B&R控制系統(tǒng)在熱熔膠貼標(biāo)機(jī)上的應(yīng)用

食品飲料行業(yè)的快速發(fā)展極大地推動(dòng)了貼標(biāo)機(jī)市場的發(fā)展，貼標(biāo)機(jī)的市場前景越來越廣闊。在中國的貼標(biāo)機(jī)市場中高品質(zhì)的設(shè)備主要從國外進(jìn)口，成本與維護(hù)費(fèi)用都非常高，而國產(chǎn)設(shè)備無論是在運(yùn)轉(zhuǎn)速度還是在定位精度上，都與國外設(shè)備存在定的差距。針對這種情況，貝加萊(B&R)公司研發(fā)出種高轉(zhuǎn)速(36000瓶／小時(shí))、高定位精度(±0.2mm)的熱熔膠貼標(biāo)機(jī)，使設(shè)備達(dá)到國外同類設(shè)備的性能指標(biāo)。

貝加萊公司的Pcc控制系統(tǒng)與ACOPOS伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)可靠性高、功能強(qiáng)大，自帶電子凸輪(cAM)功能，非常適合熱熔膠貼標(biāo)機(jī)高速度、高精度的要求。

工藝簡介

熱熔膠貼標(biāo)機(jī)工藝流程主要包括送標(biāo)、送瓶。送瓶過程簡單，主要是把輸送過來的瓶體由進(jìn)口星輪引導(dǎo)到主機(jī)轉(zhuǎn)臺(tái)，主機(jī)轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)到上膠輥位置完成貼標(biāo)動(dòng)作，標(biāo)簽貼好后，瓶體由出口星輪移出主機(jī)轉(zhuǎn)臺(tái)進(jìn)入到輸送帶。送標(biāo)過程要復(fù)雜些，未切斷的整盤標(biāo)紙?jiān)谒蜆?biāo)伺服電機(jī)牽引下，從標(biāo)紙托盤引出，首先經(jīng)過張力調(diào)節(jié)，保證了輸送過程中的穩(wěn)定張力，然后進(jìn)入糾偏校正調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)，使得標(biāo)紙穩(wěn)定在原來的位置，調(diào)整后的標(biāo)紙經(jīng)過色標(biāo)傳感器進(jìn)入送標(biāo)膠輥，在膠輥的輸送下標(biāo)紙經(jīng)過轉(zhuǎn)動(dòng)刀鼓被真空吸附，輸送到定刀位置。在定刀與動(dòng)刀碰撞的位置，標(biāo)紙被切斷，切斷的標(biāo)紙繼續(xù)被真空吸附在轉(zhuǎn)動(dòng)刀鼓上，隨后傳送到上膠輥位置，標(biāo)紙被上膠輥?zhàn)?biāo)、上膠，轉(zhuǎn)到主機(jī)轉(zhuǎn)臺(tái)位置完成貼標(biāo)動(dòng)作。結(jié)合送標(biāo)和送瓶流程，便完成了一次完整的貼標(biāo)動(dòng)作。

系統(tǒng)硬件配置

1可編程計(jì)算機(jī)控制器(PCO)的概念

1994年貝加萊公司提出了可編程計(jì)算機(jī)控制器概念，簡稱PCC。

PCC(Programm8ble ComputerController)是一種可編程計(jì)算機(jī)控制器，本質(zhì)上也是種PLC，只不過與傳統(tǒng)的PLC相比較，它有著更強(qiáng)大的功能：PCC在個(gè)CPUi集成了分時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)，成功構(gòu)筑了實(shí)時(shí)的多應(yīng)用程序的運(yùn)行平臺(tái)：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(Automatlon Basic，ANSIC)等：它直接應(yīng)用于工業(yè)環(huán)境，具有更強(qiáng)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：具有大容量的存儲(chǔ)能力、標(biāo)準(zhǔn)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(yùn)行環(huán)境、自診斷能力、都使得PCC在包裝及其他行業(yè)(紡織、印刷、機(jī)械、電力等)中的應(yīng)用具備了出色的友好平臺(tái)。

2B&R伺服驅(qū)動(dòng)器(ACOPOS)概述

貝加萊伺服驅(qū)動(dòng)器(ACOPOS)是全數(shù)字智能型伺服驅(qū)動(dòng)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起組成完整的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，滿足復(fù)雜的、高動(dòng)態(tài)特色的運(yùn)動(dòng)控制要求，實(shí)現(xiàn)諸如點(diǎn)到點(diǎn)運(yùn)動(dòng)控制、速度控制、扭矩控制、電子齒輪、電子凸輪、橫切、飛鋸、色標(biāo)控制、套色糾偏控制等任務(wù)。如圖2所示。

貝加萊ACOPOS伺服驅(qū)動(dòng)器不同于普通的伺服驅(qū)動(dòng)器的功率放大功能，它是個(gè)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(dòng)器，例如，電子凸輪、電子齒輪、虛擬主軸等均包含在驅(qū)動(dòng)器內(nèi)，并J~ACOPOS本身也具有很強(qiáng)的計(jì)算功能，可以根據(jù)運(yùn)動(dòng)參數(shù)自行完成復(fù)雜的曲線計(jì)算。

3系統(tǒng)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體的Powe rPanel屏、X20系列的I／O模塊，智能型的ACOPOS伺服驅(qū)動(dòng)器和同步電機(jī)。顯示屏內(nèi)嵌分時(shí)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(dòng)器采集主軸編碼器信號與色標(biāo)信號，利用電子凸輪(cAM)功能完成送標(biāo)動(dòng)作，同時(shí)利用LATCH功能計(jì)算色標(biāo)偏差，進(jìn)行送標(biāo)軸運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償。應(yīng)用軟件設(shè)計(jì)

1分時(shí)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(shí)鐘掃描或監(jiān)控程序來處理程序本身的邏輯運(yùn)算指令整個(gè)應(yīng)用程序采用

個(gè)循環(huán)周期，在個(gè)較復(fù)雜的控制系統(tǒng)中，有的數(shù)據(jù)變量的實(shí)時(shí)性要求很高，但也有很多大慣量的模擬量對實(shí)時(shí)性要求不高，采用同樣的刷新速度實(shí)質(zhì)上是對資源的浪費(fèi)。貝加萊的PCC引入了大型計(jì)算機(jī)的分時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)理念，采用分時(shí)多任務(wù)的運(yùn)行機(jī)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(jì)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(shí)際要求設(shè)定，滿足實(shí)時(shí)控制的要求。

對于貼標(biāo)機(jī)這種對實(shí)時(shí)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(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)，它可以根據(jù)不同任務(wù)對實(shí)時(shí)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(gè)任務(wù)的循環(huán)時(shí)間，使得這些任務(wù)模塊既相互獨(dú)立運(yùn)行，數(shù)據(jù)又相互關(guān)聯(lián)，從而實(shí)現(xiàn)確定的分時(shí)多任務(wù)控制，使得整個(gè)項(xiàng)目結(jié)構(gòu)化、模塊化，更加合理。如圖4所示。

2電子凸輪(CAM)功能

電子凸輪是伺服運(yùn)動(dòng)控制在多軸同步控制中的種方式，它可以實(shí)現(xiàn)主從軸之問復(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(jī)械凸輪控制所需要的軌跡，實(shí)現(xiàn)主軸和從軸的嚙合運(yùn)動(dòng)。由于使用電子凸輪代替了機(jī)械凸輪，使得機(jī)械設(shè)計(jì)及加工工藝大大簡化，并避免了使用過程中的機(jī)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(dòng)器是智能型伺服驅(qū)動(dòng)器，如電子凸輪功能已經(jīng)包含在驅(qū)動(dòng)器內(nèi)，它可以根據(jù)運(yùn)動(dòng)參數(shù)，如貼標(biāo)機(jī)色標(biāo)長度、主軸長度、運(yùn)行速度等自行計(jì)算出加減速曲線和同步區(qū)間等關(guān)鍵運(yùn)行曲線。我們充分利用這些功能，通過設(shè)定色標(biāo)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(biāo)軸的跟隨功能。

3送標(biāo)伺服的控制

在送標(biāo)控制系統(tǒng)中，我們把切刀軸設(shè)定為主軸，送標(biāo)伺服軸作為從軸，主軸與從軸通過ACOPOS伺服驅(qū)動(dòng)器自帶的電子凸輪(CAM)功能建立跟隨關(guān)系，主軸旋轉(zhuǎn)周，從軸送個(gè)標(biāo)簽長度(單刀)或兩個(gè)標(biāo)簽長度，在送標(biāo)運(yùn)行過程中同時(shí)通過色標(biāo)傳感器檢測色標(biāo)位置，利用ACOPOS伺服驅(qū)動(dòng)器自帶的LATCH功能，鎖存主軸位置，與計(jì)算出的理論位置進(jìn)行比較得出偏差值，并把偏差值補(bǔ)償?shù)剿蜆?biāo)軸上，從而達(dá)到切標(biāo)位置的準(zhǔn)確控制?？刂屏鞒倘鐖D5所示，計(jì)算偏差與補(bǔ)償值監(jiān)視如圖6所示。

結(jié)語

貝加萊硬件采用模塊化設(shè)計(jì)，使得設(shè)計(jì)、安裝非常容易，軟件上的分時(shí)多任務(wù)操作模式使得項(xiàng)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(dòng)器的高性能保證了送標(biāo)、切標(biāo)的高速度、高精度，達(dá)到了設(shè)定的性能指標(biāo)，滿足了控制要求。