摘  要：本文敘述了B&R控制系統在吹塑機的應用，對早期的B&R2003系統做了簡(jiǎn)單的總結回顧，并分析了其系統的不足，重點(diǎn)闡述了由B&R PP481工控機+XX436+EX470組成的新系統的硬件配置和軟件的改進(jìn)、升級等。

　　關(guān)鍵詞：中空成型機  上位機  中央處理器  CAN總線(xiàn)  可視化單元  線(xiàn)性位移傳感器。

　　B&R control system application and improve on Blowing molding machine

　　( SHUNDE Kautex plastics technology Co.Ltd:LiYuanjun)

　　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(zhù)70多年吹瓶機生產(chǎn)歷史的考特斯公司是全球著(zhù)名的中空成型機的生產(chǎn)廠(chǎng)商，它在該行業(yè)具有領(lǐng)先的技術(shù)和影響。2002年首次將B&R控制系統應用于塑機行業(yè)，當時(shí)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?xún)r(jià)比高等因素而著(zhù)名，安裝B&R控制器的考特斯機器也深受用戶(hù)的喜愛(ài)。

　　但隨著(zhù)機器不斷的改進(jìn)和功能不斷的增強，運用的器件等級越來(lái)越高，原來(lái)的控制系統就顯得捉襟見(jiàn)肘，機器的很多功能都無(wú)法實(shí)現，控制器運算速度已經(jīng)嚴重的阻礙機器的發(fā)展,改進(jìn)系統成了當務(wù)之急。

　　二、原系統的配置及缺點(diǎn)

　　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(tài)顯示，機器的報警、壁厚曲線(xiàn)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(gè)系統的控制單元，它控制機器運行的整個(gè)工藝過(guò)程和運算過(guò)程。通過(guò)CAN總線(xiàn)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(gè)通道的擴展槽，可用于擴展一些模擬量的旋入式模塊。同時(shí)通過(guò)底板還可以擴展DM465 I/O 模塊，用于開(kāi)關(guān)量的讀入和寫(xiě)出。

　　系統從站主要是用于溫度控制，選用EX470通過(guò)CAN BUS總線(xiàn)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(lái)控制加熱圈和熱電偶的信號采集。

　　通過(guò)以上描述可以看出，該系統的缺陷顯而易見(jiàn)，當系統配置增大時(shí)，首先CPU模塊的帶載就成問(wèn)題，我們的配置最多時(shí)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(huà)面的顯示，資源并未得到充分發(fā)揮，它和主站CPU模塊有大量的數據交換，嚴重的占用了本來(lái)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(gè)CPU模塊合并為一個(gè)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(xiàn)事件頻繁發(fā)生，給系統的遠程維護帶來(lái)了諸多不便。

　　三、改進(jìn)后的系統配置

　　基于以上的思路，新的系統選用PP400系列IPC做為整個(gè)系統的中央處理單元，在機器上配置6個(gè)從站，安裝于機器的各個(gè)部位從而形成分布式的I/O總線(xiàn)結構，人機操作的科學(xué)性和實(shí)用性于一體，系統的大小配置更加靈活。見(jiàn)圖（2）

　　PP481和IF797構成系統的主站。PP481不僅僅是一個(gè)人機界面，同時(shí)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(gè)高速的循環(huán)任務(wù)，比如：型胚壁厚控制、模架運動(dòng)控制，吹針運動(dòng)控制等，這些運動(dòng)控制要求系統任務(wù)的循環(huán)掃描周期在2ms以?xún)?，而PP481支持高達400uS的循環(huán)周期。另外還有一個(gè)100M的網(wǎng)卡和2個(gè)USB口，為遠程寬帶連接和屏幕拷貝帶來(lái)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(kāi)關(guān)量輸入，8路開(kāi)關(guān)量輸出，其中4路輸出0.5A，4路輸出2.0A ，可以直接驅動(dòng)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(xiàn)和主站連接，循環(huán)時(shí)間可達到200us，真正實(shí)現高速即時(shí)數據傳送。該站主要用于控制高響應比例閥、線(xiàn)性位置傳感器（電子尺）和溫度傳感器（熱電偶）等?？梢愿鶕C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?xún)r(jià)比。本站主要處理的是溫度控制、普通的液壓閥和關(guān)電開(kāi)關(guān)等，任務(wù)等級相對要求較低，因此系統總線(xiàn)的要求也不高，而EX470支持CAN BUS總線(xiàn)，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(lèi)繁多，控制軟件也很龐大，經(jīng)過(guò)軟件實(shí)際測試，CPU的使用率大約在50%左右，系統運行很安全。隨著(zhù)我們機器的不斷改進(jìn)，以后可能要求程序循環(huán)時(shí)間會(huì )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(shí)用。

　　三、軟件功能的改進(jìn)

　　B&R系統最大的優(yōu)點(diǎn)就是用一個(gè)編程軟件（Automation Studio）同時(shí)集成了可視化單元和I/O控制單元，對程序開(kāi)發(fā)者來(lái)說(shuō)是非常方便的。

　　1、本次改進(jìn)的系統畫(huà)面幾乎全部重新制作，主要是因為原來(lái)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(jìn)成SG4格式，功能更齊全，畫(huà)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(wù)器（見(jiàn)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(shí)現對遠程機器的監控和操作功能，提供兩級訪(fǎng)問(wèn)權限控制，一級權限是監控機器狀態(tài)，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(shí)進(jìn)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(dòng)的，動(dòng)作慢、動(dòng)作精度低且運動(dòng)軌跡不平滑，運用該庫函數后，移模動(dòng)作快而穩，機器的震動(dòng)大大降低。設置參數如圖4所示：

　　通過(guò)修改以上參數可以得到模架運動(dòng)的profile曲線(xiàn)，見(jiàn)圖9的曲線(xiàn)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(xiàn)可以獲得控制電壓的值（U）。實(shí)際獲得的運動(dòng)軌跡見(jiàn)圖9的曲線(xiàn)3。圖9的曲線(xiàn)1是比例閥上的控制電壓，從圖中可以看出，實(shí)際的誤差是非常小，曲線(xiàn)的軌跡也非常平滑。

　　4、修改了型胚長(cháng)度自動(dòng)調節系統的軟件，能做到雙工位的自動(dòng)調節。（見(jiàn)圖5）

　　5、壁厚控制的重量修改范圍增大了10倍。由原來(lái)的0—99%改變?yōu)?.0----99.9%.

　　6、IP地址能任意修改。用戶(hù)可以根據自己的實(shí)際情況任意修改網(wǎng)卡的IP地址，使IPC能通過(guò)局域網(wǎng)或路由器接入寬帶網(wǎng)絡(luò )。（見(jiàn)圖6）

　　7、更改了壁厚曲線(xiàn)編輯并引入了畫(huà)面虛屏顯示的概念。由于原CPU的原因，用戶(hù)在編輯過(guò)程中有時(shí)會(huì )出現線(xiàn)段不受控、線(xiàn)段拉伸過(guò)度、畫(huà)面刷新存在閃爍等現象。新的程序克服了以上的缺點(diǎn)，編輯壁厚曲線(xiàn)完美快捷。（見(jiàn)圖7 圖8） 

　　8、增加了屏幕拷貝功能，用戶(hù)只要在USB接口上插入U盤(pán)，按下屏幕下方的打印屏幕按鍵，該幅畫(huà)面就可以存儲到U盤(pán)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(huà)面的切換，原來(lái)方案只能退出到主畫(huà)面進(jìn)行切換，新方案設計為每頁(yè)都可以切換。

　　10、更改了畫(huà)面的制作風(fēng)格，采用了Windows風(fēng)格的操作圖標。

　　11、由于選用的是觸摸屏，增加了光標調校頁(yè)面。

　　四、新系統的特點(diǎn)

　　1、新方案選用的B&R控制器是高性能、分時(shí)多任務(wù)的控制系統，每個(gè)任務(wù)的優(yōu)先級和循環(huán)時(shí)間都可以根據需要調整，整個(gè)系統的實(shí)時(shí)性可得到優(yōu)化，運算速度更快。

　　2、硬件采用模塊化的I/O分布式結構，減小了信號的干擾，有利于機器的布線(xiàn)，便于機器的各種配置需要。

　　3、系統采用了X2X 總線(xiàn)、CAN  BUS總線(xiàn)進(jìn)行通訊，即時(shí)、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(wàn)色，平均使用壽命達到5.5萬(wàn)小時(shí)。

　　6、壁厚控制更為精確，基本重量值精確到小數點(diǎn)后一位。

　　7、曲線(xiàn)編輯和拉伸更為簡(jiǎn)便，曲線(xiàn)顯示采用虛屏技術(shù)，無(wú)閃爍。

　　8、系統液壓庫的運用，使得機器的移模、開(kāi)合模、吹針的動(dòng)作更加快速、平穩、準確。

　　9、型胚長(cháng)度雙工位自動(dòng)調節。

　　10、4級密碼保護功能。完備的用戶(hù)管理。

　　11、溫度控制采用B&R的智能PID調節，能自整定優(yōu)化參數，溫控精度能達到±1度。具備預加熱功能和定時(shí)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(hù)的好評，畫(huà)面清晰流暢，結構簡(jiǎn)捷，設計者同時(shí)也考慮到了系統進(jìn)一步的擴展和改進(jìn)，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(shí)踐證明它是一個(gè)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(shù)》主編：齊蓉，主審：肖維榮，西北工業(yè)大學(xué)出版社。

　　作者簡(jiǎn)介

　　李元軍， 男，1967年6月生， 陜西渭南人，高級工程師，學(xué)士學(xué)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(kāi)發(fā)，主攻方向為電氣工程及自動(dòng)化應用，現從事塑料機械的軟件開(kāi)發(fā)。