［編輯簡介］：本文介紹一個CANopen用于香腸包裝縫袋機(jī)的應(yīng)用案例。采用嵌入式控制器實現(xiàn)了包裝機(jī)七個實際軸和一個映像軸的運動控制。［摘要］：［關(guān)鍵詞］：CANopen 包裝機(jī) 運動控制

用于香腸包裝的縫袋機(jī)并不直接與高技術(shù)相關(guān)聯(lián)。但是，Beckmann Maschinenbau為香腸生產(chǎn)者制造的自動縫袋機(jī)的發(fā)展卻向某些控制技術(shù)發(fā)起了極大挑戰(zhàn)。畢竟，要為七個實際軸和一個映像軸設(shè)計運動控制解決方案。而軸運動的復(fù)雜性可與典型的CNC路徑控制系統(tǒng)相比?？p袋機(jī)的任務(wù)和方法簡單描述如下：起始產(chǎn)品是200 mm寬的織帶(紡織品腸衣)，然后將其折疊形成100 mm寬的雙層帶，通過齒輪皮帶傳送到靠近兩個縫紉頭的位置?？p紉頭的任務(wù)是根據(jù)給定的幾何數(shù)據(jù)，將各種不同香腸樣式的輪廓縫制到包裝帶中。通過這種方法便可以生產(chǎn)出環(huán)形無端帶狀的縫制香腸包裝，這與隨后的生產(chǎn)過程是相互獨立。

要求嚴(yán)苛的應(yīng)用
兩個縫紉頭的每一個都有三個軸：

針沖程
沿與織帶傳送方向垂直的X軸方向的線性運動
縫紉期間，縫紉頭的切向跟蹤，特別是在分開(切斷)期間
縫紉頭位于織帶的右側(cè)和左側(cè)邊沿處，它們不在一條線上，從而確保了自由運動。第七個軸與物料傳送帶的速度控制相關(guān)。
從控制技術(shù)的角度來看，這是典型的運動控制應(yīng)用。合理定義了每個縫紉頭的三個軸之間的關(guān)系，從而保證相關(guān)的各運動協(xié)調(diào)一致。此外，兩組軸還必須與傳送帶的運動協(xié)調(diào)一致(第7個軸)。虛擬(第8個)軸用于實現(xiàn)速度監(jiān)視的預(yù)測功能。此外，還需要典型的PLC功能，例如光斷線檢測器、緊急停止按鈕、光幕等等。
來自食品生產(chǎn)業(yè)的最終用戶提出了非常高的生產(chǎn)率和質(zhì)量要求。為了滿足這些要求，控制解決方案必須提供足夠的計算能力和全面的可編程性。

缺省配置下，嵌入式控制器包括以太網(wǎng)接口、用于裝載應(yīng)用程序軟件的RS-232接口和兩個CAN接口。CANopen通訊協(xié)議為所有這些產(chǎn)品提供了設(shè)備規(guī)范。控制器實現(xiàn)了CiA 401、CiA 402和CiA 405。現(xiàn)場總線模塊實現(xiàn)了CiA 401。
運動控制庫包含了各種符合IEC 61131-3的PLC功能塊，使用戶可以從PLC程序中完成多軸定位任務(wù)。借助于該庫，復(fù)雜的運動控制和簡單的運動相關(guān)的PLC功能，例如鏈接輸入信號、計算和設(shè)置輸出信號等，都可以在同一個系統(tǒng)中實現(xiàn)。
這樣便也可以在機(jī)器中使用控制系統(tǒng)；在這些機(jī)器中，復(fù)雜、快速和精確的運動控制起著決定性作用。使用PLC平臺具有優(yōu)勢，那就是PLC和NC功能是在統(tǒng)一編程環(huán)境中，這樣除了共有的PLC動作外，還可以協(xié)調(diào)多個運動、并行驅(qū)動甚至是分級疊加驅(qū)動。該庫包含了所有符合PLCopen標(biāo)準(zhǔn)版本1的運動控制功能塊。
應(yīng)Beckmann的要求，選用帶CANopen連接的觸摸屏面板作為操作員單元。但根據(jù)最終應(yīng)用重新對接口進(jìn)行了編程，以便使操作員單元只具有純粹的從屬操作。從上面提到的I/O模塊系列開始，已經(jīng)使用符合CANopen的模塊來實現(xiàn)外部輸入和輸出。
首先，必須為縫紉頭軸的驅(qū)動器組合接縫的幾何形狀。掃描不同形狀的香腸包裝的右邊和左邊的輪廓，將其轉(zhuǎn)換成插值點表。為了協(xié)調(diào)縫紉頭軸，使用了用于軸耦合的MC功能塊。三個軸的同步運動是通過所謂的CAM表實現(xiàn)的。由于在這種情況下無法分析性地描述主軸和從軸的耦合，因此必須以數(shù)值方式給出此表。同時，與纖維傳送帶驅(qū)動器的同步是作為耦合計算出來的，這可以表示成一個數(shù)學(xué)公式。
操作員可以為軸的運動選擇最大值，而絕對縫合深度則是更進(jìn)一步的參數(shù)，它決定了縫紉頭軸的實際運動?？刂葡到y(tǒng)根據(jù)這些參數(shù)，使用上面提到的最小插值周期為4 ms的CAN表，計算所有軸的位置。為了獲得路徑插值的可靠樣條函數(shù)，CAN表的變量必須以實數(shù)格式存儲。只有使用這種格式，才能以足夠的精度確定所需要的樣條軌跡的3階和5階導(dǎo)數(shù)。
同時還實現(xiàn)了光學(xué)控制和修正功能，以便能夠最優(yōu)地調(diào)整到符合復(fù)雜的運動控制解決方案。纖維腸衣上打了標(biāo)記，這樣就必須始終以低公差將其放置在縫合的香腸包裝的中央。為此，有一個光敏元件在每個縫紉序列之前檢查印制的標(biāo)記，以確定條帶上標(biāo)識的位置。如果位置在期望的偏差之內(nèi)，控制系統(tǒng)計算縫紉圖像適當(dāng)?shù)木€性伸縮變化(最大為數(shù)量級的1%)，這樣連續(xù)的生產(chǎn)過程便可以持續(xù)進(jìn)行而不會中斷。如果控制標(biāo)記丟失，則控制系統(tǒng)可以訪問環(huán)形緩沖器中前一個標(biāo)記的位置，計算出平均值作為替代值。

安全和方便
可視化和操作是用戶自定制的，特別是編程了復(fù)雜的手動操作模式。所有七個軸都可以通過專用畫面(和外部按鍵)手動驅(qū)動。但是為確保安全，在手動操作上疊加了自動定位控制，從而保證了在此模式中不會發(fā)生任何操作錯誤(移動限制等)。操作員根本察覺不到，在自動操作中所有運動都是通過預(yù)測函數(shù)來確定其配置文件的。為此，控制系統(tǒng)創(chuàng)建了虛擬的第8個軸，它計算所有協(xié)調(diào)軸的速度配置文件。
CANopen提供的可能性完全滿足此應(yīng)用的所有技術(shù)要求。選擇的解決方案提供了最大經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢，這是因為CANopen接口包含在使用的驅(qū)動器的標(biāo)準(zhǔn)供貨范圍內(nèi)。