0 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絡通信等功能的開放式控制系統的設備，無論對包裝企業或是設備供應商來說都是非常重要的。
可編程計算機控制器PCC以其高可靠性、編程方便、耐惡劣環境、功能強大等特性，成為工業控制領域中增長速度較快的控制設備。它能很好地解決工業控制領域的可靠、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 系統和伺服控制ACOPOS 系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 由變頻調速控制電機運行速度，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，并提供給包裝機。② 由主驅動通過機械傳送，按照主機運行節奏進行輸瓶。分瓶控制由l 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[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 系統控制方案
2 . 1 硬件設計
根據紙箱包裝機的工藝要求，為了達到控制的準確性和實時性，系統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、運行故障、安全防護、產品質量等控制。主傳動系統傳送包裝物品，供送系統傳送各種包裝輔助材料，并采用多電機拖動的同步技術使相互的動作協調配合，并在控制方面嚴格保持一致。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。在線檢測和監控系統應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進行采集，并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，由于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。控制系統的主要結構如圖l 所示。
圖1 控制系統結構圖
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場合。通過現場總線的連接，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中同步特征參數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，并且運行其軌跡，從而得到從軸相對于主軸的輪廓關系（profiler ）。ACOPOS 伺服電機可以一次設定11 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。事件的觸發可以使用PP41 向下發送四個信號信息和伺服控制器上的兩個觸發信息。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制系統，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必須保持高效持續地運轉，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。貝加萊的PCC 控制器采用分時多任務操作系統，可將控制要求分成多個任務并且在一個掃描周期內同時執行。系統軟件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 伺服運動控制系統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制。
Automatioll Studio 對所有自動化系統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，可以根據控制需要組合成紙箱包裝機的專用控制系統，并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）通過一個系統總線進行連接通信，中間沒有接口；并且還具有分時多任務操作系統，可以設定程序循環周期，只需要通過調用相應的功能函數就可以控制運動定位過程。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 系統監控
本紙箱包裝系統使用Power Panel 400系列的4PP420來進行監控。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的輸人給運動控制部分傳達命令以及運動特征參數，另一方面可以及時反饋當前機器的運行狀況和報警狀態[5]。在4 PP420 監控畫面中，可以實現自動控制調節中的手動/自動切換、給定值輸人、參數輸人等功能，便于操作人員的操作管理。同時，利用4PP420 可以完成監視器顯示所需的現場設備監控畫面，并可直觀、動態地顯示出現場各部位重要參數的變化。
4 結束語
該監控系統已于2009 年3 月在蘭州某縣投入運行，其運行結果表明，采用貝加萊PCC 控制的紙箱包裝機，供送紙板、紙箱成型、裝箱、封箱整型等指標均能滿足廠方要求，能夠可靠地實現自動化裝箱包裝過程，可以達到80 箱／而n 的裝箱速度，明顯提高了生產水平和經濟效益；且通過改變分瓶器裝置，調整噴膠、封箱位置和ACOPOS 伺服電機的參數，可以改變包裝規格，滿足市場變化需求[7]。這種紙箱包裝機不但具有較好的應用前景，也具有顯著的經濟效益和良好的社會效益。
貝加萊（B&R）工業自動化是一家全球性自動化領導廠商，專業致力于創新自動化前沿技術，總部位于奧地利，目前已在全球60個國家設立了分支機構，擁有155個辦事處。“完美自動化”與“您的全球自動化合作伙伴”是貝加萊工業自動化的使命與追求。
1996年8月，貝加萊工業自動化（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隊伍為中國客戶帶來更迅捷的服務響應。十幾年來，貝加萊（中國）一直專注于為國內用戶提供高品質的自動化全線產品和優秀的技術解決方案。現在，貝加萊的產品和方案已廣泛應用于機械自動化領域，如包裝、印刷、塑料、紡織、食品飲料、機床、半導體、制藥等行業；以及過程自動化領域，如電力、冶金、市政、交通、石油、化工和水泥等行業。目前，貝加萊產品已通過ISO 9001、UL、TÜV、GOST-R等國際認證，產品質量、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培訓中心，以及分布在全國的大學聯合實驗室。
