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摘要：本文主要介紹了德國(guó)倍福（BECKHOFF）基于PC的控制技術(shù)在瓦楞紙板印刷機(jī)上的應(yīng)用。以基于PC的控制系統(tǒng)--PC-BASE系統(tǒng)為主體，并與上位機(jī)以及HMI之間建立通訊，能高速、高效的完成瓦楞紙板印刷機(jī)控制需求。
關(guān)鍵詞：BECKHOFF PC-BASE 上位機(jī) 瓦楞紙板印刷機(jī)
一、 項(xiàng)目簡(jiǎn)介
1、 項(xiàng)目背景
基于倍福PC-BASE系統(tǒng)的瓦楞紙板印刷機(jī)，其研發(fā)地點(diǎn)位于湖北京山輕工機(jī)械股份有限公司。湖北京山輕工機(jī)械股份有限公司主要以紙板、紙箱的生產(chǎn)和研發(fā)為主，是中國(guó)最大的紙板、紙箱包裝機(jī)械生產(chǎn)和出口基地之一，是中國(guó)輕工總會(huì)和中國(guó)包裝總公司定點(diǎn)生產(chǎn)紙制品包裝機(jī)械的最大骨干企業(yè)之一。
此次研發(fā)的印刷機(jī)系我公司在原有印刷機(jī)基礎(chǔ)上，對(duì)設(shè)備結(jié)構(gòu)進(jìn)行了升級(jí)改造，對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行了更新，增加了自動(dòng)換單系統(tǒng)、生產(chǎn)管理系統(tǒng)、遠(yuǎn)程診斷和維護(hù)系統(tǒng)，極大地提高了設(shè)備的自動(dòng)化程度。
2、 設(shè)備工藝介紹
1、 軌道 2、送紙部 3、印刷部 4、開(kāi)槽部 5、模切部
圖1 整機(jī)示意圖
印刷機(jī)設(shè)備主要由軌道、送紙部單元，印刷單元，開(kāi)槽單元和模切單元組成。其中，軌道為其他部件的支撐體，用于承載其他部件的質(zhì)量和引導(dǎo)其移動(dòng)；送紙部是印刷機(jī)的起始部分，它是將送紙桌上的紙板自動(dòng)、連續(xù)、準(zhǔn)確的送入印刷、開(kāi)槽以及模切等部分，紙板通過(guò)送紙部后，表面變得清潔，從而使印刷質(zhì)量得到了有效保證；印刷單元一般由1~6組相同的設(shè)備組成。每個(gè)色組對(duì)應(yīng)一種顏色，紙板經(jīng)過(guò)印刷單元時(shí)候，依靠紙板與印版之間的重合，使印版上的油墨附著在紙板上，從而完成對(duì)紙板的印刷；開(kāi)槽單元承接印刷完畢的紙板，對(duì)紙板進(jìn)行壓痕、修邊、開(kāi)槽、切角、打孔等加工，使印好的紙板變成紙箱箱坯；模切單元對(duì)印刷好圖案文字的紙板進(jìn)行紙箱箱坯的滾切加工。紙板依次進(jìn)過(guò)送紙、印刷、開(kāi)槽和模切（可選）后，成為印好圖案的紙箱，再經(jīng)過(guò)后續(xù)設(shè)備的加工處理，就可以變成完成完整的紙箱了。根據(jù)紙板的規(guī)格，印刷效率一般在每分鐘100~300片之間。
3、 項(xiàng)目硬件組成
針對(duì)印刷機(jī)的控制需求，此次用到的控制系統(tǒng)的硬件設(shè)備主要由以下幾個(gè)部分組成：
表1 ：印刷機(jī)控制系統(tǒng)硬件組成
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序號(hào) |
型號(hào) |
產(chǎn)品類型 |
廠家 |
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1 |
C6640-0010 |
IPC（TwinCAT PLC） |
BECKHOFF |
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2 |
EK1100 |
EtherCAT 耦合器 |
BECKHOFF |
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3 |
EL1008 |
8Di |
BECKHOFF |
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4 |
EL2008 |
8Do |
BECKHOFF |
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5 |
EL5152 |
2通道增量編碼器反饋模塊 |
BECKHOFF |
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6 |
EL4102 |
2通道模擬量輸出 0-10V |
BECKHOFF |
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7 |
EL9011 |
末端模塊 |
BECKHOFF |
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8 |
EK1122 |
EtherCAT星型拓?fù)浣涌诙俗幽K |
BECKHOFF |
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9 |
ZS1090-0003 |
網(wǎng)線接頭 4針 |
BECKHOFF |
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10 |
HMISTU855 |
觸摸屏 5.7寸 |
Schneider |
4、 項(xiàng)目設(shè)備圖片
采用此系統(tǒng)，我們開(kāi)發(fā)了兩款不同規(guī)格的印刷機(jī)，如圖所示為其中一款機(jī)型。紙板最大印刷機(jī)面積為2200mmX3500mm。
圖2 整機(jī)設(shè)備
圖3 遠(yuǎn)程I/O模塊
二、 控制系統(tǒng)構(gòu)成
圖4 控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖
印刷機(jī)整個(gè)控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖所示。工控機(jī)（IPC）為控制的主體，利用倍福TwinCAT自動(dòng)化軟件編寫(xiě)邏輯控制程序在工控機(jī)上運(yùn)行，通過(guò)EtherCAT高速以太網(wǎng)現(xiàn)場(chǎng)總線來(lái)收發(fā)各機(jī)組遠(yuǎn)程I/O端子模塊信息，同時(shí)運(yùn)行生產(chǎn)管理系統(tǒng)軟件，對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行管控；各機(jī)組上安裝HMI，通過(guò)TCP/IP協(xié)議與IPC建立通訊，以顯示各部分的工況和調(diào)整工藝參數(shù)。
三、 控制系統(tǒng)完成的功能
1、 設(shè)備的邏輯過(guò)程控制
利用倍福TwinCAT自動(dòng)化軟件的PLC功能，編寫(xiě)邏輯控制程序，控制設(shè)備的啟停、移動(dòng)、位置顯示調(diào)整等。
各部分的功能寫(xiě)成獨(dú)立的程序段，相同功能寫(xiě)成功能塊，便于多次調(diào)用，同時(shí)也便于程序的可移植性。
圖5硬件配置
圖6 程序功能塊示例
2、 生產(chǎn)管理
利用高級(jí)語(yǔ)言編寫(xiě)上位機(jī)程序，應(yīng)用在工控機(jī)上。通過(guò)BECKHOFF固有通訊方式與TwinCAT的PLC程序進(jìn)行通訊，可以輸入訂單、發(fā)送換單指令到印刷機(jī)的各部分，各部分按照指令，進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。同時(shí)，生產(chǎn)管理系統(tǒng)，能收集各部分的生產(chǎn)狀態(tài)信息并保存于計(jì)算機(jī)中，以便查閱。管理系統(tǒng)主界面如圖所示。
圖7 生產(chǎn)管理系統(tǒng)主界面
3、 遠(yuǎn)程診斷、維護(hù)
必要時(shí)將工控機(jī)接入Internet，工程師就可以通過(guò)Internet遠(yuǎn)程操作方式，觀察現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的工況。同時(shí)，還可以對(duì)程序進(jìn)行升級(jí)和更新。
4、 視頻監(jiān)控
在印刷機(jī)上安裝無(wú)線網(wǎng)絡(luò)攝像頭，在顯示器上就可以看到印刷機(jī)的運(yùn)行情況。如接入Internet，還可以將現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行狀態(tài)發(fā)送到異地辦公系統(tǒng)及工程技術(shù)人員�？梢苿�(dòng)的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)攝像頭特別適合于工程師查找現(xiàn)場(chǎng)故障。
圖8 網(wǎng)絡(luò)攝像頭監(jiān)控畫(huà)面
四、 項(xiàng)目運(yùn)行
此產(chǎn)品在京山輕機(jī)2012年5月份的新產(chǎn)品展示會(huì)中推出的兩款不同規(guī)格的印刷機(jī)中得到了完美的展示。
五、 開(kāi)發(fā)體會(huì)
經(jīng)過(guò)近兩個(gè)月的程序編寫(xiě)和安裝調(diào)試，我們?cè)诶肂ECKHOFF基于PC的控制技術(shù)進(jìn)行開(kāi)發(fā)過(guò)程中也有如下體會(huì)：
1、在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)之前，我們做了大量的市場(chǎng)調(diào)查和方案對(duì)比。發(fā)現(xiàn)在相同性能下，此套控制系統(tǒng)相對(duì)于其他系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，如西門(mén)子、施耐德等，價(jià)格略低，價(jià)格上相對(duì)于其他品牌產(chǎn)品來(lái)說(shuō)具有一定的優(yōu)勢(shì)。
2、基于PC的控制網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)清晰、明了，施工工藝簡(jiǎn)單，特別是遠(yuǎn)程I/O控制模式特別適宜于一對(duì)多的管理。同時(shí)將PLC控制系統(tǒng)和上位機(jī)管理系統(tǒng)植入到同一個(gè)工控機(jī)，既降低了成本，也大大減小了上位機(jī)與下位機(jī)之間進(jìn)行通訊而造成的開(kāi)發(fā)難度。
3、基于PC的編程軟件TwinCAT通用性較強(qiáng)，與目前常見(jiàn)的NC系統(tǒng)如力士樂(lè)、施耐德等編程一致，且簡(jiǎn)單易學(xué)，易于程序的編寫(xiě)和調(diào)試，節(jié)省人力和物力。
當(dāng)然，這套系統(tǒng)也存在一定的缺點(diǎn)，其對(duì)工控機(jī)的硬件和軟件依賴性很高，需保證良好的工控環(huán)境和網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。如非法操作造成的硬盤(pán)損壞和接入網(wǎng)絡(luò)后中毒都有可能控制系統(tǒng)的損壞。
參考文獻(xiàn)
1、TwinCAT PLC 編程手冊(cè)（2011 更新版）。
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