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卷煙包裝機是德國公司20世紀(jì)9U年代早期推岀的產(chǎn)品，用于卷煙小盒軟盒包裝。該機最高生產(chǎn)速度達(dá) 10支/min,包裝質(zhì)量穩(wěn)定。但經(jīng)過十幾年的 運行,其電控系統(tǒng)不同程度地出現(xiàn)元器件陳舊念 化，故障率逐年遞增的問題。其中,控制系統(tǒng)采用 的工業(yè)計算機的各種板卡已經(jīng)海汰；交流伺服電 機及其驅(qū)動器型號陳倡，其控制方式不夠清晰；程 序?qū)τ脩舨婚_放，維護困難等。為此對該控制系 統(tǒng)進行了改造⑴。

1工作原理

主電機Ml 通過皮帶傳遞動力給主傳動系統(tǒng)，通過編碼器建立運動速度與角度的關(guān)系；喂料傳送帶由 喂料傳送帶電機M10驅(qū)動，電機速度通過變頻器 A10控制，把上游機的煙支輸送到機的煙庫 中；煙庫擺動電機Mil驅(qū)動擺動輻，使煙支能夠 連續(xù)地流動到下煙道，電機速度通過變頻器All 控制，當(dāng)主機運轉(zhuǎn)時Mil便一直驅(qū)動擺動輾運 動，反之當(dāng)主機不運轉(zhuǎn)時，可以通過手動按鈕S11 驅(qū)動擺動輾;下煙道包括左、右兩組，分別有8道， 毎道寬度比一支煙的直徑略大，煙庫擺動輟傳煙 到下煙道后，由推桿將煙支按照7、6、7的排列推 入中間的兩個過渡模盒中；壓緊轉(zhuǎn)塔中的煙支檢 測器檢測到有缺支或空頭情況時,通過電磁閥控 制剔除桿運動進行剔除；左右鋁箔紙盤分別由伺 服電機M204（左）和M203（右）驅(qū)動，其速度選擇 由編碼器B234（左）和B233（右）的角度決定，當(dāng) 機器運行時帶動鋁箔紙送往包裝轉(zhuǎn)塔，使擺桿運 動，引起編碼器角度變化，由PLC處理后決定伺 服電機的運動速度和正反轉(zhuǎn)；鋁箱紙喂料站的功 能是通過壓板的提升/下落決定由哪個鋁箝紙盤 送紙;商標(biāo)紙由商標(biāo)紙站輸送到包裝轉(zhuǎn)塔，封簽由 封簽站輸送到包裝轉(zhuǎn)塔，包裝轉(zhuǎn)塔將鋁箔紙、商標(biāo) 紙和封簽包裹在煙支外面;烘干轉(zhuǎn)塔用來加熱煙 包，使商標(biāo)紙和封簽上的膠水快速粘合；岀口傳送 帶把成形的煙包送往下游機器

2系統(tǒng)硬件的改進

機原控制系統(tǒng)釆用了工業(yè)計算機+光導(dǎo) 總線（Lightbus）架構(gòu)，由一臺基于歐洲VME標(biāo)準(zhǔn)

的工業(yè)計算機作為主控制器，設(shè)備上所有的I/O 點僅通過1根光纖連接到控制柜中。

嵌入式控制系統(tǒng)是嵌入式計算機技術(shù)在工業(yè) 控制領(lǐng)域中的應(yīng)用，系統(tǒng)硬件由CPU和各種外設(shè) 接口電路高密度集成在一起，配以固化好的執(zhí)行 軟件，以完成各種復(fù)雜的實時控制任務(wù)。成品嵌 人式控制器一般都具有標(biāo)準(zhǔn)的擴展總線接口和標(biāo) 準(zhǔn)的軟件運行平臺，通常采用小型的實時操作系 統(tǒng)，使用固態(tài)存儲器保存執(zhí)行程序，外型小巧，堅 固耐用，適合嚴(yán)酷的工業(yè)環(huán)境下使用⑴。改進后 系統(tǒng)采用了倍福公司的嵌入式控制器 作為主控制器，用于完成包裝機的控制、管理和顯 示任務(wù)。嵌入式控制器的CPU釆用處理器，具備PC1O4標(biāo)準(zhǔn)總線接口，內(nèi)嵌 Microsoft Windows CE. NET 操作系統(tǒng)因此擴 展能力、軟硬件升級能力強，具有良好的可維 護性。

由于原機的傳感器和執(zhí)行元件信號是通過公司的光導(dǎo)總線接入電氣柜中，大量 的I/O模塊均安裝在設(shè)備的機身上，如果在改造 中采用其他總線（如Pmfib姬）替代或直接將這些 信號改接到柜中，則模塊安裝和現(xiàn)場布線的工作 量很大，且機身上也沒有足夠的空間安裝布線。 同時，考慮到光導(dǎo)總線具有的速度快、抗干擾性好 等優(yōu)點⑴，因此最終保留了光導(dǎo)總線。

3控制程序的設(shè)計

機控制系統(tǒng)的組態(tài)和編程都通過Twin- CAT軟件進行，與TwinCAT自動化軟件結(jié)合使 CX1000工業(yè)PC成為一個擁有4個用戶任務(wù)的 強大的IEC6U31-3PLCis'<,系統(tǒng)通過便攜機或臺 式PC編程，并通過以太網(wǎng)與相連將程序 下載到機的控制程序編制采用模塊 化的編程方法，包括一個主程序和45個功能塊， 各功能塊分別實現(xiàn)機器的某一功能。程序同時還 要確?？刂七壿嬎惴ǖ膰?yán)密，安排好各種岀錯情 況下的處理岀口，如重要數(shù)據(jù)的自動備份與自動 恢復(fù)，系統(tǒng)突然掉電的處理，關(guān)鍵程序的容錯處 理,程序死鎖的回避等。

主機控制程序中，采用與包裝機實際運轉(zhuǎn) 同歩的方式進行移位處理。包裝機正常生產(chǎn)時，壓 緊轉(zhuǎn)塔、包裝塔、烘干塔3個旋轉(zhuǎn)塔的運動角度各 不相同，程序中3個轉(zhuǎn)塔分別在不同角度進行移 位,移位寄存器各不相同，在相鄰的轉(zhuǎn)塔都靜止時， 把前一個輪的煙包信息傳遞給后一個輪，整個處理 步驟與機器實際運轉(zhuǎn)情況完全一致。程序中分別 使用了壓緊塔、包裝塔鋁箔紙、包裝塔商標(biāo)紙、包裝 塔更筷鋁箔紙接頭劉除、烘干塔5個移位寄存器"

相位控制問題的解決采用了在主軸上安裝旋 轉(zhuǎn)編碼器配合CPU的高速計數(shù)模塊、中斷模塊等 構(gòu)成電氣凸輪的方法。采用ROD -409型絕對軸 編碼器作為角度傳感器，由于是格雷碼輸出，所以 在程序中要將它轉(zhuǎn)換為能反映當(dāng)前實際位置的二 進制碼。軸編碼器由傳動軸帶動旋轉(zhuǎn)，角度分辨 率1°,配合半圓盤信號可分辨0 ~720。的相位。

4伺服系統(tǒng)的設(shè)計

原系統(tǒng)共有3套伺服系統(tǒng)，分別為左右鋁箔紙 盤伺服系統(tǒng)和出口傳送借伺服系統(tǒng)。改進后的3套 伺服系統(tǒng)，選擇了倍福公司的永磁同步電機 (AM257L)和伺服控制器(AX2010)。交流永磁同步 伺服系統(tǒng)由控制系統(tǒng)、變頻器和電機組成，能夠?qū)崿F(xiàn) 高速、高精度、高穩(wěn)定度、快速響應(yīng)、高效節(jié)能的運動

改進后采用了 2套伺服控制系統(tǒng)分別控制左 右鋁箔紙盤電機，以保證其運行穩(wěn)定。左右鋁箔 紙盤電機根據(jù)主機轉(zhuǎn)動的速度對輸送鋁箔紙的快 慢進行調(diào)節(jié)。采用模擬量速度控制方式，電機的 轉(zhuǎn)速由兩個因素決定;①主機當(dāng)前的轉(zhuǎn)速，該變化 量由主電機中的增量編碼器反饒至伺服驅(qū)動器; ②鋁箔紙盤擺錘位置，該位置反映了鋁精紙的張 緊程度。當(dāng)擺錘位置過低時，說明鋁箔紙張得過 緊，電機的送紙速度需要畑快；當(dāng)擺錘位置過髙 時,說明鋁箔紙張得過松，電機的送紙速度需要降 低。該變化量由增量型旋轉(zhuǎn)編碼器通過I/。模塊 反鐲到CPU中。

由于出口傳送帶在機器正常工作時是間歌運 動，而且對每次運行的距離要求很高，所以也釆用 伺服位置控制方式，而在手動排空煙包時是連續(xù) 運行。因此，出口傳送帶的工作方式有兩種：①正 常工作時采用步進式電子齒輪工作方式，其動作 與岀口煙包推桿的動作同步，當(dāng)一包煙被推岀后, 傳送帶電機走一段距離后停下，等候下一包煙;② 手動啟動時采用模擬量速度控制方式。

5結(jié)論

改進后的機控制系統(tǒng)功能完整，運行穩(wěn) 定訶靠，有效提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性、軟件的可維護 性和機器的生產(chǎn)效率。同時也為其它卷煙包裝機 的改造提供了借簽。

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