卷煙包裝機是德國公司20世紀9U年代早期推岀的產品，用於卷煙小盒軟盒包裝。該機最高生產速度達 10支/min,包裝質量穩定。但經過十幾年的 運行,其電控係統不同程度地出現元器件陳舊念 化，故障率逐年遞增的問題。其中,控製係統采用 的工業計算機的各種板卡已經海汰；交流伺服電 機及其驅動器型號陳倡，其控製方式不夠清晰；程 序對用戶不開放，維護困難等。為此對該控製係 統進行了改造⑴。

1工作原理

主電機Ml 通過皮帶傳遞動力給主傳動係統，通過編碼器建立運動速度與角度的關係；喂料傳送帶由 喂料傳送帶電機M10驅動，電機速度通過變頻器 A10控製，把上遊機的煙支輸送到機的煙庫 中；煙庫擺動電機Mil驅動擺動輻，使煙支能夠 連續地流動到下煙道，電機速度通過變頻器All 控製，當主機運轉時Mil便一直驅動擺動輾運 動，反之當主機不運轉時，可以通過手動按鈕S11 驅動擺動輾;下煙道包括左、右兩組，分別有8道， 毎道寬度比一支煙的直徑略大，煙庫擺動輟傳煙 到下煙道後，由推杆將煙支按照7、6、7的排列推 入中間的兩個過渡模盒中；壓緊轉塔中的煙支檢 測器檢測到有缺支或空頭情況時,通過電磁閥控 製剔除杆運動進行剔除；左右鋁箔紙盤分別由伺 服電機M204（左）和M203（右）驅動，其速度選擇 由編碼器B234（左）和B233（右）的角度決定，當 機器運行時帶動鋁箔紙送往包裝轉塔，使擺杆運 動，引起編碼器角度變化，由PLC處理後決定伺 服電機的運動速度和正反轉；鋁箱紙喂料站的功 能是通過壓板的提升/下落決定由哪個鋁箝紙盤 送紙;商標紙由商標紙站輸送到包裝轉塔，封簽由 封簽站輸送到包裝轉塔，包裝轉塔將鋁箔紙、商標 紙和封簽包裹在煙支外麵;烘幹轉塔用來加熱煙 包，使商標紙和封簽上的膠水快速粘合；岀口傳送 帶把成形的煙包送往下遊機器

2係統硬件的改進

機原控製係統釆用了工業計算機+光導 總線（Lightbus）架構，由一台基於歐洲VME標準

的工業計算機作為主控製器，設備上所有的I/O 點僅通過1根光纖連接到控製櫃中。

嵌入式控製係統是嵌入式計算機技術在工業 控製領域中的應用，係統硬件由CPU和各種外設 接口電路高密度集成在一起，配以固化好的執行 軟件，以完成各種複雜的實時控製任務。成品嵌 人式控製器一般都具有標準的擴展總線接口和標 準的軟件運行平台，通常采用小型的實時操作係 統，使用固態存儲器保存執行程序，外型小巧，堅 固耐用，適合嚴酷的工業環境下使用⑴。改進後 係統采用了倍福公司的嵌入式控製器 作為主控製器，用於完成包裝機的控製、管理和顯 示任務。嵌入式控製器的CPU釆用處理器，具備PC1O4標準總線接口，內嵌 Microsoft windows ces. NET 操作係統因此擴 展能力、軟硬件升級能力強，具有良好的可維 護性。

由於原機的傳感器和執行元件信號是通過公司的光導總線接入電氣櫃中，大量 的I/O模塊均安裝在設備的機身上，如果在改造 中采用其他總線（如Pmfib姬）替代或直接將這些 信號改接到櫃中，則模塊安裝和現場布線的工作 量很大，且機身上也沒有足夠的空間安裝布線。 同時，考慮到光導總線具有的速度快、抗幹擾性好 等優點⑴，因此最終保留了光導總線。

3控製程序的設計

機控製係統的組態和編程都通過Twin- CAT軟件進行，與TwinCAT自動化軟件結合使 CX1000工業PC成為一個擁有4個用戶任務的 強大的IEC6U31-3PLCis'<,係統通過便攜機或台 式PC編程，並通過以太網與相連將程序 下載到機的控製程序編製采用模塊 化的編程方法，包括一個主程序和45個功能塊， 各功能塊分別實現機器的某一功能。程序同時還 要確保控製邏輯算法的嚴密，安排好各種岀錯情 況下的處理岀口，如重要數據的自動備份與自動 恢複，係統突然掉電的處理，關鍵程序的容錯處 理,程序死鎖的回避等。

主機控製程序中，采用與包裝機實際運轉 同歩的方式進行移位處理。包裝機正常生產時，壓 緊轉塔、包裝塔、烘幹塔3個旋轉塔的運動角度各 不相同，程序中3個轉塔分別在不同角度進行移 位,移位寄存器各不相同，在相鄰的轉塔都靜止時， 把前一個輪的煙包信息傳遞給後一個輪，整個處理 步驟與機器實際運轉情況完全一致。程序中分別 使用了壓緊塔、包裝塔鋁箔紙、包裝塔商標紙、包裝 塔更筷鋁箔紙接頭劉除、烘幹塔5個移位寄存器"

相位控製問題的解決采用了在主軸上安裝旋 轉編碼器配合CPU的高速計數模塊、中斷模塊等 構成電氣凸輪的方法。采用ROD -409型絕對軸 編碼器作為角度傳感器，由於是格雷碼輸出，所以 在程序中要將它轉換為能反映當前實際位置的二 進製碼。軸編碼器由傳動軸帶動旋轉，角度分辨 率1°,配合半圓盤信號可分辨0 ~720。的相位。

4伺服係統的設計

原係統共有3套伺服係統，分別為左右鋁箔紙 盤伺服係統和出口傳送借伺服係統。改進後的3套 伺服係統，選擇了倍福公司的永磁同步電機 (AM257L)和伺服控製器(AX2010)。交流永磁同步 伺服係統由控製係統、變頻器和電機組成，能夠實現 高速、高精度、高穩定度、快速響應、高效節能的運動

改進後采用了 2套伺服控製係統分別控製左 右鋁箔紙盤電機，以保證其運行穩定。左右鋁箔 紙盤電機根據主機轉動的速度對輸送鋁箔紙的快 慢進行調節。采用模擬量速度控製方式，電機的 轉速由兩個因素決定;①主機當前的轉速，該變化 量由主電機中的增量編碼器反饒至伺服驅動器; ②鋁箔紙盤擺錘位置，該位置反映了鋁精紙的張 緊程度。當擺錘位置過低時，說明鋁箔紙張得過 緊，電機的送紙速度需要畑快；當擺錘位置過髙 時,說明鋁箔紙張得過鬆，電機的送紙速度需要降 低。該變化量由增量型旋轉編碼器通過I/。模塊 反鐲到CPU中。

由於出口傳送帶在機器正常工作時是間歌運 動，而且對每次運行的距離要求很高，所以也釆用 伺服位置控製方式，而在手動排空煙包時是連續 運行。因此，出口傳送帶的工作方式有兩種：①正 常工作時采用步進式電子齒輪工作方式，其動作 與岀口煙包推杆的動作同步，當一包煙被推岀後, 傳送帶電機走一段距離後停下，等候下一包煙;② 手動啟動時采用模擬量速度控製方式。

5結論

改進後的機控製係統功能完整，運行穩 定訶靠，有效提高了係統的穩定性、軟件的可維護 性和機器的生產效率。同時也為其它卷煙包裝機 的改造提供了借簽。

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