B&R控制系統在吹塑機的應用和改進
一、前言
有著70多年吹瓶機生產歷史的考特斯公司是全球著名的中空成型機的生產廠商，它在該行業具有領先的技術和影響。2002年首次將B&R控制系統應用于塑機行業，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，原來的控制系統就顯得捉襟見肘，機器的很多功能都無法實現，控制器運算速度已經嚴重的阻礙機器的發展,改進系統成了當務之急。
二、原系統的配置及缺點
原系統的配置如圖1所示:
系統的上位機選用的是B&R Provit 2000系列的工控機，主要用于機器參數的設定和狀態顯示，機器的報警、壁厚曲線設定及跟蹤、配方數據均保存在這里。系統選用32M存儲卡存儲操作系統、應用程序和參數。
主站選用的是B&R 2003系列CP476 中央處理器（CPU）作為整個系統的控制單元，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從站交換數據。數據傳輸速度為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，該系統的缺陷顯而易見，當系統配置增大時，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揮，它和主站CPU模塊有大量的數據交換，嚴重的占用了本來就不寬裕的主站的系統資源。軟件對通訊的編程也相當的煩瑣，如何將2個CPU模塊合并為一個整體，是本設計的主要思路。
系統的打印歸檔和遠程監控的功能很弱，由于CP476采用的是RS232通訊，傳統的遠程撥號很難撥通且速度很慢，再者，掉線事件頻繁發生，給系統的遠程維護帶來了諸多不便。
基于以上的思路，新的系統選用PP400系列IPC做為整個系統的中央處理單元，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總線結構，人機操作的科學性和實用性于一體，系統的大小配置更加靈活。見圖（2）
PP481和IF797構成系統的主站。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。由于本系統中有多個高速的循環任務，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任務的循環掃描周期在2ms以內，而PP481支持高達400uS的循環周期。另外還有一個100M的網卡和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 ，可以直接驅動電磁閥和繼電器等。該模塊也可以連接計數器和高速增量式編碼器，采用X2X總線和主站連接，循環時間可達到200us，真正實現高速即時數據傳送。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。可以根據機器的具體配置靈活的選用從站的數量。
從站4—6由EX470和DM465構成，這和原系統的從站是相同的，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，因此系統總線的要求也不高，而EX470支持CAN BUS總線，數據傳輸速度能達到500KB/s，也可以根據機器的具體配置靈活的選用從站的數量。
由于考特斯機器種類繁多，控制軟件也很龐大，經過軟件實際測試，CPU的使用率大約在50%左右，系統運行很安全。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系統最大的優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，對程序開發者來說是非常方便的。
1、本次改進的系統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，實現對遠程機器的監控和操作功能，提供兩級訪問權限控制，一級權限是監控機器狀態，該權限只能監控，不能對機器操作。另一級權限是能對機器參數監控和操作同時進行。
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動的，動作慢、動作精度低且運動軌跡不平滑，運用該庫函數后，移模動作快而穩，機器的震動大大降低。設置參數如圖4所示：
通過修改以上參數可以得到模架運動的profile曲線，見圖9的曲線2，依據速度（V）推算比例閥的流量（Q），再由流量依據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節系統的軟件，能做到雙工位的自動調節。（見圖5）
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線段不受控、線段拉伸過度、畫面刷新存在閃爍等現象。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）
5、壁厚控制的重量修改范圍增大了10倍。由原來的0—99%改變為0.0----99.9%.
6、IP地址能任意修改。用戶可以根據自己的實際情況任意修改網卡的IP地址，使IPC能通過局域網或路由器接入寬帶網絡。（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線段不受控、線段拉伸過度、畫面刷新存在閃爍等現象。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。便于系統參數、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，增加了光標調校頁面。四、新系統的特點
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，每個任務的優先級和循環時間都可以根據需要調整，整個系統的實時性可得到優化，運算速度更快。
2、硬件采用模塊化的I/O分布式結構，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、系統采用了X2X 總線、CAN BUS總線進行通訊，即時、快速。
4、穩定快速的遠程監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、準確。
9、型胚長度雙工位自動調節。
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調節，能自整定優化參數，溫控精度能達到±1度。具備預加熱功能和定時加熱功能。
五、結論
自從新控制系統08年配備到考特斯KCC機器后，以其快速響應和穩定的性能深受用戶的好評，畫面清晰流暢，結構簡捷，設計者同時也考慮到了系統進一步的擴展和改進，如果要增加或減少從站的數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。
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，西北工業大學出版社。
作者簡介
李元軍， 男，1967年6月生， 陜西渭南人，高級工程師，學士學位，曾就職于國內某研究機構，主要從事某軍品項目的研究和開發，主攻方向為電氣工程及自動化應用，現從事塑料機械的軟件開發。
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