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大工運(yùn)動(dòng)控制器在包裝設(shè)備上的應(yīng)用
劉勝戌
1、引言
包裝機(jī)械設(shè)備多通過復(fù)雜的齒輪、聯(lián)桿傳動(dòng)，目前多使用歐美品牌的控制器，實(shí)現(xiàn)電子
凸輪、多軸同步、色標(biāo)定位、位置捕捉、溫度控制、變頻調(diào)速等功能。但歐美品牌的控制器
成本一般比較高，貨期比較長(zhǎng)，對(duì)于中小型OEM企業(yè)的應(yīng)用有一定的局限性。
PEC6000分布式可編程運(yùn)動(dòng)控制器，具有結(jié)構(gòu)緊湊、功能全面、性能穩(wěn)定等特點(diǎn)，大
工針對(duì)國內(nèi)客戶的應(yīng)用需求，強(qiáng)化了網(wǎng)絡(luò)通信、從設(shè)備管理、分布式控制、控制參數(shù)自整定
等功能，形成了很高的性價(jià)比。PEC 系列產(chǎn)品每個(gè)模塊既可單獨(dú)工作，也可通過網(wǎng)絡(luò)互連
組成控制系統(tǒng)，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用方便靈活。
本文采用分布式可編程運(yùn)動(dòng)控制器PEC6000，使用 PLCOpen 控制指令，保證整機(jī)的
同步協(xié)調(diào)工作，實(shí)現(xiàn)精確、高速控制。PEC6000運(yùn)動(dòng)控制器在此方面表現(xiàn)了良好的性能。
2、系統(tǒng)工藝簡(jiǎn)介
臥式包裝機(jī)是物料充填與袋子成型沿水平方向進(jìn)行，由于水平式制袋、充填和封口，各
個(gè)工位均可以方便地進(jìn)行調(diào)整，并可以針對(duì)不同的物料情況做許多復(fù)雜的配置變化。
圖1 臥式包裝機(jī)
3、方案介紹
PEC6000分布式可編程運(yùn)動(dòng)控制器，是大工計(jì)控針對(duì)國內(nèi)工控領(lǐng)域應(yīng)用需求自主研發(fā)
的一款產(chǎn)品，其集工業(yè)以太網(wǎng)、MB+高速總線、Modbus、ZigBee 無線網(wǎng)絡(luò)為一體，在國
產(chǎn)運(yùn)動(dòng)控制中很有特色：
1）控制器本體有四路高速輸入，四路高速脈沖輸出（1MHZ），組成多軸運(yùn)動(dòng)控制系
統(tǒng)，同時(shí)可通過高速工業(yè)以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)多軸同步控制的擴(kuò)展，實(shí)現(xiàn)分布式控制；
2）支持基于PLCOpen規(guī)范的電機(jī)控制和數(shù)控控制指令；
3）支持IEC61131-3功能塊、梯形圖、指令碼，可對(duì)網(wǎng)絡(luò)中設(shè)備統(tǒng)一編程控制；
4）在通訊方面：支持基于EPA標(biāo)準(zhǔn)的高速工業(yè)以太網(wǎng)，同時(shí)支持Modbus TCP/UDP
協(xié)議、Modbus協(xié)議。支持速率高達(dá)1M bits/s的MB+總線，網(wǎng)絡(luò)通訊具有毫秒級(jí)響應(yīng)時(shí)間；
5）支持直角坐標(biāo)系、四軸串聯(lián)、四軸并聯(lián)機(jī)器人控制模型及NC控制。
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圖2 系統(tǒng)架構(gòu)
本系統(tǒng)中PEC6000采用高速脈沖控制3軸伺服裝置，實(shí)現(xiàn)同步控制。
兩臺(tái)施耐德變頻器通過Modbus協(xié)議與運(yùn)動(dòng)控制器通訊，實(shí)現(xiàn)速度控制。
HMI采用XBTGT系列觸摸屏，通過Modbus/TCP協(xié)議與運(yùn)動(dòng)控制器通訊。
主控制器PEC6000與PEC3000、PEC5000通過MB+高速總線連接，實(shí)現(xiàn)I/O毫秒級(jí)
映射。
現(xiàn)場(chǎng)溫度用PEC5000模塊采集，使用無超調(diào)PID自整定控制，溫度控制精確。
4、控制工藝
主軸變頻器驅(qū)動(dòng)的電機(jī)上帶一個(gè)編碼器，在正常運(yùn)行時(shí)，其他軸根據(jù)自己所處的位置相
應(yīng)做跟隨運(yùn)動(dòng)。放膜部分采用張力控制，使放膜輥在放膜過程中，均勻放膜。
拉膜軸通過速度控制進(jìn)給包裝膜，在每送一個(gè)袋子時(shí)，通過色標(biāo)作為前一次袋長(zhǎng)檢測(cè)觸
發(fā)信號(hào)，直接接入到運(yùn)動(dòng)控制器高速信號(hào)接口，然后通過控制器讀取實(shí)際膜長(zhǎng)，與存儲(chǔ)的標(biāo)
準(zhǔn)長(zhǎng)度進(jìn)行比較，如果有偏差的話，就在下一包進(jìn)行調(diào)整。
熱封軸跟隨主軸電機(jī)做相對(duì)同步運(yùn)動(dòng)，完成制袋功能。對(duì)應(yīng)不同材質(zhì)的包裝膜，可以調(diào)
節(jié)熱封的時(shí)間，確保制袋牢固、平整、美觀。
下料軸也是跟隨主軸電機(jī)做相對(duì)同步運(yùn)動(dòng)，在袋子到位后，對(duì)物料進(jìn)行精確填充。
制袋和封口的溫度控制，需要滿足在機(jī)器高速運(yùn)行中溫度控制精確、不超調(diào)。
5、變頻控制
施耐德的ATV312變頻器，支持Modbus協(xié)議，用PEC總線控制很方便。
5.1 ATV312的參數(shù)設(shè)置：
CTL-LAC：L3；
CTL-FR1：ndb；
CTL-CHCF：SIN；
CON-ADD：3；
CON-tbr：19200；
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CON-tfo：8n1；
5.2 PEC端口設(shè)置：
圖3 PEC端口設(shè)置
5.3 硬件連接：
PEC和ATV312之間用RJ45雙絞線作為通信電纜連接,兩端接120Ω終端電阻。
圖4 通信電纜
5.4 控制程序：
ATV312內(nèi)部控制字地址如下表：
類型 地址 代碼 說明
讀出變量 3201 ETA DRIVECOM狀態(tài)字
3202 RFR 電機(jī)頻率
寫入變量 8501 CMD DRIVECOM控制字
8502 LFR 設(shè)定頻率
表1 變頻器控制地址表
在PEC中編寫程序，將變頻器的內(nèi)部變量用功能塊SCR_W/SCW_W映射到本地寄存
器，通過對(duì)本地寄存器進(jìn)行讀寫，來完成對(duì)變頻器的監(jiān)控。
圖5 PEC讀通信指令
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用PEC和ATV312用Modbus通訊時(shí)，在PEC側(cè)Modbus的地址需要加1。
SCR_W 和 SCW_W 串行網(wǎng)絡(luò)讀寫指令，支持 Modbus 協(xié)議，可以訪問從設(shè)備資源也
可訪問同一Modbus總線上的設(shè)備。
指令運(yùn)行在Modbus總線設(shè)備映射模式下，為了保證頭頂參數(shù)L1.0能夠正確的反映當(dāng)
前通訊的狀況，需要保持EN有效直到命令超時(shí)或者響應(yīng)完畢。
圖6 PEC寫通信指令
MW102中的值為變頻器控制字8501的地址，當(dāng)MW102的值為16#000F時(shí)電機(jī)正轉(zhuǎn)。
為16#080F時(shí)電機(jī)反轉(zhuǎn)、為16#100F時(shí)電機(jī)停止。
改變變頻器正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、停止及當(dāng)前頻率值的程序如圖7所示。
圖7 變頻器的控制程序
6、伺服控制
在對(duì)Lexium 05A伺服系統(tǒng)的控制中，這里采用脈沖方式控制，運(yùn)動(dòng)位置取決于驅(qū)動(dòng)器
接收的脈沖數(shù)，運(yùn)動(dòng)速度取決于脈沖的頻率，可以實(shí)現(xiàn)點(diǎn)到點(diǎn)的位置控制和同步跟隨控制。
電機(jī)可利用PULSE方波信號(hào)的上升沿來執(zhí)行一個(gè)角增量運(yùn)動(dòng)，使用信號(hào)DIR來控制旋轉(zhuǎn)方
向。
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6.1硬件接線 ：
圖8 伺服的控制端口CN5
CN5是PULSE/DIR 輸入接口。
針腳1：PULSE,電機(jī)步進(jìn)“脈沖”；
針腳2：DIR 旋轉(zhuǎn)方向“Dir”；
施耐德Lexium 05A伺服內(nèi)部的脈沖接口內(nèi)置有5V電源，使用中不需要串接電阻，可
以直接連接。PEC與Lexium 05A的接線圖如下圖9示：
圖9 伺服的控制接線圖
6.2 控制參數(shù)設(shè)置：
脈沖控制方式可以通過驅(qū)動(dòng)器的面板或 Powersuite 軟件來設(shè)置。這里用 Powersuite
軟件設(shè)置對(duì)Lexium 05A參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。