基于mapp的卧式包装机系统开发

文章来源:贝加莱 点击数:350 发布时间:2017-08-10
卧式包装机是非常传统的用于块状食品包装的设备,但是,随着个性化的生产越来越多,而机器也需要经常的程序变更,给制造企业的电气工程师带来很多困惑,而贝加莱为其提供了基于mapp的开发...
基于mapp的卧式包装机系统开发

卧式包装机是非常传统的用于块状食品包装的设备,但是,随着个性化的生产越来越多,而机器也需要经常的程序变更,给制造企业的电气工程师带来很多困惑,而贝加莱为其提供了基于mapp的开发,由于采用可服用的模块化功能,机器并不需要复杂的开发,大部分的开发工作仅需一些软件的配置即可完成,通过mapp机器的开发效率将大幅度提高,专业机构的评测可以降低67%的机器软件开发时间。

1.卧式包装系统需求

卧式包装是最为常见的食品或医药包装设备,用于对块状产品如饼干、糖果、肥皂进行塑料薄膜包装并进行热封成品的过程。通常采用链道挡板将产品分为均匀的独立个体,然后上下的薄膜分别通过放料轴进行包裹,并进入热封刀裁切单元进行裁切封边成为成品,其加工过程如图1所示。

1.1性能指标

图1-系统结构图

在该系统设计初期,设计速度为150包/分钟,对于裁切精度按照行业提出了+/-0.2mm的要求,并且需要实现一些功能包括无料不包装、配方管理、用户管理、机器的状态监测等功能,当然,为了满足机器未来的长久集成,也提出了开放互联的要求,作为选项预留在系统中,以待机器销售至终端用户处进行集成时的预留。

1.2功能设计

卧式包装机需要的功能包括以下几个方面:

(1).用户管理:需要针对不同的机器操作人员设置不同的等级密码管理,工程师可以进入程序修改,而现场操作人员仅对状态进行操作。

(2).配方管理:需要针对50组不同的配方进行存储管理,并且可以采用USB导入的方式进行配方的升级。

(3).温度控制部分:包括切刀拉膜温度控制,采用4段PID温控,并且各温度区域采用独立的PID算法设计程序,并具有温度校正功能。

(4).运动控制功能:包括三个马达的控制,实现同步运动控制功能,各个马达启动互锁设定,并且切刀马达与拉膜马达实现累积误差补偿功能。

(5).无料不包装功能:考虑到送料中光眼检测的情况,若无料时,拉膜与裁切刀停止进入等料。

2.系统的结构如图

三个伺服电机分别用于放料、拉膜、裁切动作,系统采用了ACOPOS伺服驱动系统,ACOPOS伺服驱动系统可以直接接入色标传感器(光电或模拟量均可),可以获得20kHz的采样速度,采用标准配置的POWERLINK网络连接I/O和三个伺服轴。

采用Power Panel系列控制器与显示集成的HMI,这样系统架构简单,仅通过POWERLINK网络连接三个驱动系统即可。

图2-系统电气配置架构

ACOPOS系列伺服驱动器可以执行400uS的位置环控制任务,并且有多个编码器槽位可以用于外接编码器的接入。

3.mapp概要介绍

在系统的软件设计方面,基于Automation Studio的开发可以实现高效的模块化软件拼装,mapp是运行于Automation Studio开发环境的模块化机器软件开发系统,基于PLCopen的库封装,可以实现标准化、模块化的软件设计。

mapp借助于软件复用(Software Reuse)与组件技术(Component Technology)思想,将针对机器开发的各种功能进行了模块化封装,其主旨思想在于能够采用共性技术,将机器划分为如图3的几个部分:

(1).基础组件:对于每台机器而言,其共性的部分包括了机器的文件管理、配方、用户、报警、趋势显示等功能,这些功能对于各种机器来说都有共性,因此可以被封装为统一的模块。

(2).机电一体化对象:机电一体化对象包含了轴的控制、多轴同步、CNC和机器人的应用,这些都是整个机器控制的基本组件。

(3).行业组件:行业组件包括了在不同行业里所需的功能应用,如:包装行业会考虑到张力控制、色标检测、温度控制、OMAC/PackML、鼓序列发生器等。

(4).基于Web的诊断与维护技术:对于机器的远程访问,mapp也提供了基于Web的访问。

图3-mapp的开发架构

mapp开发的思想在于:

(1).编程而非配置:对于应用mapp而言,其更多的是配置软件功能,而无需大量的代码编写工作。

(2).基于标准化的模块封装:mapp本身基于PLCopen的编程思想与标准,因此可以与PLCopen一以及满足PLCopen标准的企业自定义库混合使用。

(3).mapp可以分享更多的资源:很多在不同行业的模块可以混合使用,对于一个机器开发者而言,集团内部的不同机器开发单元的工程师可以共享软件模块资源,如通信接口、行业库、为特殊应用开发的功能库等。

4.基于mapp的开发

在卧式包装项目中采用mapp进行了开发设计,其功能构成如图4。

图4-基于mapp的卧式包装机软件构架

在这个卧式包装机的项目中,采用了B&R的mapp技术来实现软件的快速开发。

图5-单轴运动控制的MpLink文件

在基于mapp技术的应用开发中,MpLink输入接口参数是每个mapp功能块所具有的基本必备参数。该参数使用的目的有两个,一是可以通过MpLink所对应的mapp配置文件快速完成对该应用功能的参数设置,如图5所示,在单轴mapp配置表格中,可以实现轴参数的配置和轴报警的设置;二是使得在编写应用程序时,实现相关功能块之间的连接通讯。)

(1).MpSingleAxis轴控制

图6-单轴控制的mapp功能块MpAxisBasic

在MpAxisBasic功能块中,定义了单轴使用时需要的基本运动参数,并且集成了控制器参数自整定、力矩限制、制动等功能,同时,可以在功能块的输出接口上读取到编码器测量到位置信息、轴运动的速度信息、轴运动过程的报错信息等等。这样,将原本需要几十个PLCopen运动控制功能块可以做到的功能大大简化,交给MpAxisBasic这一个mapp功能块就可以比较完整地实现单轴的运动控制。)

除了针对于单轴的运动控制,mapp运动控制组件中还包含了多轴跟随控制、CNC控制、各种典型机器人控制等。

(2)MpRcpUser配方功能

对于机器而言,其包装的类型会有所变化,可以采用mpRcpUser或mpRecipeXml等模块进行配方的管理。

图7-MpRecipeXml-基于XML脚本的配方设计功能块

图8-mpRecipe的编辑画面

在mapp的开发中,这些配方界面都是按照标准的界面,用户仅需配置自己的各种按键即可,包括下拉菜单的数量(如20个选项)并与之匹配的相关参数的设置。

(3)MpUser用户管理功能

包括了用户登录mpLogin&mpLoginUI用于定义登录及登录的HMI设计、mpUserManagerUI用于定义与人机界面的接口、mpUserLevel管理用户级别、mpUserConfig、mpUserAcessRight等用于对用户进行不同的功能开发定义。

图9-mpUserUI的定义

在这个mpUserLoginUI的模块中,用户可以在后台定义直接调用该模块,并形成如图的画面。

通过mapp,工程师可以用简单的程序代码即可实现基本的应用,借助于已经开发的丰富的mapp模块,通过并行开发,可以在机器机械完成、电气安装结束的数天时间里即可完成调试,快速响应终端用户的生产需求。