摘 要：熱熔貼標機的主要工藝流程包括送標和送瓶，要求轉(zhuǎn)速快，定位精度高。本文介紹了采用B&R高性能的PCC和伺服驅(qū)動器構(gòu)成控制系統(tǒng)，并利用其電子凸輪技術(shù)實現(xiàn)既定的控制效果，因而大大減少了機械設(shè)計和制造成本以及運行磨損量，提高了控制精度和使用壽命。
關(guān)鍵詞：貼標機；可編程計算機控制器；ACOPOS伺服驅(qū)動器；電子凸輪
1.引言
隨著食品飲料行業(yè)的快速發(fā)展，極大地推動了貼標機市場的發(fā)展，貼標機的市場前景變的越來越廣闊。在中國的貼標機市場中高品質(zhì)的設(shè)備主要是國外進口的，產(chǎn)品的成本與維護費用都非常高，而國產(chǎn)設(shè)備無論是運轉(zhuǎn)速度還是定位精度都與國外設(shè)備有一定的差距，針對這種情況，利用貝加萊(B&R)公司產(chǎn)品研發(fā)出一種高轉(zhuǎn)速(36000瓶/小時)、高定位精度(±0.2mm)的熱熔機貼標機，使設(shè)備達到國外同類設(shè)備的性能指標。
貝加萊(B&R)公司的PCC控制系統(tǒng)與ACOPOS伺服驅(qū)動系統(tǒng)可靠性高、功能強大，自帶電子凸輪(CAM)功能，非常適合熱熔機貼標機這種高速度、高精度要求的設(shè)備。
2.工藝簡介
1．標紙托盤 2．張力調(diào)節(jié) 3．標紙糾偏 4．色標檢測 5．送標軸
6．切標，定刀軸 7．上膠軸 8．真空抓標，動刀軸 9．主機轉(zhuǎn)臺
圖1 貼標機的基本組成
熱熔貼標機工藝流程主要包括送標、送瓶。送瓶過程簡單，主要是把輸送過來的瓶體由進口星輪引導到主機轉(zhuǎn)臺，主機轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)到上膠輥位置完成貼標動作，標簽貼好后，瓶體由出口星輪移出主機轉(zhuǎn)臺進入到輸送帶。送標過程要復(fù)雜一些，未切斷的整盤標紙在送標伺服電機牽引下，從標紙托盤引出，首先經(jīng)過張力調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)的調(diào)整，保證了輸送過程中的穩(wěn)定張力，然后進入糾偏校正調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)，使得標紙穩(wěn)定在原來的位置，調(diào)整后的標紙經(jīng)過色標傳感器進入送標膠輥，在膠輥的輸送下標紙經(jīng)過轉(zhuǎn)動刀鼓被真空吸附，輸送到定刀位置，在定刀與動刀碰撞的位置，標紙被切斷，切斷的標紙繼續(xù)被真空吸附在轉(zhuǎn)動刀鼓上，隨后傳送到上膠輥位置，標紙被上膠輥抓標，上膠，轉(zhuǎn)到主機轉(zhuǎn)臺位置完成貼標動作。結(jié)合送標和送瓶流程，便完成了一次完整的貼標動作。
3.系統(tǒng)硬件配置
3.1 可編程計算機控制器(PCC)的概念
20世紀90年代中期，隨著計算機技術(shù)、網(wǎng)路通信技術(shù)、自動控制技術(shù)的飛速發(fā)展，可編程控制器技術(shù)已不再是傳統(tǒng)意義上的可編程控制器，其網(wǎng)路通信能力、智能控制能力、數(shù)學處理能力等得到飛躍式提升。1994年貝加萊公司提出了可編程計算機控制器概念，簡稱PCC。
PCC(Programmable Computer Controller) 是一種可編程計算機控制器，本質(zhì)上也是一種PLC，只不過與傳統(tǒng)的PLC相比較，它有著更強大的功能：PCC在一個CPU上集成了分時多任務(wù)操作系統(tǒng)，成功構(gòu)筑了實時的多應(yīng)用程序的運行平臺；多種編程語言包括順序功能圖、梯形圖、指令表、結(jié)構(gòu)文本及高級語言（Automation Basic，ANSI C）可供選擇；它直接應(yīng)用于工業(yè)環(huán)境，具有更強的抗干擾能力、更高的可靠性、廣泛的適應(yīng)能力和應(yīng)用范圍；大容量的存儲能力、標準通信接口，基于過程總線的系統(tǒng)互聯(lián)、高級語言開發(fā)和運行環(huán)境，自診斷能力，都使得PCC在包裝以及其它行業(yè)（紡織、印刷、機械、電力等）的應(yīng)用具備了出色的友好平臺。
3.2 B&R伺服驅(qū)動器(ACOPOS)概述
貝加萊伺服驅(qū)動器(ACOPOS)是全數(shù)字智能型伺服驅(qū)動器，是緊湊的模塊式結(jié)構(gòu)，支持工業(yè)以太網(wǎng)POWERLINK通信，能夠與PLC一起組成完整的運動控制系統(tǒng)，滿足復(fù)雜的、高動態(tài)特色的運動控制要求，實現(xiàn)諸如點到點運動控制、速度控制、扭矩控制、電子齒輪、電子凸輪、橫切、飛鋸、色標控制、套色糾偏控制等任務(wù)。如圖2所示。
圖2 ACOPOS伺服驅(qū)動器
貝加萊ACOPOS伺服驅(qū)動器不同于普通的伺服驅(qū)動器的功率放大功能，它是一個內(nèi)部集成了很多功能塊可供調(diào)用的智能型伺服驅(qū)動器，例如，電子凸輪、電子齒輪、虛擬主軸等均包含在驅(qū)動器內(nèi)，并且ACOPOS本身也具有很強的計算功能，可以根據(jù)運動參數(shù)自行完成復(fù)雜的曲線計算。
3.3 系統(tǒng)硬件組成
圖3 控制系統(tǒng)的硬件組成
如圖3所示，該控制系統(tǒng)的硬件包括了集顯示與控制一體的PowerPanel屏、X20系列的I/O模塊，智能型的ACOPOS伺服驅(qū)動器和同步電機。顯示屏內(nèi)嵌分時多任務(wù)操作系統(tǒng)，完成邏輯控制、參數(shù)賦值等功能；ACOPOS伺服驅(qū)動器采集主軸編碼器信號與色標信號，利用電子凸輪(CAM)功能完成送標動作，同時利用LATCH功能計算色標偏差，進行送標軸運動補償。
4.應(yīng)用軟件設(shè)計
4.1 分時多任務(wù)操作系統(tǒng)介紹
常規(guī)PLC大多依賴于單任務(wù)的時鐘掃描或監(jiān)控程序來處理程序本身的邏輯運算指令，整個應(yīng)用程序采用一個循環(huán)周期，在一個較復(fù)雜的控制系統(tǒng)中，有的數(shù)據(jù)變量的實時性要求很高，但也有很多大慣量的模擬量對實時性要求不高，采用同樣的刷新速度實質(zhì)上是對資源的浪費。貝加萊的PCC引入了大型計算機的分時多任務(wù)操作系統(tǒng)理念，采用分時多任務(wù)的運行機制，使得應(yīng)用任務(wù)的循環(huán)周期與程序長短并不是緊密相關(guān)，設(shè)計人員可根據(jù)工藝需求自由設(shè)定應(yīng)用程序的優(yōu)先執(zhí)行順序，控制周期按照用戶的實際要求設(shè)定，滿足實時控制的要求。
對于貼標機這種對實時性要求比較高的控制系統(tǒng)，非常適合應(yīng)用貝加萊的分時多任務(wù)操作系統(tǒng)，它可以根據(jù)不同任務(wù)對實時性能的不同要求，指定不同的優(yōu)先等級，并可靈活設(shè)定每個任務(wù)的循環(huán)時間，使得這些任務(wù)模塊既相互獨立運行，數(shù)據(jù)又相互關(guān)聯(lián)，從而實現(xiàn)確定的分時多任務(wù)控制，使得整個項目結(jié)構(gòu)化、模塊化，更加合理。如圖4所示。
圖4 分時多任務(wù)程序
4.2 電子凸輪(CAM)功能
電子凸輪是伺服運動控制在多軸同步控制中的一種方式，它可以實現(xiàn)主從軸之間復(fù)雜不規(guī)則的凸輪曲線關(guān)系。電子凸輪可以說是利用程序的方式完成機械凸輪控制所需要的軌跡，實現(xiàn)主軸和從軸的嚙合運動。由于使用電子凸輪代替了機械凸輪，使得機械設(shè)計及加工工藝大大簡化，并避免了使用過程中的機械磨損的問題。因此電子凸輪的功能在很多工控行業(yè)中有廣泛的應(yīng)用。
貝加萊ACOPOS伺服驅(qū)動器是智能型伺服驅(qū)動器，如電子凸輪功能已經(jīng)包含在驅(qū)動器內(nèi)，它可以根據(jù)運動參數(shù)，如貼標機色標長度、主軸長度、運行速度等自行計算出加減速曲線和同步區(qū)間等關(guān)鍵運行曲線。我們充分利用這些功能，通過設(shè)定色標長度與切刀角度的對應(yīng)關(guān)系，構(gòu)筑電子凸輪(CAM)關(guān)系，完成送標軸的跟隨功能。
4.3 送標伺服的控制
在送標控制系統(tǒng)中，我們把切刀軸設(shè)定為主軸，送標伺服軸作為從軸，主軸與從軸通過ACOPOS伺服驅(qū)動器自帶的電子凸輪(CAM)功能建立跟隨關(guān)系，主軸旋轉(zhuǎn)一周，從軸送一個標簽長度(單刀)或兩個標簽長度(雙刀)，在送標運行過程中同時通過色標傳感器檢測色標位置，利用ACOPOS伺服驅(qū)動器自帶的LATCH功能，鎖存主軸位置，與計算出的理論位置進行比較得出偏差值，并把偏差值補償?shù)剿蜆溯S上，從而達到切標位置的準確控制?？刂屏鞒倘鐖D5所示，計算偏差與補償值監(jiān)視如圖6所示。
圖5 控制流程
圖6 偏差值/補償值監(jiān)控
5.結(jié)語
貝加萊硬件采用模塊化設(shè)計，使得設(shè)計、安裝非常容易，軟件上的分時多任務(wù)操作模式使得項目程序模塊化，結(jié)構(gòu)簡明，調(diào)試周期縮短，ACOPOS伺服驅(qū)動器的高性能保證了送標、切標的高速度、高精度，達到了設(shè)定的性能指標<
