摘要：設(shè)計(jì)了基于TwinCAT3 控制系統(tǒng)的YB618 型條盒包裝機(jī)組膠點(diǎn)檢測(cè)功能模塊，介紹了通過RS-485通信接口實(shí)現(xiàn)YB618 型條盒包裝機(jī)組膠點(diǎn)檢測(cè)裝置數(shù)字化調(diào)試的過程。同時(shí)，以人機(jī)界面替代了傳統(tǒng)的人工手動(dòng)調(diào)試方法，顯著提高了操作效率。該裝置經(jīng)過多種測(cè)試驗(yàn)證，有效解決了調(diào)試過程中空間受限的問題，創(chuàng)新性地提升了設(shè)備調(diào)試的自動(dòng)化程度。

關(guān)鍵詞：TwinCAT3；YB618；膠點(diǎn)檢測(cè)；快速調(diào)試

中圖分類號(hào)：TP274 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

0 引言

TwinCAT3 控制系統(tǒng)由TwinCAT2 控制系統(tǒng)演進(jìn)而來，并依托Windows 的控制與自動(dòng)化技術(shù)，是控制系統(tǒng)的核心。它將開發(fā)組件無縫集成于微軟的Visual Studio 框架，且支持多種編程語(yǔ)言，能夠提供靈活的開發(fā)環(huán)境[1]。

基于此技術(shù)優(yōu)勢(shì)，YB618 型條盒包裝機(jī)組采用TwinCAT3 控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)設(shè)備控制[2]，并通過人機(jī)界面對(duì)各項(xiàng)功能參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。

本文基于倍福工業(yè)控制器設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種嵌入人機(jī)界面的膠點(diǎn)檢測(cè)功能模塊，該模塊旨在直接通過人機(jī)界面實(shí)現(xiàn)膠點(diǎn)檢測(cè)傳感器的功能調(diào)試，并進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)其自學(xué)習(xí)功能，其核心目標(biāo)在于以數(shù)字化調(diào)試方式徹底替代傳統(tǒng)的人工手動(dòng)調(diào)試。這種集成化、數(shù)字化的方法，顯著提高YB618 型條盒包裝機(jī)組膠點(diǎn)檢測(cè)相關(guān)功能的調(diào)試效率，降低操作復(fù)雜度，提升設(shè)備的智能化水平。

1 膠點(diǎn)檢測(cè)技術(shù)概況

噴膠系統(tǒng)是條盒包裝機(jī)最關(guān)鍵的組成部分，它保障了條盒成型的穩(wěn)定性。膠點(diǎn)檢測(cè)[3] 是保障噴膠工藝質(zhì)量的核心環(huán)節(jié)，膠點(diǎn)檢測(cè)的精準(zhǔn)性與穩(wěn)定性直接影響最終產(chǎn)品的合格率、生產(chǎn)效率以及設(shè)備穩(wěn)定性，是卷煙包裝自動(dòng)化生產(chǎn)線中的關(guān)鍵質(zhì)量控制點(diǎn)。

現(xiàn)有的噴膠流程如下：主傳動(dòng)裝置將條盒紙輸送至指定位置后，由膠槍完成噴膠作業(yè)。隨后，利用膠點(diǎn)檢測(cè)傳感器對(duì)噴膠質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)，若檢測(cè)出不合格煙包則在后續(xù)剔除位置執(zhí)行剔除操作。

YB618 型條盒包裝機(jī)組通過人機(jī)界面對(duì)條盒噴膠點(diǎn)位置進(jìn)行設(shè)定，并利用高速噴槍將膠點(diǎn)噴涂至商標(biāo)紙指定位置。同時(shí)，YB618 型條盒包裝機(jī)組在輸入推子與1 號(hào)包裝輪之間并排安裝4 個(gè)膠點(diǎn)檢測(cè)傳感器以檢測(cè)膠點(diǎn)的溫度和反光度，并將檢測(cè)結(jié)果轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)傳輸至倍福工業(yè)控制器，具體流程如圖1 所示。

在調(diào)試膠點(diǎn)檢測(cè)傳感器之前，需要啟動(dòng)YB618型條盒包裝機(jī)組出現(xiàn)連續(xù)膠樣，噴膠系統(tǒng)中的膠點(diǎn)檢測(cè)傳感器會(huì)通過檢測(cè)條盒紙的反光度和膠點(diǎn)溫度來判斷是否存在膠點(diǎn)。在調(diào)節(jié)膠點(diǎn)檢測(cè)傳感器的過程中，直接使用控制面板上的按鍵進(jìn)行手動(dòng)調(diào)試，可能會(huì)存在流程復(fù)雜、操作困難、空間受限等問題，并且條盒紙上膠樣的溫度可能會(huì)因調(diào)試時(shí)間過長(zhǎng)而下降，導(dǎo)致檢測(cè)結(jié)果出現(xiàn)誤差，合格煙包在后續(xù)剔除位置被錯(cuò)誤處理。因此，亟須改變膠點(diǎn)檢測(cè)傳感器調(diào)試方式。

2 YB618型條盒包裝機(jī)組膠點(diǎn)檢測(cè)裝置設(shè)計(jì)

2.1 總體框架設(shè)計(jì)

本文的核心思路是將數(shù)字化調(diào)試方法應(yīng)用于YB618 膠點(diǎn)檢測(cè)調(diào)試，利用RS-485 通信接口[4] 與膠點(diǎn)檢測(cè)傳感器進(jìn)行串口通信，從而實(shí)現(xiàn)YB618型條盒包裝機(jī)組膠點(diǎn)檢測(cè)裝置數(shù)字化調(diào)試。

RS-485 通信接口能夠?qū)崿F(xiàn)可編程邏輯控制器（programmable logic controller，PLC）與膠點(diǎn)檢測(cè)傳感器的串口通信，PLC 與人機(jī)界面將通過自動(dòng)化設(shè)備服務(wù)協(xié)議[5]（automation device service，ADS）進(jìn)行通信，研究人員可以在人機(jī)界面上修改膠點(diǎn)檢測(cè)傳感器的各項(xiàng)功能參數(shù)，同時(shí)該傳感器的工作狀態(tài)也會(huì)實(shí)時(shí)反饋至人機(jī)界面，確保調(diào)試過程的精準(zhǔn)度與高效性。人機(jī)界面的相關(guān)數(shù)據(jù)和膠點(diǎn)檢測(cè)傳感器的數(shù)據(jù)能夠通過PLC 進(jìn)行實(shí)時(shí)信號(hào)交互，總體框架設(shè)計(jì)如圖2 所示。

2.2 核心通信接口

本文采用RS-485 通信接口，其傳輸速率為10 Mbit/s，傳輸距離為1 200 m，可以通過串行通信的方式與32 個(gè)通信設(shè)備進(jìn)行通信；同時(shí)，它具備較強(qiáng)的抗干擾能力，支持19 200 baud 的波特率，奇偶校驗(yàn)位配置為8N1，與YB618 型條盒包裝機(jī)組中的4 個(gè)膠點(diǎn)檢測(cè)傳感器均適配。

2.3 硬件設(shè)計(jì)

為滿足硬件空間小、軟件編譯環(huán)境兼容性良好的需求，本裝置主要采用CX2030 系列嵌入式控制器、以太網(wǎng)集線器和EL6021 模塊進(jìn)行硬件設(shè)計(jì)。YB618 型條盒包裝機(jī)組膠點(diǎn)檢測(cè)裝置的硬件結(jié)構(gòu)如圖3 所示，Hub 用于網(wǎng)絡(luò)信息通信交互；而EL6021 模塊作為RS-485 通信接口的一種，可以實(shí)現(xiàn)倍福嵌入式控制器與YB618 型條盒包裝機(jī)組的膠點(diǎn)檢測(cè)傳感器的串口通信。人機(jī)界面借助ADS通信，與倍福工業(yè)控制器實(shí)現(xiàn)了信息的雙向讀取與寫入功能。在TwinCAT3 控制系統(tǒng)編譯環(huán)境下通過數(shù)據(jù)模塊將傳感器數(shù)據(jù)傳輸至顯示屏。

2.4 軟件設(shè)計(jì)

本文借助TwinCAT3 控制系統(tǒng)編程軟件實(shí)現(xiàn)了PLC 與YB618 型條盒包裝機(jī)組的膠點(diǎn)檢測(cè)傳感器的通信，并編寫了膠點(diǎn)檢測(cè)自學(xué)習(xí)功能程序。同時(shí)，基于Windows 的用戶界面框架（windowspresentation foundation，WPF），優(yōu)化并整合了膠點(diǎn)檢測(cè)的各項(xiàng)需求到人機(jī)界面上。

利用TwinCAT3 控制系統(tǒng)編程軟件設(shè)計(jì)一個(gè)自學(xué)習(xí)模塊，通過收集和分析膠點(diǎn)檢測(cè)傳感器的數(shù)據(jù)自動(dòng)調(diào)整相關(guān)功能參數(shù)，以適應(yīng)不同膠點(diǎn)的特征。此外，人機(jī)界面還設(shè)有啟動(dòng)自學(xué)習(xí)的選項(xiàng)，可以同步顯示自學(xué)習(xí)的進(jìn)度和結(jié)果。

裝置TwinCAT3 控制系統(tǒng)編程軟件編程思路分為以下4 步：

步驟1：在Global Variable 中聲明變量。

步驟2：在POUs 中添加串口背景通信程序main。

步驟3：在send 程序中添加傳感器發(fā)送接收信號(hào)相關(guān)功能的代碼。

步驟4：設(shè)置與程序相關(guān)聯(lián)的task 任務(wù)，并為每個(gè)任務(wù)設(shè)定優(yōu)先級(jí)，將main 的運(yùn)行周期設(shè)定為5 ms，send 的運(yùn)行周期設(shè)定為30 ms。

在實(shí)現(xiàn)倍福工業(yè)控制器與膠點(diǎn)檢測(cè)傳感器間的通信后，在人機(jī)界面上設(shè)計(jì)一個(gè)用于膠點(diǎn)檢測(cè)調(diào)試的專門頁(yè)面。該頁(yè)面包括膠點(diǎn)檢測(cè)傳感器的功能參數(shù)設(shè)置、狀態(tài)監(jiān)測(cè)和調(diào)試功能。研究人員通過界面上的操作按鈕和輸入框，可以方便地修改膠點(diǎn)檢測(cè)傳感器的相關(guān)功能參數(shù)，如靈敏度、工作模式等。

3 裝置測(cè)試與分析

3.1 無膠模式測(cè)試

在程序中，將“PRESET_GLUE_SENSITIVITY_DOWN”變量的值強(qiáng)制寫入“TRUE”，可以觀察到硬件反饋的“ReceivedString”值不斷變化，此時(shí)膠點(diǎn)檢測(cè)傳感器上的指示燈處于“無膠模式”。

3.2 傳感器自動(dòng)學(xué)習(xí)模式測(cè)試

將“PRESET_AUTO_MODE” 變量值強(qiáng)制寫入“TRUE”，“ReceivedString”可觀察到硬件反饋的值處于不斷變化中，此時(shí)膠點(diǎn)檢測(cè)傳感器上的指示燈處于“自動(dòng)學(xué)習(xí)模式”。反之，將“PRESET_CANCER_AUTO_MODE” 變量的值強(qiáng)制寫入“TRUE”，可以觀察到硬件反饋“ReceivedString”值處于不斷變化中，此時(shí)膠點(diǎn)檢測(cè)傳感器上的指示燈處于“初始準(zhǔn)備”狀態(tài)。

3.3 膠點(diǎn)靈敏度學(xué)習(xí)模式測(cè)試

將“PRESET_GLUE_SENSITIVITY_LEARNING”變量的值強(qiáng)制寫入“TRUE”，可以觀察到硬件反饋“ReceivedString”值處于不斷變化中，此時(shí)膠點(diǎn)檢測(cè)傳感器上的指示燈處于“膠點(diǎn)靈敏度學(xué)習(xí)模式”狀態(tài)。膠點(diǎn)檢測(cè)各類模式測(cè)試結(jié)果如圖4 所示。

4 結(jié)論

本裝置創(chuàng)新性地結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)YB618 型條盒包裝機(jī)組膠點(diǎn)檢測(cè)傳感器的布局情況，使用較低成本，并最小幅度地改變了現(xiàn)有設(shè)備的結(jié)構(gòu)；同時(shí)，采用RS-485 通信接口實(shí)現(xiàn)了YB618 型條盒包裝機(jī)組膠點(diǎn)檢測(cè)的數(shù)字化調(diào)試，解決了研究人員在調(diào)試過程中空間受限的問題。此外，本裝置還增設(shè)了自動(dòng)學(xué)習(xí)膠樣功能，可代替?zhèn)鹘y(tǒng)手動(dòng)調(diào)試方法，從而將數(shù)字化技術(shù)更好地應(yīng)用于機(jī)組調(diào)試環(huán)節(jié)。

參考文獻(xiàn)

[1] 韓彬. 基于TwinCAT3 控制系統(tǒng)的YB518 型小盒透明紙包裝機(jī)運(yùn)行速度的控制分析[J]. 電子產(chǎn)品世界，2023，30（12）：56-59.

[2] 李修旋. 基于TwinCAT 3 的商標(biāo)紙堆疊輸送系統(tǒng)的控制分析[J]. 工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，2022，35（5）：55-57.

[3] 彭志飛，王進(jìn)宇，曾京威，等. 降低FOCKE778 條盒包裝機(jī)噴膠質(zhì)量缺陷率[J]. 科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新，2019（36）：185-186.

[4] 柏思忠. 基于RS485 數(shù)據(jù)幀計(jì)時(shí)的總線設(shè)備間距離測(cè)量[J]. 工礦自動(dòng)化，2021，47（7）：92-97，114.

[5] 姬寧博，李高益，王冠. 基于EtherCAT 上位機(jī)軟件ADS 通信實(shí)驗(yàn)研究[J]. 科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新，2020（35）：70-71.