西门子模块6ES7253-1AA22-0XA0库存充足
随着包装和印刷业的迅猛发展，对包装及印刷产品的品质和规模的要求也越来越高，使得包装和印刷工业的设备日渐趋向自动化。无论是大幅度降低成本，或是增加产量，建立灵活、快捷、完善的开发、生产和销售体系是企业面临的直接挑战。而拥有一个运动定位控制、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讯等功能的开放式控制系统的设备，无论对包装和印刷企业或是设备供应商来说都是非常重要的。因为只要稍稍提高一下设备的自动化程度便可大大提高产品的品质和产量。
由于有经验的熟练工人的匮乏和生产需求的增加，使得人们对具有完善自动化性能的包装或印刷设备寄予厚望，希望它们功能强大、操作简便和控制灵活。用多控制系统取代以往的单轴控制系统以提高生产的灵活性便是一个典型的例证，但仅仅这些还是不能令人满意的。不同的设备有不同的控制要求，这就需要控制系统能够灵活完成多种不同的控制要求和过程。例如：铝塑包装生产线需要具有温度控制、定位切割、检测、废品排除、顺序控制、步进电机调整、变频调速、伺服电机调速以及电子凸轮控制等功能。多色印刷机则需要多台伺服电机、步进电机和变频调速并相互协调控制。有的则需要包装和印刷在一条生产线上完成，例如：二次成型PE塑胶软管包装生产线就需要押出、切管、接头、多色印刷、上光、干燥、烫金和封尾等多道工序连续控制。每个部分即可做单机，多台单机通过灵活的网络连接即可组成一条全自动生产线。所有这些便是全自动包装或印刷生产线所应具备的功能。
为了完善包装和印刷机器的自动化功能，各生产厂家的电气技术人员做了大量工作，但都因控制系统的局限性而无法真正完善。大部分的设备厂家所能做的只能是温控表（或压力表等）+ PLC（逻辑控制器） + 运动控制器（电位计或继电器控制等） +其他检测设备等，相互之间无法达到协调运行，只能靠操作者人为调整。由于人为因素比较大，产品质量无法达到稳定，产量难以提高。这个问题直到90年代初奥地利贝加莱（B&R）公司的PCC（可编程计算机控制器）在包装和印刷机器上的逐渐应用才得以解决。
贝加莱PCC的控制特点在于不但能够进行敏捷而jingque的定位、温度控制和压力控制，还具有快速准确的横切，灵活便捷的网络通讯以及电子凸轮、电子齿轮等功能。所有这些功能都是通过软件调用一些功能函数并控制相应的定位模块和温度控制等专用模块来实现的。
众所周知，传统的可编程逻辑控制器-PLC的主要功能是逻辑控制（开关量控制），它也有定位模块和过程模块，但它是作为附加模块附加到PLC上的，在硬件上与PLC之间存在接口，在软件上又无法在PLC程序中统一编程控制。而PLC的操作系统循环周期是无法限定的，它的循环周期跟程序长短有关。用,PLC来控制包装机器上的快速和jingque的传动定位特别像横切、飞剪、电子凸轮、电子齿轮以及纠偏等功能和jingque的过程控制（温度、压力等PID调节）就有点力不从心了。
例如，在铝塑包装生产线中就可分为铝塑包装机和装盒机两个单机，在运用了贝加莱PCC作为控制系统后，铝塑包装机的温控、压膜、分粒、检测、调速、定长及剪切便由PCC统一进行全自动控制，并可在一个图文操作界面中进行操作、参数设定和故障诊断。同样，装盒机的步进电机调整装盒数量、速度调整、电子凸轮控制及顺序控制等也都是由贝加莱PCC来完成的。并同样配有一个图文操作界面。它们不但可以单机进行自动运行，也可以通过一条通讯电缆联机实现全自动运行。它的速度已经远远超过传统可编程逻辑控制器-PLC所能达到的运行速度。这完全依赖于它拥有具备分时多任务能力及工业计算机计算功能的贝加莱PCC控制系统。
图Uhlmann公司的铝塑包装机
贝加莱可编程计算机控制器（PCC）是一种面向过程控制、运动控制和网络控制的专用控制系统，是集标准PLC，数控系统和工业控制计算机的性能特点于一体的智能控制器。
它不仅可以用梯形图（LAD）和指令表（STL）编程，还提供了结构化语言PL2000（类似C语言），从而提供了强大的数据运算和处理能力。它的硬件和软件都是模块化的，可以根据设计者的控制需要组合成具有厂家应用特点的专用控制系统，并具有灵活自由的联网和扩展能力。
它所有的模块（包括运动模块、温控模块等智能模块）与PCC通过一个系统总线进行连接通讯，中间没有接口，并且还具有分时多任务操作系统，程序循环周期可以设定，短可以设到1ms。
但作为运动控制模块本身就是一个智能模块（模块内部有自己的CPU），闭环回路本身调节过程是由智能模块自己完成的，用户只需要通过调用相应的功能函数来控制运动定位过程。而过程控制的PID调节也可以达到50us 一个回路。
贝加莱还拥有各种型号和档次的人机界面和IPC可以根据用户的需要选择，它的画面和按键都可以根据用户的需要随意定义，使得控制系统的操作方式和控制方式都能很好地体现厂家的风格和技术特点。
贝加莱公司愿意同国内所有的包装和印刷设备厂家一道开发出令用户满意的设备，即能够对产品的更迭、尺寸或色数和变化、形状的变化以及生产周期的缩短作出即时反应的设备。
随着电子技术、计算机技术、自动控制与自动检测等技术的高速发展，以及在机床行业的广泛应用，让机械制造设备具有高精度、高效率、高自动化和高柔性化等优点，这就产生了代替普通机床的数控机床。
•数控车床是数控机床的主要品种之一，它在数控机床中占有非常重要的位置，几十年来一直受到的普遍重视，并得到了迅速的发展。
•主轴是车床构成中一个重要的部分，数控车床的主传动采用的无极变速系统，有两种：变频和伺服。
•由于变频器的，维护成本低，使用非常普遍。采用变频器控制，对于提高加工效率，扩大加工材料范围，提升加工质量都有着很重要的作用。
某数控车床厂采用了HLP-NV系列变频器，其出色的性能，得到厂家的好评。
CK6136型数控车床
•主电机为4kW
•额定电流为9.9A
•转速为970转/分钟
•额定频率为33Hz
•电机和主轴的传动比为1：2
主轴要求
•转速为40~2000r/min
•加速时间 2s
•减速时间 3s
测试数据：
•材料64#钢
•主轴转150 r/min
•走刀为32 mm/min
•单边进刀6mm
•主轴转速偏差为±2r/min
•变频器输出电流8.5A
（注：不同机床偏差范围不同)
1 引言
纸护角用于包装纸箱的边角加固，参见图1所示。纸护角由纱管纸和牛卡纸经成套护角机定型压制而成，两端面光滑平整、无明显的毛刺，且相互垂直。纸护角广泛应用于电子电器、高科技产品、家倶等产品的包装和运输。纸护角又称纸槽钢、纸包角、护角板、护角条、纸角铁、纸角条、护角纸板、边缘板、角纸、纸角钢。纸护角可与缠绕膜、打包带、纸免熏蒸托盘等配套使用，实现中重型全纸质自然降解环保包装。纸护角包装操作简易方便，抗压堆垛承重坚固，是国际物流业的先进包装技术。
图1 纸护角
上海某包装机械设备制造商客户的数控高速护角机用于高速定长切割各种长度的护角材料。纸护角切割方式与飞剪方式不同，属于追剪控制。伺服电机往返运动，在同步区和送料速度一致，完成剪切，迅速反向返回。该客户设备原采用普通PLC控制，无法稳定实现追剪定长切割控制生产需求，主要问题在于高速运行时同步精度差。基于设备需求，台达提供了DVP-20PM00D运动控制型PLC的电子凸轮解决方案，经过实际应用，完全达到客户预期要求。
2 台达DVP-20PM00D解决方案
高速数控护角机由机架、测量机构、切刀机构、皮带传动和电控系统组成，如图2所示。
图2 数控高速护角机
2.1 运动控制PLC简介
台达DVP-20PM00D是一款具有运动控制专用功能的可编程控制器。DVP-20PM00D的大特点是PLC主机直接提供电子凸轮功能，或者说DVP-20PM00D是内置电子凸轮功能的PLC,有些场所直接称呼DVP-20PM00D为台达20PM运动控制器，如图3所示。
20PM具有2路500KHz的输入与输出，在电子凸轮功能中定义X轴为从轴，编码器输入轴为主轴，当定义好CAMTable后，从轴依据定义的曲线跟随主轴运动。采用高速双CPU结构形式，利用独立CPU处理运动控制算法，可以很好地实现各种运动轨迹控制、逻辑动作控制，直线/圆弧插补控制等，数控高速护角机正是利用了20PM运动控制器的电子凸轮功能很好的解决了上述高速切割时出现的不等长等问题。20PM的主要特点：
（1）20PM适用于高速、高精度、高复杂的运动控制场合；
（2）多段速执行及中断定位；
（3）64K 大容量, 内置Flash存储体；
（5）两组差分脉冲输出，高脉冲输出达500KHz；
（6）两组手摇轮控制；
（7）内置电子凸轮功能，轻松实现绕线、飞剪、追剪等应用；
（8）支持PLC顺序逻辑控制及NC控制(G 码与M码)。
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| 图3 台达运动控制器DVP-20PM00D |
2.2 高速追剪解决方案分析
普通PLC一般利用高速计数，通过编码器输入到PLC内置高速输入点，高速输入編碼连接定长压轮,采集线速度,采集來的脈沖頻率乘以一定的速比,作為输出高速脉波驱动伺服,将动作速度与护角的线速度的速比进行简单速度同步，编码器的数值与预设长度的数值比较,达到预设值時，比如650PULSE,产生中断,就是使切刀动作。这种方法切刀動作總是在滯后動作，受線速度，PLC运算影响，同步精度差，计算量大，CPU处理时间较长，会出现定长不均匀等问题，严重影响成品的质量。在低速的情况下（10米左右速度）尚可基本达到要求，对于超过20米速度时就会长短不一，误差在2毫米以上。
20PM内置电子凸轮功能，采用独立运动处理芯片，通过硬件方式，能够实时处理主从轴之间的运动关系，2轴同步控制时间小于0.5ms，从而保证高速时主轴与从轴之间的位置和速度关系，解决高速时长短不一的问题，达到客户设备极限50米的生产速度，误差基本上在0.1MM之内。基于20PM的高速追剪解决方案硬件配置如表1所示。
表1 硬件配置
基于20PM的高速追剪解决方案电子凸轮软件设定如图4所示。图示追剪控制的CAM（数控编程）图，与飞剪控制的CAM图有些变化，观察CAM的速度关系图，运动机构反复运转，在同步区和物料送料速度一致，完成剪切后迅速反向返回，在同步区和物料送料速度一致。编码器脉冲输入与PLC脉冲输出完全按照轨迹一一对应，无须经过PLC程序扫描。克服了过去高速时定长误差大，电机经常过冲等问题。
图4 电子凸轮软件设定
3 结束语
通过20PM在高速护角机切割设备成功应用，可以扩展到其它类似追剪控制的场合，例如饮料填充，其动作与追剪动作相同，只机构由刀子换成了注射口。通过变换不同的控制曲线，该功还能广泛应用于各种较高要求的运动控制中,例如在纺织机械中电子凸轮细纱机、包装机械的连续灌装动作、立式包装的横切热封动作、金属加工中的弹簧变径加工、剪板折弯等中都会使用到20PM的CAM（数控编程）功能
目前国内四电机粗纱机多采用工控机和PLC或单板机相结合作为主控系统，由上位工控机完成运算功能，PLC或单板机完成控制驱动。但由于工控机抗干扰能力不强，常常造成系统稳定性较差，而单板机的故障率又相对较高，使得粗纱机的综合性能不尽人意，成本也相对较高。
二纺机EJK211型粗纱机采用PCC的分布式模块化控制结构及贝加莱AutomationStudio系统，集分析运算和控制驱动于一体，调速系统采用贝加莱ACOPOS系列伺服驱动器，通过CANopen总线控制方式，提高系统的综合控制性能，降低故障率，实现EJK211型粗纱机控制系统的完美方案，并具有张力检测与自动控制、自动落纱等功能，锭翼速度高可达1800r/min。通过软件优化性设计，实现了整机总功率小化，整机功率为22kW。
a.控制方案
主控制系统由贝加莱PowerPanel(PP41)组成，完成粗纱机的各项电气控制功能和数据运算，通过人机界面进行基本的工艺参数设定，如高车速、支数、加捻度、径向卷绕密度、轴向卷绕密度、卷绕系数、纺纱系数等，参数可随时修改、调用和存储。所有的参数对应了一组参数也对应于一种纱纺制，多可有30种配方。故障报警显示、开车情况及效率显示、数据查询、粗纱机的调试及维护等任务也均通过PP41完成。其主要参数性能如下：
显示界面为6inch、QVGA240×320像素、黑白显示；共计40个键，其中16个键的标识可按用户要求更换并带有LED指示；1.5MB内存实时时钟；2MB的存储卡，可保存、调用必要参数；系统自带RS-232及CANbus接口；系统自带10DI、9DO。
b.配置方案
（1）主控制系统采用PP41系统，驱动系统采用ACOPOS多功能驱动器，CANbus（500k传输速率）总线控制方式；
（2）应用电子齿轮、虚拟轴等功能，实现虚拟主轴对等同步、驱动锭翼、筒管、罗拉、龙筋四电机同步运行。
（3）通过CANbus，在ACOPOS1（锭翼）建立虚拟主轴，快每400μs向网上实轴发送(高优先级)位置指令，并由各ACOPOS驱动器完成同步实时控制。实际证明，循环周期为2ms时，已能满足粗纱机的动态同步精度。
系统配置如图1。
c.控制说明
本套控制系统通过CAN bus总线方式控制变频器，实现四电机的有效同步。利用CANbus高速通信，可克服模拟量、串行通信及传统的工业总线的缺陷，数据收发方式灵活，采用非破坏性基于优先权的总线仲裁技术，具有暂时错误和性故障节点的判别及故障节点的自动脱离功能，使系统其他节点的通信不受影响；CAN具有出错帧自动重发功能。信号传输用短帧结构（8bit），实时性好，受干扰的概率低，具有极好的检错效果。采用统一的标准和规范，使各设备之间具有较好的互操作性和互换性，系统的通用性好。通信介质可采用双绞线，无特殊要求，现场布线和安装简单，易于维护。CAN总线实时性强、可靠性高、结构简单、互操作性好，利用PP41自带CAN口不增加成本，在百米之内高波特率可以达到500k，能以低廉的成本来实现优控制。
以锭翼电机作为主动电机，使其按照设定速度运转。筒管、罗拉和升降电机作为从动电机，由PCC根据锭翼电机转速并附以纱线张力反馈，按照数学模型运算后得出它们的转速，通过CANbus总线控制变频器调整电动机转速。
由于CANbus所具有的独到优势，可使粗纱机轻易地获得良好的同步特性和升、降速时间。以锭翼电机转速为1600r/min为例，升速时间可控制在10s内，减速为5s以内。
变频器采用共直流母线方式联接，也可大大提高升降速性能并降低系统能耗。
d.采用贝加莱一体化配置控制系统的优势
（1）EJK211粗纱机采用贝加莱一体化控制方案，通过CANOpen方式控制ACOPOS系列驱动系统,充分发挥贝加莱ACOPOS系列驱动系统的处理能力,具有更快的响应特性和控制精度。
（2）贝加莱PCC的独特硬件结构使其具备进行复杂分析运算的能力。在其核心的运算模块内部，PCC为其CPU配备了数倍于常规PLC的大容量存储单元(100k~16M)，为控制系统和应用软件提供了监视的硬件基础。
（3）贝加莱变频控制系统提供了许多功能强大的化功能运动控制功能块，如电子齿轮、电子凸轮、转矩控制、触发定位、鼓序列发生器、CNC等。可满足各种控制需求，实现同步控制功能。贝加莱控制器还可实现梯度提速，用户可设定期望达到的速度和达到该速度所需的时间，PCC以固定的加速度达到设定速度。
（4）的品质统计管理系统，自动监控生产过程中的各种重要数据，方便用户进行质量管理。
（5）贝加莱强大的内嵌式网络功能，可将该单机设备方便的连接到生产过程控制网络，进行生产过程监控。作为未来构成分布式现场I/O控制的主要角色之一，PCC为此提供了十分灵活多样的解决方案。Ethernet现场总线如：POWERbbbb、CAN、Profibus (FMS, DP)、 INA2000、 RS485等，可实现多层次网络结构(管理层,控制层和现场层)。
（6）PCC提供了有效的功能，可实时监测外部参数，发现异常参数时可显示故障名称、故障发生时间和消除时间，并采取相应措施。PCC还能对硬件模块进行自检，及时发现硬件本身的错误。
（7）PCC提供了丰富的在线帮助系统，帮助客户了解整个系统的操作方法。并可指导用户在系统报警时采取相应的措施。
（8）贝加莱有功能强大的软件开发平台,能够为用户开发出具有个性化的控制软件。
（9）一套软件适应多种机型,且系统为软硬件模块化，随意扩展。
（10）远程诊断功能和机群网络功能。
通过Modem或Internet的WebServer远程功能，可实现对任何地方的机器在线诊断与调试。控制系统上的Ethernet接口可实现机群联网，实现工厂自动化。
实践证明，贝加莱新一代PCC完全适用于棉纺粗纱机的控制系统。它不仅保证了良好的纺纱性能，还相应提高了系统的综合控制功能，降低了故障率，配以经济实用的人机界面，使操作变得更加简单方便，使整个设备的档次有了较大提高。