o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( programmable computer controller)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⑴。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。

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1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⑶。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，并釆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。釆用传感器对工况参数进行采集，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。

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⑷。

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） _o ACOPOS伺服电机可以一次设定H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。引入虚轴使一个伺服电机 《自动化仪表》第31卷第1期2010年1月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。

Automation 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处只给出了展示台的控制流程，如图3所示。

(停止)

图3控制流程图

Fig. 3 Control flowchart

图3中:断开前后方向、断开左右方向、接通前后 方向、接通左右方向是整个PLC程序设计的关键，在 PLC编程时，通过内部SET(置位)和RET(复位)指令 实现这些动作。从流程图中可以看出，只要有一个方 向被选中，另一个方向的动作就被锁死。只有当系统 复位之后，才能进行下一次的模式选择,这种严格的电 气互锁关系，可以避免误操作发生的机械千涉，进而达 到机械保护的目的。

4结束语

四自由度景观展示台的电控系统经过调试运行, 结果表明，展示台能够完成预期规定的动作，系统实现 了点动控制要求;在左右方向和前后方向进行互锁测 试时,展示台的机械部件未出现干涉现象，说明PLC 的控制程序实现了良好的互锁关系，达到了以电气互 锁实现机械保护的目的，降低了设计制造成本。