卷烟包装机是德国公司20世纪9U年代早期推岀的产品，用于卷烟小盒软盒包装。该机最高生产速度达 10支/min,包装质量稳定。但经过十几年的 运行,其电控系统不同程度地出现元器件陈旧念 化，故障率逐年递增的问题。其中,控制系统采用 的工业计算机的各种板卡已经海汰；交流伺服电 机及其驱动器型号陈倡，其控制方式不够清晰；程 序对用户不开放，维护困难等。为此对该控制系 统进行了改造⑴。

1工作原理

主电机Ml 通过皮带传递动力给主传动系统，通过编码器建立运动速度与角度的关系；喂料传送带由 喂料传送带电机M10驱动，电机速度通过变频器 A10控制，把上游机的烟支输送到机的烟库 中；烟库摆动电机Mil驱动摆动辐，使烟支能够 连续地流动到下烟道，电机速度通过变频器All 控制，当主机运转时Mil便一直驱动摆动辗运 动，反之当主机不运转时，可以通过手动按钮S11 驱动摆动辗;下烟道包括左、右两组，分别有8道， 毎道宽度比一支烟的直径略大，烟库摆动辍传烟 到下烟道后，由推杆将烟支按照7、6、7的排列推 入中间的两个过渡模盒中；压紧转塔中的烟支检 測器检测到有缺支或空头情况时,通过电磁阀控 制剔除杆运动进行剔除；左右铝箔纸盘分别由伺 服电机M204（左）和M203（右）驱动，其速度选择 由编码器B234（左）和B233（右）的角度决定，当 机器运行时带动铝箔纸送往包装转塔，使摆杆运 动，引起编码器角度变化，由PLC处理后决定伺 服电机的运动速度和正反转；铝箱纸喂料站的功 能是通过压板的提升/下落决定由哪个铝箝纸盘 送纸;商标纸由商标纸站输送到包装转塔，封签由 封签站输送到包装转塔，包装转塔将铝箔纸、商标 纸和封签包裹在烟支外面;烘干转塔用来加热烟 包，使商标纸和封签上的胶水快速粘合；岀口传送 带把成形的烟包送往下游机器

2系统硬件的改进

机原控制系统釆用了工业计算机+光导 总线（Lightbus）架构，由一台基于欧洲VME标准

的工业计算机作为主控制器，设备上所有的I/O 点仅通过1根光纤连接到控制柜中。

嵌入式控制系统是嵌入式计算机技术在工业 控制领域中的应用，系统硬件由CPU和各种外设 接口电路高密度集成在一起，配以固化好的执行 软件，以完成各种复杂的实时控制任务。成品嵌 人式控制器一般都具有标准的扩展总线接口和标 准的软件运行平台，通常采用小型的实时操作系 统，使用固态存储器保存执行程序，外型小巧，坚 固耐用，适合严酷的工业环境下使用⑴。改进后 系统采用了倍福公司的嵌入式控制器 作为主控制器，用于完成包装机的控制、管理和显 示任务。嵌入式控制器的CPU釆用处理器，具备PC1O4标准总线接口，内嵌 Microsoft Windows CE. NET 操作系统因此扩 展能力、软硬件升级能力强，具有良好的可维 护性。

由于原机的传感器和执行元件信号是通过公司的光导总线接入电气柜中，大量 的I/O模块均安装在设备的机身上，如果在改造 中采用其他总线（如Pmfib姬）替代或直接将这些 信号改接到柜中，则模块安装和现场布线的工作 量很大，且机身上也没有足够的空间安装布线。 同时，考虑到光导总线具有的速度快、抗干扰性好 等优点⑴，因此最终保留了光导总线。

3控制程序的设计

机控制系统的组态和编程都通过Twin- CAT软件进行，与TwinCAT自动化软件结合使 CX1000工业PC成为一个拥有4个用户任务的 强大的IEC6U31-3PLCis'<,系统通过便携机或台 式PC编程，并通过以太网与相连将程序 下载到机的控制程序编制采用模块 化的编程方法，包括一个主程序和45个功能块， 各功能块分别实现机器的某一功能。程序同时还 要确保控制逻辑算法的严密，安排好各种岀错情 况下的处理岀口，如重要数据的自动备份与自动 恢复，系统突然掉电的处理，关键程序的容错处 理,程序死锁的回避等。

主机控制程序中，采用与包装机实际运转 同歩的方式进行移位处理。包装机正常生产时，压 紧转塔、包装塔、烘干塔3个旋转塔的运动角度各 不相同，程序中3个转塔分别在不同角度进行移 位,移位寄存器各不相同，在相邻的转塔都静止时， 把前一个轮的烟包信息传递给后一个轮，整个处理 步骤与机器实际运转情况完全一致。程序中分别 使用了压紧塔、包装塔铝箔纸、包装塔商标纸、包装 塔更筷铝箔纸接头劉除、烘干塔5个移位寄存器"

相位控制问题的解决采用了在主轴上安装旋 转编码器配合CPU的高速计数模块、中断模块等 构成电气凸轮的方法。采用ROD -409型绝对轴 编码器作为角度传感器，由于是格雷码输出，所以 在程序中要将它转换为能反映当前实际位置的二 进制码。轴编码器由传动轴带动旋转，角度分辨 率1°,配合半圆盘信号可分辨0 ~720。的相位。

4伺服系统的设计

原系统共有3套伺服系统，分别为左右铝箔纸 盘伺服系统和出口传送借伺服系统。改进后的3套 伺服系统，选择了倍福公司的永磁同步电机 (AM257L)和伺服控制器(AX2010)。交流永磁同步 伺服系统由控制系统、变频器和电机组成，能够实现 高速、高精度、高稳定度、快速响应、高效节能的运动

改进后采用了 2套伺服控制系统分别控制左 右铝箔纸盘电机，以保证其运行稳定。左右铝箔 纸盘电机根据主机转动的速度对输送铝箔纸的快 慢进行调节。采用模拟量速度控制方式，电机的 转速由两个因素决定;①主机当前的转速，该变化 量由主电机中的增量编码器反饶至伺服驱动器; ②铝箔纸盘摆锤位置，该位置反映了铝精纸的张 紧程度。当摆锤位置过低时，说明铝箔纸张得过 紧，电机的送纸速度需要畑快；当摆锤位置过髙 时,说明铝箔纸张得过松，电机的送纸速度需要降 低。该变化量由增量型旋转编码器通过I/。模块 反镯到CPU中。

由于出口传送带在机器正常工作时是间歌运 动，而且对每次运行的距离要求很高，所以也釆用 伺服位置控制方式，而在手动排空烟包时是连续 运行。因此，出口传送带的工作方式有两种：①正 常工作时采用步进式电子齿轮工作方式，其动作 与岀口烟包推杆的动作同步，当一包烟被推岀后, 传送带电机走一段距离后停下，等候下一包烟;② 手动启动时采用模拟量速度控制方式。

5结论

改进后的机控制系统功能完整，运行稳 定诃靠，有效提高了系统的稳定性、软件的可维护 性和机器的生产效率。同时也为其它卷烟包装机 的改造提供了借签。

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