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貝加萊 PCC 在紙箱包裝機(jī)中的應(yīng)用———貝加萊 PCC 在紙箱包裝機(jī)中的應(yīng)用
貝加萊工業(yè)自動(dòng)化(上海)有限公司

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(duì)包裝產(chǎn)品的品質(zhì)和規(guī)模的要求也越來(lái)越高,使得包裝工業(yè)的設(shè)備日趨自動(dòng)化。因此,擁有一套具有運(yùn)動(dòng)定位控制、自動(dòng)過(guò)程控制、在線和離線的故障檢測(cè)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(wú)論對(duì)包裝企業(yè)或是設(shè)備供應(yīng)商來(lái)說(shuō)都是非常重要的。

  可編程計(jì)算機(jī)控制器PCC以其高可靠性、編程方便、耐惡劣環(huán)境、功能強(qiáng)大等特性,成為工業(yè)控制領(lǐng)域中增長(zhǎng)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(dòng)系統(tǒng)在與所選電機(jī)完美匹配的同時(shí)也能兼顧機(jī)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(jī)所有電機(jī)的運(yùn)動(dòng)控制和同步運(yùn)動(dòng)控制要求。

1 紙箱包裝機(jī)的工藝流程
      
  為了滿足現(xiàn)代化的生產(chǎn)需要,全自動(dòng)化紙箱包裝機(jī)必須要具有運(yùn)行速度快、可靠性高、控制精確、成品率高和自動(dòng)化程度高等特點(diǎn)[2]。
      
  瓶輸送分為以下兩部分:① 由變頻調(diào)速控制電機(jī)運(yùn)行速度,使包裝線上的瓶按照要求有規(guī)律地進(jìn)行輸送,缺瓶檢測(cè)保證瓶的連續(xù)供給,并提供給包裝機(jī)。② 由主驅(qū)動(dòng)通過(guò)機(jī)械傳送,按照主機(jī)運(yùn)行節(jié)奏進(jìn)行輸瓶。分瓶控制由l 號(hào)、2 號(hào)分瓶伺服電機(jī)和主驅(qū)動(dòng)電機(jī)共同完成,將瓶子有規(guī)律地進(jìn)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(guò)若干個(gè)工位傳送到上瓶處,動(dòng)力由主驅(qū)動(dòng)提供,缺紙板和雙層紙板的檢測(cè)保證紙板的正常供給。推瓶機(jī)構(gòu)的作用是分瓶后的整理,通過(guò)推瓶桿進(jìn)行推瓶,瓶通過(guò)無(wú)動(dòng)力過(guò)度板時(shí),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(jì)
      
  根據(jù)紙箱包裝機(jī)的工藝要求,為了達(dá)到控制的準(zhǔn)確性和實(shí)時(shí)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(dòng)控制、工藝過(guò)程、工藝參數(shù)、運(yùn)行故障、安全防護(hù)、產(chǎn)品質(zhì)量等控制。主傳動(dòng)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(jī)拖動(dòng)的同步技術(shù)使相互的動(dòng)作協(xié)調(diào)配合,并在控制方面嚴(yán)格保持一致。利用ACOPOS 伺服代替常規(guī)傳動(dòng)部件,使包裝機(jī)具有執(zhí)行、反饋、自適應(yīng)等功能。在線檢測(cè)和監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用觸摸屏進(jìn)行在線檢測(cè)、定點(diǎn)檢測(cè)和實(shí)時(shí)檢測(cè)。采用傳感器刊工況參數(shù)進(jìn)行采集,并將測(cè)定值與規(guī)定的正常值進(jìn)行比較,以判別機(jī)器狀態(tài)變化的趨勢(shì)規(guī)律,從而對(duì)機(jī)器的狀態(tài)作出預(yù)測(cè)和預(yù)報(bào),實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程的實(shí)時(shí)監(jiān)控。包裝機(jī)械工作在自動(dòng)、手動(dòng)、調(diào)試等工作方式時(shí),由于對(duì)設(shè)備運(yùn)行速度有不同的要求,需要調(diào)整伺服電機(jī)和變頻器,可在操作站觸摸屏上顯示和設(shè)定主驅(qū)動(dòng)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(qiáng)有力的錯(cuò)誤檢測(cè)能力及差分驅(qū)動(dòng)功能,它在強(qiáng)噪聲十分苛刻的環(huán)境中仍運(yùn)行良好,因此,在傳媒傳輸和線路設(shè)計(jì)方面,CAN 總線可以很容易地應(yīng)用于大多數(shù)場(chǎng)合。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線的連接,使人機(jī)面板和各個(gè)伺服控制器之間的通信變得十分可靠,尤其為伺服運(yùn)動(dòng)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(tái)伺服電機(jī)具有主從關(guān)系。紙箱包裝機(jī)的同步運(yùn)動(dòng)控制一般是指位置同步。在CAN 總線上,主軸會(huì)在一定的微小時(shí)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(huì)實(shí)時(shí)地獲取這些信息,再實(shí)時(shí)計(jì)算出當(dāng)前從軸的位置,并且運(yùn)行其軌跡,從而得到從軸相對(duì)于主軸的輪廓關(guān)系(profiler )。ACOPOS 伺服電機(jī)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(yùn)動(dòng)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(gè)信號(hào)信息和伺服控制器上的兩個(gè)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(gè)階段,通過(guò)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(jī)中,針對(duì)每一個(gè)伺服電機(jī)而創(chuàng)建的運(yùn)動(dòng)對(duì)象都具有一個(gè)虛軸。虛軸和實(shí)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(gè)伺服電機(jī)能夠和自己的虛軸發(fā)生同步關(guān)系。例如在推瓶電機(jī)和主電機(jī)之間加一個(gè)主虛軸,那么可以把等待推瓶信號(hào)、等待主電機(jī)的起始相位、與主電機(jī)完成一個(gè)周期這三個(gè)階段的輪廓關(guān)系加在主虛軸上。推瓶電機(jī)可以與主虛軸同步,完成先慢后快的幾個(gè)階段的同步任務(wù)。這樣,可以在主電機(jī)不運(yùn)動(dòng)的情況下,讓虛軸走一個(gè)周期,推瓶電機(jī)就能夠完成一次推瓶任務(wù),也就是手動(dòng)推瓶一次;同時(shí)也便于一開始推瓶位置的前后調(diào)整。進(jìn)瓶電機(jī)雖然沒有參與同步,但是在分瓶過(guò)程中,它和壓板、擋板都是以主電機(jī)的相位角度作為依據(jù),執(zhí)行著相互關(guān)聯(lián)的啟停動(dòng)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(jī)所有電機(jī)的基本運(yùn)動(dòng)控制和它們之間的同步運(yùn)動(dòng)控制。

2 . 2 軟件設(shè)計(jì)

  包裝機(jī)械在整個(gè)生命周期內(nèi)必須保持高效持續(xù)地運(yùn)轉(zhuǎn),并盡可能將停機(jī)時(shí)間降為最低,而停機(jī)時(shí)間直接取決于自動(dòng)化控制系統(tǒng)。貝加萊的PCC 控制器采用分時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng),可將控制要求分成多個(gè)任務(wù)并且在一個(gè)掃描周期內(nèi)同時(shí)執(zhí)行。系統(tǒng)軟件Automation Studio 支持標(biāo)準(zhǔn)的C 語(yǔ)言、Basic 語(yǔ)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(yǔ)言,具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)運(yùn)算和處理能力。同時(shí),編程環(huán)境中包含豐富的函數(shù)庫(kù)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(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)采用了面向?qū)ο笮偷目刂品绞健<埾浒b機(jī)的各個(gè)電機(jī)的單獨(dú)調(diào)試與尋參、主驅(qū)動(dòng)的啟停,以及分瓶電機(jī)的配合都會(huì)用到運(yùn)動(dòng)控制。在Automation Studio 中使用C 語(yǔ)言,只要針對(duì)紙箱包裝機(jī)的一個(gè)伺服控制器創(chuàng)建一個(gè)運(yùn)動(dòng)對(duì)象,就可以利用創(chuàng)建的指針完成對(duì)電機(jī)不同的運(yùn)動(dòng)控制。

  Automatioll Studio 對(duì)所有自動(dòng)化系統(tǒng)完成集成和配置任務(wù),并且能準(zhǔn)確地識(shí)別硬件組件,提供直觀精確的診斷功能、遠(yuǎn)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(jī)的專用控制系統(tǒng),并具有靈活自由的聯(lián)網(wǎng)和擴(kuò)展能力。所有的模塊(包括運(yùn)動(dòng)模塊、溫控模塊等智能模塊)通過(guò)一個(gè)系統(tǒng)總線進(jìn)行連接通信,中間沒有接口;并且還具有分時(shí)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(guò)調(diào)用相應(yīng)的功能函數(shù)就可以控制運(yùn)動(dòng)定位過(guò)程。Automation Studio 是確保研發(fā)過(guò)程透明性和機(jī)器高效運(yùn)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(lái)進(jìn)行監(jiān)控。人機(jī)界面4PP420 集成了包裝過(guò)程中的邏輯控制功能,并帶有顯示功能。一方面可以通過(guò)參數(shù)的輸人給運(yùn)動(dòng)控制部分傳達(dá)命令以及運(yùn)動(dòng)特征參數(shù),另一方面可以及時(shí)反饋當(dāng)前機(jī)器的運(yùn)行狀況和報(bào)警狀態(tài)[5]。在4 PP420 監(jiān)控畫面中,可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制調(diào)節(jié)中的手動(dòng)/自動(dòng)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(shí),利用4PP420 可以完成監(jiān)視器顯示所需的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備監(jiān)控畫面,并可直觀、動(dòng)態(tài)地顯示出現(xiàn)場(chǎng)各部位重要參數(shù)的變化。

4 結(jié)束語(yǔ)

  該監(jiān)控系統(tǒng)已于2009 年3 月在蘭州某縣投入運(yùn)行,其運(yùn)行結(jié)果表明,采用貝加萊PCC 控制的紙箱包裝機(jī),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(shí)現(xiàn)自動(dòng)化裝箱包裝過(guò)程,可以達(dá)到80 箱/而n 的裝箱速度,明顯提高了生產(chǎn)水平和經(jīng)濟(jì)效益;且通過(guò)改變分瓶器裝置,調(diào)整噴膠、封箱位置和ACOPOS 伺服電機(jī)的參數(shù),可以改變包裝規(guī)格,滿足市場(chǎng)變化需求[7]。這種紙箱包裝機(jī)不但具有較好的應(yīng)用前景,也具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和良好的社會(huì)效益。

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

  1996年8月,貝加萊工業(yè)自動(dòng)化(上海)有限公司正式落戶中國(guó)上海,本地化的銷售與精湛的技術(shù)隊(duì)伍為中國(guó)客戶帶來(lái)更迅捷的服務(wù)響應(yīng)。十幾年來(lái),貝加萊(中國(guó))一直專注于為國(guó)內(nèi)用戶提供高品質(zhì)的自動(dòng)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(jī)械自動(dòng)化領(lǐng)域,如包裝、印刷、塑料、紡織、食品飲料、機(jī)床、半導(dǎo)體、制藥等行業(yè);以及過(guò)程自動(dòng)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(guò)ISO 9001、UL、TÜV、GOST-R等國(guó)際認(rèn)證,產(chǎn)品質(zhì)量、性能等受到了用戶的普遍贊譽(yù),贏得了信譽(yù)。如今,貝加萊(中國(guó))已成立了北京、廣州、濟(jì)南、西安、成都和沈陽(yáng)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(guó)的大學(xué)聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室。