摘 要：熱熔貼標機的主要工藝流程包括送標和送瓶，要求轉速快，定位精度高。本文介紹了采用B&R高性能的PCC和伺服驅動器構成控制系統，并利用其電子凸輪技術實現既定的控制效果，因而大大減少了機械設計和制造成本以及運行磨損量，提高了控制精度和使用壽命。
關鍵詞：貼標機；可編程計算機控制器；ACOPOS伺服驅動器；電子凸輪
1.引言
隨著食品飲料行業的快速發展，極大地推動了貼標機市場的發展，貼標機的市場前景變的越來越廣闊。在中國的貼標機市場中高品質的設備主要是國外進口的，產品的成本與維護費用都非常高，而國產設備無論是運轉速度還是定位精度都與國外設備有一定的差距，針對這種情況，利用貝加萊(B&R)公司產品研發出一種高轉速(36000瓶/小時)、高定位精度(±0.2mm)的熱熔機貼標機，使設備達到國外同類設備的性能指標。
貝加萊(B&R)公司的PCC控制系統與ACOPOS伺服驅動系統可靠性高、功能強大，自帶電子凸輪(CAM)功能，非常適合熱熔機貼標機這種高速度、高精度要求的設備。
2.工藝簡介
1．標紙托盤 2．張力調節 3．標紙糾偏 4．色標檢測 5．送標軸
6．切標，定刀軸 7．上膠軸 8．真空抓標，動刀軸 9．主機轉臺
圖1 貼標機的基本組成
熱熔貼標機工藝流程主要包括送標、送瓶。送瓶過程簡單，主要是把輸送過來的瓶體由進口星輪引導到主機轉臺，主機轉臺旋轉到上膠輥位置完成貼標動作，標簽貼好后，瓶體由出口星輪移出主機轉臺進入到輸送帶。送標過程要復雜一些，未切斷的整盤標紙在送標伺服電機牽引下，從標紙托盤引出，首先經過張力調節環節的調整，保證了輸送過程中的穩定張力，然后進入糾偏校正調節環節，使得標紙穩定在原來的位置，調整后的標紙經過色標傳感器進入送標膠輥，在膠輥的輸送下標紙經過轉動刀鼓被真空吸附，輸送到定刀位置，在定刀與動刀碰撞的位置，標紙被切斷，切斷的標紙繼續被真空吸附在轉動刀鼓上，隨后傳送到上膠輥位置，標紙被上膠輥抓標，上膠，轉到主機轉臺位置完成貼標動作。結合送標和送瓶流程，便完成了一次完整的貼標動作。
3.系統硬件配置
3.1 可編程計算機控制器(PCC)的概念
20世紀90年代中期，隨著計算機技術、網路通信技術、自動控制技術的飛速發展，可編程控制器技術已不再是傳統意義上的可編程控制器，其網路通信能力、智能控制能力、數學處理能力等得到飛躍式提升。1994年貝加萊公司提出了可編程計算機控制器概念，簡稱PCC。
PCC(Programmable Computer Controller) 是一種可編程計算機控制器，本質上也是一種PLC，只不過與傳統的PLC相比較，它有著更強大的功能：PCC在一個CPU上集成了分時多任務操作系統，成功構筑了實時的多應用程序的運行平臺；多種編程語言包括順序功能圖、梯形圖、指令表、結構文本及高級語言（Automation Basic，ANSI C）可供選擇；它直接應用于工業環境，具有更強的抗干擾能力、更高的可靠性、廣泛的適應能力和應用范圍；大容量的存儲能力、標準通信接口，基于過程總線的系統互聯、高級語言開發和運行環境，自診斷能力，都使得PCC在包裝以及其它行業（紡織、印刷、機械、電力等）的應用具備了出色的友好平臺。
3.2 B&R伺服驅動器(ACOPOS)概述
貝加萊伺服驅動器(ACOPOS)是全數字智能型伺服驅動器，是緊湊的模塊式結構，支持工業以太網POWERLINK通信，能夠與PLC一起組成完整的運動控制系統，滿足復雜的、高動態特色的運動控制要求，實現諸如點到點運動控制、速度控制、扭矩控制、電子齒輪、電子凸輪、橫切、飛鋸、色標控制、套色糾偏控制等任務。如圖2所示。
圖2 ACOPOS伺服驅動器
貝加萊ACOPOS伺服驅動器不同于普通的伺服驅動器的功率放大功能，它是一個內部集成了很多功能塊可供調用的智能型伺服驅動器，例如，電子凸輪、電子齒輪、虛擬主軸等均包含在驅動器內，并且ACOPOS本身也具有很強的計算功能，可以根據運動參數自行完成復雜的曲線計算。
3.3 系統硬件組成
圖3 控制系統的硬件組成
如圖3所示，該控制系統的硬件包括了集顯示與控制一體的PowerPanel屏、X20系列的I/O模塊，智能型的ACOPOS伺服驅動器和同步電機。顯示屏內嵌分時多任務操作系統，完成邏輯控制、參數賦值等功能；ACOPOS伺服驅動器采集主軸編碼器信號與色標信號，利用電子凸輪(CAM)功能完成送標動作，同時利用LATCH功能計算色標偏差，進行送標軸運動補償。
4.應用軟件設計
4.1 分時多任務操作系統介紹
常規PLC大多依賴于單任務的時鐘掃描或監控程序來處理程序本身的邏輯運算指令，整個應用程序采用一個循環周期，在一個較復雜的控制系統中，有的數據變量的實時性要求很高，但也有很多大慣量的模擬量對實時性要求不高，采用同樣的刷新速度實質上是對資源的浪費。貝加萊的PCC引入了大型計算機的分時多任務操作系統理念，采用分時多任務的運行機制，使得應用任務的循環周期與程序長短并不是緊密相關，設計人員可根據工藝需求自由設定應用程序的優先執行順序，控制周期按照用戶的實際要求設定，滿足實時控制的要求。
對于貼標機這種對實時性要求比較高的控制系統，非常適合應用貝加萊的分時多任務操作系統，它可以根據不同任務對實時性能的不同要求，指定不同的優先等級，并可靈活設定每個任務的循環時間，使得這些任務模塊既相互獨立運行，數據又相互關聯，從而實現確定的分時多任務控制，使得整個項目結構化、模塊化，更加合理。如圖4所示。
圖4 分時多任務程序
4.2 電子凸輪(CAM)功能
電子凸輪是伺服運動控制在多軸同步控制中的一種方式，它可以實現主從軸之間復雜不規則的凸輪曲線關系。電子凸輪可以說是利用程序的方式完成機械凸輪控制所需要的軌跡，實現主軸和從軸的嚙合運動。由于使用電子凸輪代替了機械凸輪，使得機械設計及加工工藝大大簡化，并避免了使用過程中的機械磨損的問題。因此電子凸輪的功能在很多工控行業中有廣泛的應用。
貝加萊ACOPOS伺服驅動器是智能型伺服驅動器，如電子凸輪功能已經包含在驅動器內，它可以根據運動參數，如貼標機色標長度、主軸長度、運行速度等自行計算出加減速曲線和同步區間等關鍵運行曲線。我們充分利用這些功能，通過設定色標長度與切刀角度的對應關系，構筑電子凸輪(CAM)關系，完成送標軸的跟隨功能。
4.3 送標伺服的控制
在送標控制系統中，我們把切刀軸設定為主軸，送標伺服軸作為從軸，主軸與從軸通過ACOPOS伺服驅動器自帶的電子凸輪(CAM)功能建立跟隨關系，主軸旋轉一周，從軸送一個標簽長度(單刀)或兩個標簽長度(雙刀)，在送標運行過程中同時通過色標傳感器檢測色標位置，利用ACOPOS伺服驅動器自帶的LATCH功能，鎖存主軸位置，與計算出的理論位置進行比較得出偏差值，并把偏差值補償到送標軸上，從而達到切標位置的準確控制。控制流程如圖5所示，計算偏差與補償值監視如圖6所示。
圖5 控制流程
圖6 偏差值/補償值監控
5.結語
貝加萊硬件采用模塊化設計，使得設計、安裝非常容易，軟件上的分時多任務操作模式使得項目程序模塊化，結構簡明，調試周期縮短，ACOPOS伺服驅動器的高性能保證了送標、切標的高速度、高精度，達到了設定的性能指標<
