加莱的产品和方案已广泛应用于机械自动化领域，如包装、印刷、塑料、纺织、食品饮料、机床、半导体、制药等行业；以及过程自动化领域，如电力、冶金、市政、交通、石油、化工和水泥等行业。目前，贝加莱产品已通过ISO 9001、UL、TÜV、GOST-R等国际认证，产品质量、性能等受到了用户的普遍赞誉，赢得了信誉。如今，贝加莱（中国）已成立了北京、广州、济南、西安、成都和沈阳办事处，上海及各办事处建立了完备的技术培训中心，以及分布在全国的大学联合实验室。