摘 要：本文敘述了B&R控制系統(tǒng)在吹塑機的應用，對早期的B&R2003系統(tǒng)做了簡單的總結(jié)回顧，并分析了其系統(tǒng)的不足，重點闡述了由B&R PP481工控機+XX436+EX470組成的新系統(tǒng)的硬件配置和軟件的改進、升級等。
關鍵詞：中空成型機 上位機 中央處理器 CAN總線 可視化單元 線性位移傳感器。
Abstract:The document introduce that B&R control system did application on Blowing molding machine,It is summing-up,retrospect simpleness and analyse shortcoming for old B&R control system. Extraordinary explain that hardware be configured and software upgrade for new control system by B&R PP481 computer,XX436 module and EX470 module buildup.
Keywords: Blowing molding machine；panel pc；Central processing unit；CAN bus；Visualization Object； linear transducer
一、前言
有著70多年吹瓶機生產(chǎn)歷史的考特斯公司是全球著名的中空成型機的生產(chǎn)廠商，它在該行業(yè)具有領先的技術和影響。2002年首次將B&R控制系統(tǒng)應用于塑機行業(yè)，當時B&R控制器以其運算速度快，模塊體積小，可擴展性能強及性價比高等因素而著名，安裝B&R控制器的考特斯機器也深受用戶的喜愛。
但隨著機器不斷的改進和功能不斷的增強，運用的器件等級越來越高，原來的控制系統(tǒng)就顯得捉襟見肘，機器的很多功能都無法實現(xiàn)，控制器運算速度已經(jīng)嚴重的阻礙機器的發(fā)展,改進系統(tǒng)成了當務之急。
二、原系統(tǒng)的配置及缺點
原系統(tǒng)的配置如圖1所示:
系統(tǒng)的上位機選用的是B&R Provit 2000系列的工控機，主要用于機器參數(shù)的設定和狀態(tài)顯示，機器的報警、壁厚曲線設定及跟蹤、配方數(shù)據(jù)均保存在這里。系統(tǒng)選用32M存儲卡存儲操作系統(tǒng)、應用程序和參數(shù)。
主站選用的是B&R 2003系列CP476 中央處理器（CPU）作為整個系統(tǒng)的控制單元，它控制機器運行的整個工藝過程和運算過程。通過CAN總線與上位機及系統(tǒng)從站交換數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)傳輸速度為250KB/S ，該模塊還具有4個通道的擴展槽，可用于擴展一些模擬量的旋入式模塊。同時通過底板還可以擴展DM465 I/O 模塊，用于開關量的讀入和寫出。
系統(tǒng)從站主要是用于溫度控制，選用EX470通過CAN BUS總線與主站連接，該站擴展有若干塊DM465模塊和AT664模擬量模塊用來控制加熱圈和熱電偶的信號采集。
通過以上描述可以看出，該系統(tǒng)的缺陷顯而易見，當系統(tǒng)配置增大時，首先CPU模塊的帶載就成問題，我們的配置最多時主站達到6塊DM465，其次，CPU模塊的運算速度達不到要求，即使更換2003系列最高端的模塊，也很難保證程序的正常運行，更換更高端的CPU是我們的首選。原系統(tǒng)上位機配置的是IPC，但并不具備帶I/O的能力，只是作為畫面的顯示，資源并未得到充分發(fā)揮，它和主站CPU模塊有大量的數(shù)據(jù)交換，嚴重的占用了本來就不寬裕的主站的系統(tǒng)資源。軟件對通訊的編程也相當?shù)臒┈?，如何?個CPU模塊合并為一個整體，是本設計的主要思路。
系統(tǒng)的打印歸檔和遠程監(jiān)控的功能很弱，由于CP476采用的是RS232通訊，傳統(tǒng)的遠程撥號很難撥通且速度很慢，再者，掉線事件頻繁發(fā)生，給系統(tǒng)的遠程維護帶來了諸多不便。
三、改進后的系統(tǒng)配置
基于以上的思路，新的系統(tǒng)選用PP400系列IPC做為整個系統(tǒng)的中央處理單元，在機器上配置6個從站，安裝于機器的各個部位從而形成分布式的I/O總線結(jié)構(gòu)，人機操作的科學性和實用性于一體，系統(tǒng)的大小配置更加靈活。見圖（2）
PP481和IF797構(gòu)成系統(tǒng)的主站。PP481不僅僅是一個人機界面，同時它也是一款高性能的CPU，它的主頻為500 MHz， 帶有128KB的二級緩存，128MB的SDRAM。由于本系統(tǒng)中有多個高速的循環(huán)任務，比如：型胚壁厚控制、模架運動控制，吹針運動控制等，這些運動控制要求系統(tǒng)任務的循環(huán)掃描周期在2ms以內(nèi)，而PP481支持高達400uS的循環(huán)周期。另外還有一個100M的網(wǎng)卡和2個USB口，為遠程寬帶連接和屏幕拷貝帶來了方便。
系統(tǒng)從站1-3選用B&R XX436緊湊型模塊，它采用直流24V供電，4路模擬量輸入，4路模擬量輸出，8路開關量輸入，8路開關量輸出，其中4路輸出0.5A，4路輸出2.0A ，可以直接驅(qū)動電磁閥和繼電器等。該模塊也可以連接計數(shù)器和高速增量式編碼器，采用X2X總線和主站連接，循環(huán)時間可達到200us，真正實現(xiàn)高速即時數(shù)據(jù)傳送。該站主要用于控制高響應比例閥、線性位置傳感器（電子尺）和溫度傳感器（熱電偶）等?？梢愿鶕?jù)機器的具體配置靈活的選用從站的數(shù)量。
從站4—6由EX470和DM465構(gòu)成，這和原系統(tǒng)的從站是相同的，之所以這樣配置，主要是基于其可靠性和性價比。本站主要處理的是溫度控制、普通的液壓閥和關電開關等，任務等級相對要求較低，因此系統(tǒng)總線的要求也不高，而EX470支持CAN BUS總線，數(shù)據(jù)傳輸速度能達到500KB/s，也可以根據(jù)機器的具體配置靈活的選用從站的數(shù)量。
由于考特斯機器種類繁多，控制軟件也很龐大，經(jīng)過軟件實際測試，CPU的使用率大約在50%左右，系統(tǒng)運行很安全。隨著我們機器的不斷改進，以后可能要求程序循環(huán)時間會更快，貝加萊將提供PPC700工控機作為我們的備用機型，程序和硬件都不用做大的修改，方便且實用。
三、軟件功能的改進
B&R系統(tǒng)最大的優(yōu)點就是用一個編程軟件（Automation Studio）同時集成了可視化單元和I/O控制單元，對程序開發(fā)者來說是非常方便的。
1、本次改進的系統(tǒng)畫面幾乎全部重新制作，主要是因為原來的SG3格式文本功能很弱，很多功能和硬件都不支持該方式。改進成SG4格式，功能更齊全，畫面更加清晰，層次感強，便于報警和文本的編輯。
2、在系統(tǒng)配置里集成了VNC服務器（見圖3）。在IPC中添加VNC Server并為機器設置IP地址，在不增加任何成本的情況下，實現(xiàn)對遠程機器的監(jiān)控和操作功能，提供兩級訪問權(quán)限控制，一級權(quán)限是監(jiān)控機器狀態(tài)，該權(quán)限只能監(jiān)控，不能對機器操作。另一級權(quán)限是能對機器參數(shù)監(jiān)控和操作同時進行。
3、首次引用了B&R軟件液壓庫。塑機的很多控制部件都是液壓驅(qū)動的，動作慢、動作精度低且運動軌跡不平滑，運用該庫函數(shù)后，移模動作快而穩(wěn)，機器的震動大大降低。設置參數(shù)如圖4所示：
通過修改以上參數(shù)可以得到模架運動的profile曲線，見圖9的曲線2，依據(jù)速度（V）推算比例閥的流量（Q），再由流量依據(jù)比例閥的流量曲線可以獲得控制電壓的值（U）。實際獲得的運動軌跡見圖9的曲線3。圖9的曲線1是比例閥上的控制電壓，從圖中可以看出，實際的誤差是非常小，曲線的軌跡也非常平滑。
4、修改了型胚長度自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的軟件，能做到雙工位的自動調(diào)節(jié)。（見圖5）
5、壁厚控制的重量修改范圍增大了10倍。由原來的0—99%改變?yōu)?.0----99.9%.
6、IP地址能任意修改。用戶可以根據(jù)自己的實際情況任意修改網(wǎng)卡的IP地址，使IPC能通過局域網(wǎng)或路由器接入寬帶網(wǎng)絡。（見圖6）
7、更改了壁厚曲線編輯并引入了畫面虛屏顯示的概念。由于原CPU的原因，用戶在編輯過程中有時會出現(xiàn)線段不受控、線段拉伸過度、畫面刷新存在閃爍等現(xiàn)象。新的程序克服了以上的缺點，編輯壁厚曲線完美快捷。（見圖7 圖8）
8、增加了屏幕拷貝功能，用戶只要在USB接口上插入U盤，按下屏幕下方的打印屏幕按鍵，該幅畫面就可以存儲到U盤上。便于系統(tǒng)參數(shù)、故障歷史記錄的保存、歸檔等。
9、增強了中/英文畫面的切換，原來方案只能退出到主畫面進行切換，新方案設計為每頁都可以切換。
10、更改了畫面的制作風格，采用了Windows風格的操作圖標。
11、由于選用的是觸摸屏，增加了光標調(diào)校頁面。
四、新系統(tǒng)的特點
1、新方案選用的B&R控制器是高性能、分時多任務的控制系統(tǒng)，每個任務的優(yōu)先級和循環(huán)時間都可以根據(jù)需要調(diào)整，整個系統(tǒng)的實時性可得到優(yōu)化，運算速度更快。
2、硬件采用模塊化的I/O分布式結(jié)構(gòu)，減小了信號的干擾，有利于機器的布線，便于機器的各種配置需要。
3、系統(tǒng)采用了X2X 總線、CAN BUS總線進行通訊，即時、快速。
4、穩(wěn)定快速的遠程監(jiān)控功能也為機器的運行提供了保證。
5、人機界面采用10寸TFT真彩液晶面板，分辨率高達26萬色，平均使用壽命達到5.5萬小時。
6、壁厚控制更為精確，基本重量值精確到小數(shù)點后一位。
7、曲線編輯和拉伸更為簡便，曲線顯示采用虛屏技術，無閃爍。
8、系統(tǒng)液壓庫的運用，使得機器的移模、開合模、吹針的動作更加快速、平穩(wěn)、準確。
9、型胚長度雙工位自動調(diào)節(jié)。
10、4級密碼保護功能。完備的用戶管理。
11、溫度控制采用B&R的智能PID調(diào)節(jié)，能自整定優(yōu)化參數(shù)，溫控精度能達到±1度。具備預加熱功能和定時加熱功能。
五、結(jié)論
自從新控制系統(tǒng)08年配備到考特斯KCC機器后，以其快速響應和穩(wěn)定的性能深受用戶的好評，畫面清晰流暢，結(jié)構(gòu)簡捷，設計者同時也考慮到了系統(tǒng)進一步的擴展和改進，如果要增加或減少從站的數(shù)量或者更換更高級別的控制器，軟件幾乎不用作大的更改。實踐證明它是一個較為完美的控制系統(tǒng)。
關于貝加萊
貝加萊（B&R）工業(yè)自動化是一家全球性自動化領導廠商，專業(yè)致力于創(chuàng)新自動化前沿技術，總部位于奧地利，目前已在全球60個國家設立了分支機構(gòu)，擁有155個辦事處?！巴昝雷詣踊迸c“您的全球自動化合作伙伴”是貝加萊工業(yè)自動化的使命與追求。
1996年8月，貝加萊工業(yè)自動化（上海）有限公司正式落戶中國上海，本地化的銷售與精湛的技術隊伍為中國客戶帶來更迅捷的服務響應。十幾年來，貝加萊（中國）一直專注于為國內(nèi)用戶提供高品質(zhì)的自動化全線產(chǎn)品和優(yōu)秀的技術解決方案。現(xiàn)在，貝加萊的產(chǎn)品和方案已廣泛應用于機械自動化領域，如包裝、印刷、塑料、紡織、食品飲料、機床、半導體、制藥等行業(yè)；以及過程自動化領域，如電力、冶金、市政、交通、石油、化工和水泥等行業(yè)。目前，貝加萊產(chǎn)品已通過ISO 9001、UL、TüV、GOST-R等國際認證，產(chǎn)品質(zhì)量、性能等受到了用戶的普遍贊譽，贏得了信譽。如今，貝加萊（中國）已成立了北京、廣州、濟南、西安、成都和沈陽辦事處，上海及各辦事處建立了完備的技術培訓中心，以及分布在全國的大學聯(lián)合實驗室。
參考文獻
《新一代可編程計算機控制器技術》主編：齊蓉，主審：肖維榮，西北工業(yè)大學出版社。
作者：李元軍 ， 順德考特斯塑料科技有限公司
（轉(zhuǎn)載）
