1 引言
全自動碼垛機(jī)是將紙包機(jī)或者膜包機(jī)輸送來的包裝產(chǎn)品（以下簡稱產(chǎn)品）按照用戶要求的工作速度和工作方式(如每層10包，每垛5層)自動堆疊成垛（圖十二），并將成垛的包裝產(chǎn)品輸送到后段的設(shè)備去，這就要求碼垛機(jī)的相關(guān)運動部分層成型區(qū)（圖一中的B區(qū)）和提升機(jī)（圖二）以及空托盤輸送機(jī)（圖三）協(xié)調(diào)配合好相互的動作要求。
圖一 碼垛機(jī)俯視簡圖
圖二 碼垛機(jī)提升部分簡圖
圖十二 整垛效果圖
圖三 碼垛機(jī)三維立體簡圖
碼垛機(jī)——不僅僅是將產(chǎn)品放置在貨盤上
工藝要求層成型區(qū)必須根據(jù)進(jìn)入該區(qū)的產(chǎn)品按照既定的方式進(jìn)行排列組成新的垛層，升降機(jī)必須多段速度進(jìn)行工作以保證碼垛機(jī)碼出的垛型美觀、同時提高工作效率;垛盤輸送位于升降機(jī)下方，工作過程中升降機(jī)將碼成一垛的物料放置在垛盤輸送上，垛盤輸送負(fù)責(zé)將物料送出碼垛機(jī)，同時將空托盤運送到升降機(jī)上，要求垛盤輸送必須軟啟動，保證在啟動過程中不會對垛盤沖擊過大，造成散垛現(xiàn)象。
2 系統(tǒng)概述
圖四 皮帶成型區(qū)
圖五貝加萊伺服控制系統(tǒng)
每一種控制方案的選擇都是根據(jù)當(dāng)時的控制需要和客戶可接受的程度來開發(fā)利用的，Perseus系列的碼垛機(jī)最初也不是完全使用貝加萊的伺服控制系統(tǒng)，當(dāng)初的選擇是根據(jù)成型的包裝可以處理不穩(wěn)定的包裝物特點，所以就選擇了小節(jié)距滾筒+隔板組合，這樣由于位置充足,可以根據(jù)碼垛排列的需要將限位隔板安裝在最佳位置，入口區(qū)選用帶有變頻器電機(jī)根據(jù)需要調(diào)整速度。但是這種控制方式同樣存在一些弱點，如成型產(chǎn)品更換不方便，隔板在快速撞擊的時候容易變形，從而影響了系統(tǒng)地整體速度。在結(jié)合了這些弱點和不足，Perseus使用了更高控制要求，更精確的排列產(chǎn)品，更經(jīng)濟(jì)的控制方案貝加萊全伺服控制方式，通過驅(qū)動帶摩擦的板鏈定位每一個產(chǎn)品排列位置，從而省時高效快速的完成任務(wù)。
2.1 現(xiàn)場總線（Profibus-DP）
西門子可編程控制器（S7-300）系統(tǒng)和貝加萊伺服控制（ACOPOS）系統(tǒng)在其中為電氣控制部分的應(yīng)用。圖六的網(wǎng)絡(luò)是profibus結(jié)構(gòu)，B&R伺服器是其中的一個站點，通過使用8AC140.60-2卡實現(xiàn)相互之間的連接通訊，達(dá)到控制的目的，這是基本的框架結(jié)構(gòu)。圖八是雙方數(shù)據(jù)交換表格，已經(jīng)定義了各個數(shù)據(jù)塊的意義和功能。
圖六 控制系統(tǒng)方案簡圖
2.2 現(xiàn)場總線（CAN BUS）
CAN總線具有強(qiáng)有力的錯誤檢測能力及差分驅(qū)動功能，在強(qiáng)噪聲十分苛刻的環(huán)境中仍運行良好，因此CAN總線可以很容易的適合大多數(shù)應(yīng)用場合。
通過現(xiàn)場總線（CAN BUS）的連接，人機(jī)界面（MP277）和各個伺服控制器之間的通信變得十分可靠，尤其為伺服運動控制系統(tǒng)中的在線修改跟隨特征參數(shù)提供了保證（圖七）。
圖七現(xiàn)場總線（CAN BUS）
圖八PLC<－－>B&R 雙方數(shù)據(jù)交換表格
2.3 基本運動控制
貝加萊的伺服運動控制系統(tǒng)（ACOPOSSERVO）采用了面向?qū)ο笮偷目刂品绞健Ｔ谪惣尤R開發(fā)平臺Automation Studio中使用高級語言（Basic或者C），只要針對一個伺服控制器創(chuàng)建一個運動對象（AxisObject）后，就可以利用創(chuàng)建的指針完成對電機(jī)不同的運動控制。
2.4 定義解釋
碼垛機(jī)的提升電機(jī)-由于需要在4米軌道上來回不斷地上下運動，在現(xiàn)有的控制方式在中，我們選用ACOPOS SERVO驅(qū)動SEW異步電機(jī)的做法，同時配備了編碼器做成一個簡單的閉環(huán)控制系統(tǒng)，來有效的定位產(chǎn)品的高度，利用產(chǎn)品的高度來確定滿垛盤后的總高度?？紤]到產(chǎn)品垂直疊放過程會產(chǎn)生累積誤差，以2.0L可樂的高度為335mm,理論上疊放5層的高度為335*5=1675mm，實際上產(chǎn)品與產(chǎn)品之間有間隙或者film層，實際高度大于1675mm考慮到這一誤差垂直定位外加紅外距離傳感器，實時檢測提升是否到位，能夠保證系統(tǒng)定位精度。
碼垛機(jī)的成型電機(jī)-關(guān)鍵是合理的配合每次提升需要的產(chǎn)品數(shù)，有效地減少在成型過程中浪費的時間。這就需要很高的動態(tài)響應(yīng)，考慮到系統(tǒng)的動態(tài)可大概體現(xiàn)在兩個值上：電機(jī)扭矩值和電力傳輸系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動慣量。后者包含電機(jī)和負(fù)載的慣量時間，是系統(tǒng)動態(tài)的重要測量部分。低慣量時間表示系統(tǒng)具有高動態(tài)性能。8LSA系列伺服電機(jī)可提供高動態(tài)的、精確的性能和可靠性，因此8LSA系列伺服電機(jī)便與ACOPOS驅(qū)動系統(tǒng)相結(jié)合，完美的實現(xiàn)了碼垛機(jī)需要的精度，另外8LSA系列伺服電機(jī)所有與機(jī)械和電氣相關(guān)的信息和數(shù)據(jù)都被存儲在了用于8LSA伺服電機(jī)的編碼器中。這就意味著用戶不必在現(xiàn)場對伺服電機(jī)做任何設(shè)置。在編碼器與伺服電機(jī)相連接時，電力由電氣設(shè)備提供，電機(jī)可以自動識別。電機(jī)傳送與其相關(guān)的參數(shù)同時限制傳入伺服驅(qū)動器的參數(shù)。驅(qū)動器隨后自動決定電流限制和電機(jī)優(yōu)化控制所要求的電流控制參數(shù)。在電機(jī)試運轉(zhuǎn)時此功能會被大量保存。這就大大節(jié)省了我們編程和調(diào)試的時間，只需要做個普通的測試按鈕就可以了.同時ACOPOS伺服驅(qū)動器結(jié)構(gòu)非常緊湊，由于貝加萊驅(qū)動器中集成了進(jìn)線，再生扼流線圈，制動電阻，電源模塊等，因此不需要起他附件配件占據(jù)電柜空間。
3 B&R全自動碼垛機(jī)的控制特點//控制程序的設(shè)計
3.1主要配置
3.1.1.ACOPOS CPU模塊
8AC140.60-2插入模塊,CPU,兼容x86100MHzIntel,16MBDRAM,32kBSRAM,Compact-Flash,1個CAN接口,1個Profibus-DP從站接口,1個RS232接口.
3.1.2.ACOPOS編碼器模塊
8AC120.60-1插入模塊,EnDat編碼器和正弦增量編碼器接口
8AC123.60-1插入模塊,增量編碼器和SSI絕對值編碼器接口
3.1.3.ACOPOS網(wǎng)絡(luò)模塊
8AC110.60-2插入模塊,CAN總線接口
3.1.4.ACOPOS伺服驅(qū)動
8V1045.00-2伺服驅(qū)動3x400-480V 4.4A 2kW,集成線路濾波器，制動電阻和安全重啟抑制
8V1090.00-2伺服驅(qū)動3x400-480V 8.8A 4kW,集成線路濾波器，制動電阻和安全重啟抑制
3.2ACOPOS伺服控制方式
ACOPOS的伺服控制如圖九所示，大致可以分為四個部分：初始值處理、位置控制、速度控制、實際值檢測。在初始處理時，根據(jù)給定的位置及最大允許速度和最大允許加速度，給出一個理想的定位過程，即得出加速、恒速、減速段，不同位置時的速度也相應(yīng)得到。位置控制主要有比例調(diào)節(jié)、比例調(diào)節(jié)限制p_max、積分限制i_max和積分調(diào)節(jié)。比例調(diào)節(jié)后的值為k＊ ，若k＊ ，則v_p﹦P_max；若k＊ ﹤﹣p_max，則v_P＝﹣p＿max。同理i_max用干限制積分調(diào)節(jié)值v_i。
