臥式包裝機(jī)是非常傳統(tǒng)的用于塊狀食品包裝的設(shè)備，但是，隨著個(gè)性化的生產(chǎn)越來越多，而機(jī)器也需要經(jīng)常的程序變更，給制造企業(yè)的電氣工程師帶來很多困惑，而貝加萊為其提供了基于mapp的開發(fā)，由于采用可服用的模塊化功能，機(jī)器并不需要復(fù)雜的開發(fā)，大部分的開發(fā)工作僅需一些軟件的配置即可完成，通過mapp機(jī)器的開發(fā)效率將大幅度提高，專業(yè)機(jī)構(gòu)的評(píng)測可以降低67%的機(jī)器軟件開發(fā)時(shí)間。
1.臥式包裝系統(tǒng)需求
臥式包裝是最為常見的食品或醫(yī)藥包裝設(shè)備，用于對(duì)塊狀產(chǎn)品如餅干、糖果、肥皂進(jìn)行塑料薄膜包裝并進(jìn)行熱封成品的過程。通常采用鏈道擋板將產(chǎn)品分為均勻的獨(dú)立個(gè)體，然后上下的薄膜分別通過放料軸進(jìn)行包裹，并進(jìn)入熱封刀裁切單元進(jìn)行裁切封邊成為成品，其加工過程如圖1所示。
1.1性能指標(biāo)
圖1-系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
在該系統(tǒng)設(shè)計(jì)初期，設(shè)計(jì)速度為150包/分鐘，對(duì)于裁切精度按照行業(yè)提出了+/-0.2mm的要求，并且需要實(shí)現(xiàn)一些功能包括無料不包裝、配方管理、用戶管理、機(jī)器的狀態(tài)監(jiān)測等功能，當(dāng)然，為了滿足機(jī)器未來的長久集成，也提出了開放互聯(lián)的要求，作為選項(xiàng)預(yù)留在系統(tǒng)中，以待機(jī)器銷售至終端用戶處進(jìn)行集成時(shí)的預(yù)留。
1.2功能設(shè)計(jì)
臥式包裝機(jī)需要的功能包括以下幾個(gè)方面：
(1).用戶管理：需要針對(duì)不同的機(jī)器操作人員設(shè)置不同的等級(jí)密碼管理，工程師可以進(jìn)入程序修改，而現(xiàn)場操作人員僅對(duì)狀態(tài)進(jìn)行操作。
(2).配方管理：需要針對(duì)50組不同的配方進(jìn)行存儲(chǔ)管理，并且可以采用USB導(dǎo)入的方式進(jìn)行配方的升級(jí)。
(3).溫度控制部分：包括切刀拉膜溫度控制，采用4段PID溫控，并且各溫度區(qū)域采用獨(dú)立的PID算法設(shè)計(jì)程序，并具有溫度校正功能。
(4).運(yùn)動(dòng)控制功能：包括三個(gè)馬達(dá)的控制，實(shí)現(xiàn)同步運(yùn)動(dòng)控制功能，各個(gè)馬達(dá)啟動(dòng)互鎖設(shè)定，并且切刀馬達(dá)與拉膜馬達(dá)實(shí)現(xiàn)累積誤差補(bǔ)償功能。
(5).無料不包裝功能：考慮到送料中光眼檢測的情況，若無料時(shí)，拉膜與裁切刀停止進(jìn)入等料。
2.系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖
三個(gè)伺服電機(jī)分別用于放料、拉膜、裁切動(dòng)作，系統(tǒng)采用了ACOPOS伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，ACOPOS伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)可以直接接入色標(biāo)傳感器(光電或模擬量均可)，可以獲得20kHz的采樣速度，采用標(biāo)準(zhǔn)配置的POWERlink網(wǎng)絡(luò)連接I/O和三個(gè)伺服軸。
采用Power Panel系列控制器與顯示集成的HMI，這樣系統(tǒng)架構(gòu)簡單，僅通過POWERlink網(wǎng)絡(luò)連接三個(gè)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)即可。
圖2-系統(tǒng)電氣配置架構(gòu)
ACOPOS系列伺服驅(qū)動(dòng)器可以執(zhí)行400uS的位置環(huán)控制任務(wù)，并且有多個(gè)編碼器槽位可以用于外接編碼器的接入。
3.mapp概要介紹
在系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)方面，基于Automation Studio的開發(fā)可以實(shí)現(xiàn)高效的模塊化軟件拼裝，mapp是運(yùn)行于Automation Studio開發(fā)環(huán)境的模塊化機(jī)器軟件開發(fā)系統(tǒng)，基于PLCopen的庫封裝，可以實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化的軟件設(shè)計(jì)。
mapp借助于軟件復(fù)用(Software Reuse)與組件技術(shù)(Component Technology)思想，將針對(duì)機(jī)器開發(fā)的各種功能進(jìn)行了模塊化封裝，其主旨思想在于能夠采用共性技術(shù)，將機(jī)器劃分為如圖3的幾個(gè)部分：
(1).基礎(chǔ)組件：對(duì)于每臺(tái)機(jī)器而言，其共性的部分包括了機(jī)器的文件管理、配方、用戶、報(bào)警、趨勢顯示等功能，這些功能對(duì)于各種機(jī)器來說都有共性，因此可以被封裝為統(tǒng)一的模塊。
(2).機(jī)電一體化對(duì)象：機(jī)電一體化對(duì)象包含了軸的控制、多軸同步、CNC和機(jī)器人的應(yīng)用，這些都是整個(gè)機(jī)器控制的基本組件。
(3).行業(yè)組件：行業(yè)組件包括了在不同行業(yè)里所需的功能應(yīng)用，如：包裝行業(yè)會(huì)考慮到張力控制、色標(biāo)檢測、溫度控制、OMAC/PackML、鼓序列發(fā)生器等。
(4).基于Web的診斷與維護(hù)技術(shù)：對(duì)于機(jī)器的遠(yuǎn)程訪問，mapp也提供了基于Web的訪問。
圖3-mapp的開發(fā)架構(gòu)
mapp開發(fā)的思想在于：
(1).編程而非配置：對(duì)于應(yīng)用mapp而言，其更多的是配置軟件功能，而無需大量的代碼編寫工作。
(2).基于標(biāo)準(zhǔn)化的模塊封裝：mapp本身基于PLCopen的編程思想與標(biāo)準(zhǔn)，因此可以與PLCopen一以及滿足PLCopen標(biāo)準(zhǔn)的企業(yè)自定義庫混合使用。
(3).mapp可以分享更多的資源：很多在不同行業(yè)的模塊可以混合使用，對(duì)于一個(gè)機(jī)器開發(fā)者而言，集團(tuán)內(nèi)部的不同機(jī)器開發(fā)單元的工程師可以共享軟件模塊資源，如通信接口、行業(yè)庫、為特殊應(yīng)用開發(fā)的功能庫等。
4.基于mapp的開發(fā)
在臥式包裝項(xiàng)目中采用mapp進(jìn)行了開發(fā)設(shè)計(jì)，其功能構(gòu)成如圖4。
圖4-基于mapp的臥式包裝機(jī)軟件構(gòu)架
在這個(gè)臥式包裝機(jī)的項(xiàng)目中，采用了B&R的mapp技術(shù)來實(shí)現(xiàn)軟件的快速開發(fā)。
圖5-單軸運(yùn)動(dòng)控制的Mplink文件
在基于mapp技術(shù)的應(yīng)用開發(fā)中，Mplink輸入接口參數(shù)是每個(gè)mapp功能塊所具有的基本必備參數(shù)。該參數(shù)使用的目的有兩個(gè)，一是可以通過Mplink所對(duì)應(yīng)的mapp配置文件快速完成對(duì)該應(yīng)用功能的參數(shù)設(shè)置，如圖5所示，在單軸mapp配置表格中，可以實(shí)現(xiàn)軸參數(shù)的配置和軸報(bào)警的設(shè)置;二是使得在編寫應(yīng)用程序時(shí)，實(shí)現(xiàn)相關(guān)功能塊之間的連接通訊。)
(1).MpSingleAxis軸控制
圖6-單軸控制的mapp功能塊MpAxisBasic
在MpAxisBasic功能塊中，定義了單軸使用時(shí)需要的基本運(yùn)動(dòng)參數(shù)，并且集成了控制器參數(shù)自整定、力矩限制、制動(dòng)等功能，同時(shí)，可以在功能塊的輸出接口上讀取到編碼器測量到位置信息、軸運(yùn)動(dòng)的速度信息、軸運(yùn)動(dòng)過程的報(bào)錯(cuò)信息等等。這樣，將原本需要幾十個(gè)PLCopen運(yùn)動(dòng)控制功能塊可以做到的功能大大簡化，交給MpAxisBasic這一個(gè)mapp功能塊就可以比較完整地實(shí)現(xiàn)單軸的運(yùn)動(dòng)控制。)
除了針對(duì)于單軸的運(yùn)動(dòng)控制，mapp運(yùn)動(dòng)控制組件中還包含了多軸跟隨控制、CNC控制、各種典型機(jī)器人控制等。
(2)MpRcpUser配方功能
對(duì)于機(jī)器而言，其包裝的類型會(huì)有所變化，可以采用mpRcpUser或mpRecipeXml等模塊進(jìn)行配方的管理。
圖7-MpRecipeXml-基于XML腳本的配方設(shè)計(jì)功能塊
圖8-mpRecipe的編輯畫面
在mapp的開發(fā)中，這些配方界面都是按照標(biāo)準(zhǔn)的界面，用戶僅需配置自己的各種按鍵即可，包括下拉菜單的數(shù)量(如20個(gè)選項(xiàng))并與之匹配的相關(guān)參數(shù)的設(shè)置。
(3)MpUser用戶管理功能
包括了用戶登錄mpLogin&mpLoginUI用于定義登錄及登錄的HMI設(shè)計(jì)、mpUserManagerUI用于定義與人機(jī)界面的接口、mpUserLevel管理用戶級(jí)別、mpUserConfig、mpUserAcessRight等用于對(duì)用戶進(jìn)行不同的功能開發(fā)定義。
圖9-mpUserUI的定義
在這個(gè)mpUserLoginUI的模塊中，用戶可以在后臺(tái)定義直接調(diào)用該模塊，并形成如圖的畫面。
通過mapp，工程師可以用簡單的程序代碼即可實(shí)現(xiàn)基本的應(yīng)用，借助于已經(jīng)開發(fā)的豐富的mapp模塊，通過并行開發(fā)，可以在機(jī)器機(jī)械完成、電氣安裝結(jié)束的數(shù)天時(shí)間里即可完成調(diào)試，快速響應(yīng)終端用戶的生產(chǎn)需求。
