1 引言
全自動碼垛機是將紙包機或者膜包機輸送來的包裝產品（以下簡稱產品）按照用戶要求的工作速度和工作方式(如每層10包，每垛5層)自動堆疊成垛（圖十二），并將成垛的包裝產品輸送到后段的設備去，這就要求碼垛機的相關運動部分層成型區（圖一中的B區）和提升機（圖二）以及空托盤輸送機（圖三）協調配合好相互的動作要求。
圖一 碼垛機俯視簡圖
圖二 碼垛機提升部分簡圖
圖十二 整垛效果圖
圖三 碼垛機三維立體簡圖
碼垛機——不僅僅是將產品放置在貨盤上
工藝要求層成型區必須根據進入該區的產品按照既定的方式進行排列組成新的垛層，升降機必須多段速度進行工作以保證碼垛機碼出的垛型美觀、同時提高工作效率;垛盤輸送位于升降機下方，工作過程中升降機將碼成一垛的物料放置在垛盤輸送上，垛盤輸送負責將物料送出碼垛機，同時將空托盤運送到升降機上，要求垛盤輸送必須軟啟動，保證在啟動過程中不會對垛盤沖擊過大，造成散垛現象。
2 系統概述
圖四 皮帶成型區
圖五貝加萊伺服控制系統
每一種控制方案的選擇都是根據當時的控制需要和客戶可接受的程度來開發利用的，Perseus系列的碼垛機最初也不是完全使用貝加萊的伺服控制系統，當初的選擇是根據成型的包裝可以處理不穩定的包裝物特點，所以就選擇了小節距滾筒+隔板組合，這樣由于位置充足,可以根據碼垛排列的需要將限位隔板安裝在最佳位置，入口區選用帶有變頻器電機根據需要調整速度。但是這種控制方式同樣存在一些弱點，如成型產品更換不方便，隔板在快速撞擊的時候容易變形，從而影響了系統地整體速度。在結合了這些弱點和不足，Perseus使用了更高控制要求，更精確的排列產品，更經濟的控制方案貝加萊全伺服控制方式，通過驅動帶摩擦的板鏈定位每一個產品排列位置，從而省時高效快速的完成任務。
2.1 現場總線（Profibus-DP）
西門子可編程控制器（S7-300）系統和貝加萊伺服控制（ACOPOS）系統在其中為電氣控制部分的應用。圖六的網絡是profibus結構，B&R伺服器是其中的一個站點，通過使用8AC140.60-2卡實現相互之間的連接通訊，達到控制的目的，這是基本的框架結構。圖八是雙方數據交換表格，已經定義了各個數據塊的意義和功能。
圖六 控制系統方案簡圖
2.2 現場總線（CAN BUS）
CAN總線具有強有力的錯誤檢測能力及差分驅動功能，在強噪聲十分苛刻的環境中仍運行良好，因此CAN總線可以很容易的適合大多數應用場合。
通過現場總線（CAN BUS）的連接，人機界面（MP277）和各個伺服控制器之間的通信變得十分可靠，尤其為伺服運動控制系統中的在線修改跟隨特征參數提供了保證（圖七）。
圖七現場總線（CAN BUS）
圖八PLC<－－>B&R 雙方數據交換表格
2.3 基本運動控制
貝加萊的伺服運動控制系統（ACOPOSSERVO）采用了面向對象型的控制方式。在貝加萊開發平臺Automation Studio中使用高級語言（Basic或者C），只要針對一個伺服控制器創建一個運動對象（AxisObject）后，就可以利用創建的指針完成對電機不同的運動控制。
2.4 定義解釋
碼垛機的提升電機-由于需要在4米軌道上來回不斷地上下運動，在現有的控制方式在中，我們選用ACOPOS SERVO驅動SEW異步電機的做法，同時配備了編碼器做成一個簡單的閉環控制系統，來有效的定位產品的高度，利用產品的高度來確定滿垛盤后的總高度?？紤]到產品垂直疊放過程會產生累積誤差，以2.0L可樂的高度為335mm,理論上疊放5層的高度為335*5=1675mm，實際上產品與產品之間有間隙或者film層，實際高度大于1675mm考慮到這一誤差垂直定位外加紅外距離傳感器，實時檢測提升是否到位，能夠保證系統定位精度。
碼垛機的成型電機-關鍵是合理的配合每次提升需要的產品數，有效地減少在成型過程中浪費的時間。這就需要很高的動態響應，考慮到系統的動態可大概體現在兩個值上：電機扭矩值和電力傳輸系統的轉動慣量。后者包含電機和負載的慣量時間，是系統動態的重要測量部分。低慣量時間表示系統具有高動態性能。8LSA系列伺服電機可提供高動態的、精確的性能和可靠性，因此8LSA系列伺服電機便與ACOPOS驅動系統相結合，完美的實現了碼垛機需要的精度，另外8LSA系列伺服電機所有與機械和電氣相關的信息和數據都被存儲在了用于8LSA伺服電機的編碼器中。這就意味著用戶不必在現場對伺服電機做任何設置。在編碼器與伺服電機相連接時，電力由電氣設備提供，電機可以自動識別。電機傳送與其相關的參數同時限制傳入伺服驅動器的參數。驅動器隨后自動決定電流限制和電機優化控制所要求的電流控制參數。在電機試運轉時此功能會被大量保存。這就大大節省了我們編程和調試的時間，只需要做個普通的測試按鈕就可以了.同時ACOPOS伺服驅動器結構非常緊湊，由于貝加萊驅動器中集成了進線，再生扼流線圈，制動電阻，電源模塊等，因此不需要起他附件配件占據電柜空間。
3 B&R全自動碼垛機的控制特點//控制程序的設計
3.1主要配置
3.1.1.ACOPOS CPU模塊
8AC140.60-2插入模塊,CPU,兼容x86100MHzIntel,16MBDRAM,32kBSRAM,Compact-Flash,1個CAN接口,1個Profibus-DP從站接口,1個RS232接口.
3.1.2.ACOPOS編碼器模塊
8AC120.60-1插入模塊,EnDat編碼器和正弦增量編碼器接口
8AC123.60-1插入模塊,增量編碼器和SSI絕對值編碼器接口
3.1.3.ACOPOS網絡模塊
8AC110.60-2插入模塊,CAN總線接口
3.1.4.ACOPOS伺服驅動
8V1045.00-2伺服驅動3x400-480V 4.4A 2kW,集成線路濾波器，制動電阻和安全重啟抑制
8V1090.00-2伺服驅動3x400-480V 8.8A 4kW,集成線路濾波器，制動電阻和安全重啟抑制
3.2ACOPOS伺服控制方式
ACOPOS的伺服控制如圖九所示，大致可以分為四個部分：初始值處理、位置控制、速度控制、實際值檢測。在初始處理時，根據給定的位置及最大允許速度和最大允許加速度，給出一個理想的定位過程，即得出加速、恒速、減速段，不同位置時的速度也相應得到。位置控制主要有比例調節、比例調節限制p_max、積分限制i_max和積分調節。比例調節后的值為k＊ ，若k＊ ，則v_p﹦P_max；若k＊ ﹤﹣p_max，則v_P＝﹣p＿max。同理i_max用干限制積分調節值v_i。
