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隨著近年來國家節(jié)能減排政策不斷推行，許多高能耗.低產(chǎn)能的小造紙企業(yè)被強(qiáng)制關(guān)閉. 國內(nèi)市場(chǎng)進(jìn)一步凈化，產(chǎn)能逐步向大企業(yè)集中。產(chǎn)能的集中必定會(huì)要求生產(chǎn)自動(dòng)化程度與生產(chǎn)效率的不斷提高.同樣伴隨著工廠信息化程度的不斷提高，上層決策系統(tǒng)將需要更多的現(xiàn)場(chǎng)數(shù) 據(jù).以便于進(jìn)行更有效的生產(chǎn)管理.同時(shí)設(shè)備維護(hù)人員也需要設(shè)備運(yùn)行的歷史數(shù)據(jù)，以便于設(shè) 備的錐護(hù)，處理已有故障或提前發(fā)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行的隱患，做到提前預(yù)防，從而保證自動(dòng)化設(shè)備的 運(yùn)行高效性，為高效率的生產(chǎn)提供堅(jiān)實(shí)的設(shè)備基礎(chǔ)與數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

按照紙種的用途來看，大致可分為包裝用紙、生活用紙和文化用紙三大類。除包裝用紙外. 生活用紙與文化用紙?jiān)趦?chǔ)存、運(yùn)輸過程中，為防止紙卷受潮，或在倉庫與運(yùn)輸過程中受到損傷, 甚至某些特種紙對(duì)自然環(huán)境有要求的，需要先對(duì)紙卷進(jìn)行包裝處理。包裝又分為膜包裝與牛皮 紙包裝，在實(shí)際的使用中，廠家會(huì)根據(jù)客戶的要求進(jìn)行膜包裝或牛皮紙包裝，或是兩者都采用。 其中，牛皮紙包裝是對(duì)紙卷的圓周面進(jìn)行牛皮紙包裝，而紙卷的端面加內(nèi)外封頭進(jìn)行密封處理, 傳統(tǒng)的工藝是人工放置內(nèi)外封頭，人工粘貼商標(biāo)。隨著工廠產(chǎn)能的提高，生產(chǎn)節(jié)拍的加快，傳 統(tǒng)的人工放置封頭與貼標(biāo)過程已不能滿足生產(chǎn)，高效的全自動(dòng)紙卷包裝機(jī)在對(duì)整個(gè)包裝中，用 機(jī)器人來代替人工，并改進(jìn)設(shè)備工藝，提高設(shè)備速度，紙卷數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集與處理，大大地滿 足了企業(yè)高產(chǎn)能的生產(chǎn)要求。本文主要介紹的就是基于西門子PLC控制系統(tǒng)、機(jī)器人、OPC服 務(wù)器s等智能裝備的全自動(dòng)紙卷包裝機(jī)，并介紹為上層管理決策提供系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)的方法氣

本文所介紹的全自動(dòng)紙卷包裝機(jī)分為六個(gè)工位：

（1）對(duì)中工位：對(duì)進(jìn)入包裝機(jī)后續(xù)工位的紙卷進(jìn)行對(duì)中處理，系統(tǒng)配置的自動(dòng)掃描儀在紙 卷進(jìn)入對(duì)中工位前對(duì)紙卷上的小條碼進(jìn)行掃描識(shí)別，從工廠的數(shù)據(jù)庫中讀出此紙卷的規(guī)格信息, 如紙卷的幅寬.直徑，對(duì)中工位上的對(duì)中裝置將紙卷對(duì)中后.配置的激光測(cè)距儀將測(cè)量紙卷的 端面及圓周面.從而測(cè)出紙卷的幅寬與直徑。與掃描儀識(shí)別的條碼數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，同進(jìn)對(duì)中機(jī) 處的稱重儀表將對(duì)工位上的紙卷進(jìn)行稱重測(cè)量，并將測(cè)出的實(shí)際重量與理論重量進(jìn)行比較，完 成紙卷信息的復(fù)核。復(fù)核成功后，將紙卷的重量信息更新至服務(wù)器。

2. 入口緩沖器工位；從對(duì)中工位來的紙卷經(jīng)入口緩沖器平穩(wěn)地將紙卷停在工位移動(dòng)裝置 上。其中，工位移動(dòng)裝置負(fù)責(zé)將紙卷從此工位依次送往后續(xù)工位，直至壓合工位。
3. 折邊工位：經(jīng)工位移動(dòng)裝置從入口緩沖器工位送到折邊工位的紙卷，將在此工位完成 紙卷的內(nèi)封頭的放置與牛皮紙的包裝與折邊。系統(tǒng)配置的放內(nèi)封頭機(jī)器人將根據(jù)工位上紙卷的 直徑信息自動(dòng)選擇合適的內(nèi)封頭，自動(dòng)抓取兩個(gè)封頭放置在內(nèi)封頭放置機(jī)上，經(jīng)由內(nèi)封頭放置 機(jī)將封頭放置在紙卷兩側(cè)，折邊工位的送紙與放紙系統(tǒng)根據(jù)工位上紙卷的幅寬信息選擇合適的 牛皮包裝紙，選中的包裝紙經(jīng)切紙噴膠系統(tǒng)將紙頭粘貼在紙卷上，并根據(jù)設(shè)定的包裝層數(shù)計(jì)算 送出的包裝紙的長(zhǎng)度。達(dá)到設(shè)定的長(zhǎng)度后，由切刀切斷包裝紙并噴尾膠，將牛皮紙可靠的粘貼 在紙卷上，完成紙卷圓周面的包裝。再經(jīng)過折邊系統(tǒng)，將紙卷兩側(cè)多余的包裝紙進(jìn)行折邊處理, 以便于后續(xù)工位進(jìn)行端面的壓合密封處理。
4. 等待工位：在折邊工位完成牛皮紙包裝的紙卷經(jīng)工位移動(dòng)裝置送到此工位，工位上配 置的貼標(biāo)系統(tǒng)，將自動(dòng)根據(jù)紙卷信息打印出商標(biāo)合格證，粘貼在紙卷的圓周面。
5. 壓合工位：工位上配置的外封頭機(jī)器人自動(dòng)根據(jù)紙卷的直徑信息抓取合適的外封頭， 將其放置在熱壓盤上，加熱后的熱壓盤將外封頭的膠水熔化后，對(duì)工位上的紙卷進(jìn)行壓合’從 而將外封頭貼在紙卷上，對(duì)紙卷的端面進(jìn)行密封處理。
6. 出口工位：從壓合工位踢出的紙卷可在后續(xù)的移動(dòng)裝置上,由貼標(biāo)機(jī)器人抓取商標(biāo)合 格證，并將之粘貼在包裝后紙卷的端面。

圖1全自動(dòng)包裝機(jī)的基本組成

根據(jù)控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理能力與實(shí)時(shí)性的要求，系統(tǒng)采用西門子S7-400 PLC為主機(jī).通過 Profibus DP總線連接多個(gè)現(xiàn)場(chǎng)ET200M智能從站、人機(jī)界面' 變頻器（ABB800系列）以及第三 方控制器，通過以太網(wǎng)連接到OPC服務(wù)器，收集包裝機(jī)系統(tǒng)中的運(yùn)行數(shù)據(jù).其中，第三方控制 器主要為放置內(nèi)外封頭的機(jī)器人，以及貼標(biāo)機(jī)器人。Profibus DP網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)性、可靠性，可以保 證數(shù)據(jù)在PLC系統(tǒng)與機(jī)器人控制系統(tǒng)中的可靠傳遞，機(jī)器人系統(tǒng)根據(jù)PLC系統(tǒng)傳遞過來的信息， 自動(dòng)選擇內(nèi)外封頭并與PLC系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)動(dòng)。

為保證全自動(dòng)紙卷包裝機(jī)的正常運(yùn)行.現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備上裝有眾多的傳感器來釆集現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的運(yùn) 行位置與狀態(tài)。通過西門子分布式智能從站ET200M系列，將現(xiàn)場(chǎng)傳感器的數(shù)字量、模擬量信號(hào) 傳送到現(xiàn)場(chǎng)的ET200M從站模塊上，模塊將采集到的信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化處理，通過Profibus DP網(wǎng)絡(luò)， 將信號(hào)傳送到PLC,如圖3所示。人機(jī)界面（HMI）采用的是西門子系列的MP277按鍵式操作屏. 操作屏內(nèi)置Windows CE操作系統(tǒng)，通過Wince Flexible軟件對(duì)操作屏進(jìn)行編程開發(fā)，開發(fā)的操 作屏將與PLC通過DP網(wǎng)絡(luò)通訊，通過在PLC程序中建立專用DB數(shù)據(jù)塊,將操作屏上的操作變 量和顯示變量與PLC中的對(duì)應(yīng)起來，在操作屏上用功能按鈕改變變量值或輸入數(shù)值型變量，可 以用來代替實(shí)際的按鈕.來操作現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備.進(jìn)行系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置，或顯示系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)、故障報(bào) 警、操作提示等功能。

系統(tǒng)采用的電機(jī)控制變頻器選用ABB品牌的ACS800系列變頻器’配上專用的總線控制模 塊RPBA-01模板，可以將變頻器直接通過Profibus DP現(xiàn)場(chǎng)總線直接連到PLC系統(tǒng)的DP網(wǎng)絡(luò)中 (如圖4所示)。將PLC作為主站、變頻器作為從站時(shí)，主站向變頻器傳送運(yùn)行指令，同時(shí)接受 變頻器反饋的運(yùn)行狀態(tài)及故障報(bào)警狀態(tài)的信號(hào)，RPBA-01總線控制模塊將從Profibus DP網(wǎng)絡(luò)中 接收到的過程數(shù)據(jù)存入雙向RAM中，過程數(shù)據(jù)中的每一個(gè)字都被編址，在變頻器端的雙向RAM 可通過被編址參數(shù)排序，向變頻器寫入控制字、給定值或讀出實(shí)際值、診斷信息等參數(shù)。變頻 器現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)，若從軟件角度看，其核心內(nèi)容是現(xiàn)場(chǎng)總線的通訊協(xié)議。通訊協(xié)議中的網(wǎng) 絡(luò)數(shù)據(jù)格式根據(jù)Profibus DP標(biāo)準(zhǔn)選用PPO2類型(4PKW+6PZD),如圖5所示。其中PPO2包括 參數(shù)值PKW及過程數(shù)據(jù)PZD。參數(shù)值PKW可用來設(shè)置變頻器運(yùn)行時(shí)要定義的一些參數(shù)值；過程 數(shù)據(jù)PZD是變頻器運(yùn)行過程中要輸入/輸出給定值或狀態(tài)量，如頻率給定值、速度反饋值、電流 反饋值等，也可用來修改變頻器的參數(shù)。將網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)這樣分類定義的目的，是為了完成不同的 任務(wù)，即PKW的傳輸與PZD的傳輸互不影響，均各自獨(dú)立工作，從而使變頻器能夠按照主站控 制系統(tǒng)的指令運(yùn)行。變頻器通過總線控制，可以線性輸出控制變頻器給定值’從而對(duì)運(yùn)行設(shè)備 進(jìn)行平滑控制，并得到變頻器的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，提高系統(tǒng)的控制精度與設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定性。變頻器的 故障信息也可以通過總線傳送至PLC系統(tǒng)，系統(tǒng)可將此報(bào)警信息傳送至上位機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行歸檔， 作為歷史數(shù)據(jù)便于設(shè)備維護(hù)或作故障預(yù)測(cè)。

包裝機(jī)系統(tǒng)中的內(nèi)外封頭機(jī)器人選用的是ABB系列六軸機(jī)器人，貼標(biāo)機(jī)器人選用的是ABB 系列四軸機(jī)器人，用來完成內(nèi)外封頭的自動(dòng)選擇與抓取.商標(biāo)合格證的抓取與粘貼。機(jī)器人系 統(tǒng)自帶Profibus DP網(wǎng)絡(luò)接口，因此可將機(jī)器人系統(tǒng)作為DP主站，通過DP協(xié)議與PLC之間進(jìn)行 DP主站間的10通訊，如圖6所示，用來傳遞設(shè)備運(yùn)行中需要的各種數(shù)據(jù)，如紙卷的信息、內(nèi)外 封頭的規(guī)格、封頭紙垛的高度、故障信息、聯(lián)動(dòng)信號(hào)等變量數(shù)據(jù)。機(jī)器人控制系統(tǒng)利用空間坐 標(biāo)作為運(yùn)動(dòng)軌跡，按照預(yù)先設(shè)定好的路線來進(jìn)行高速運(yùn)動(dòng)，并能精確定位。通過機(jī)器人手臂端 安裝的夾具系統(tǒng)，可以吸附內(nèi)外封頭或商標(biāo)合格證，移動(dòng)到指定的地點(diǎn)進(jìn)行放置，并能對(duì)內(nèi)外 封頭紙垛利用三點(diǎn)確定圓的數(shù)學(xué)原理來自動(dòng)確定圓心，保證放置內(nèi)外封頭位置的準(zhǔn)確性。在壓 合工位中，將熱壓盤位置的實(shí)時(shí)數(shù)值傳送給機(jī)器人系統(tǒng)，機(jī)器人就可隨時(shí)改變運(yùn)動(dòng)軌跡，實(shí)時(shí) 跟隨壓合設(shè)備進(jìn)行外封頭的放置，進(jìn)一步提高設(shè)備的運(yùn)行效率。

系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集運(yùn)用的是OPC技術(shù),OPC (OLE for Process Control)是Microsoft公司的對(duì) 象鏈接和嵌入OLE/COM技術(shù)在過程控制方面的應(yīng)用.為工業(yè)控制領(lǐng)域提供了標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)訪問機(jī) 制。OPC的出現(xiàn)為基于Windows的應(yīng)用程序和現(xiàn)場(chǎng)過程控制應(yīng)用建立了橋梁。OPC技術(shù)擴(kuò)展了 硬件設(shè)備的概念，OPC技術(shù)為控制網(wǎng)與管理網(wǎng)之間的互聯(lián)，以及上層應(yīng)用軟件和控制設(shè)備之間 的數(shù)據(jù)通訊提供了極大的方便。對(duì)于車間生產(chǎn)來說，所有生產(chǎn)的紙卷都需要有對(duì)應(yīng)的信息跟蹤. 以便于更好的生產(chǎn)管理、銷售查詢，因此紙卷從復(fù)卷機(jī)處下卷后，便會(huì)有唯一的條碼信息進(jìn)行 標(biāo)識(shí)。紙卷在經(jīng)過包裝機(jī)系統(tǒng)時(shí)，會(huì)完成紙卷的規(guī)格復(fù)核、稱重、貼標(biāo)等工藝處理’在完成這 些工藝時(shí)所產(chǎn)生的信息、時(shí)間等數(shù)據(jù)都需在工廠數(shù)據(jù)庫中能夠查到。為把這些在PLC控制系統(tǒng) 產(chǎn)生的數(shù)據(jù)傳送到公司級(jí)的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中，本系統(tǒng)通過OPC技術(shù)連接到PLC系統(tǒng)中’在工控機(jī) 上組建OPC服務(wù)器，并在PLC系統(tǒng)中配置以太網(wǎng)通訊模塊，將OPC服務(wù)器與PLC系統(tǒng)進(jìn)行以太
網(wǎng)連接，從而可以滿足大數(shù)據(jù)量的傳輸。

在STEP 7中完成配置后，需將PC Station T載到OPC Server側(cè)建立的虛擬硬件機(jī)架中。在 PLC程序中，為方便與OPC Server進(jìn)行通訊，需建立一個(gè)用來通訊的共享數(shù)據(jù)塊DB,并將要進(jìn) 行通訊的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)先的定義，雙方建立統(tǒng)一的一個(gè)數(shù)據(jù)表，PLC主要負(fù)責(zé)將OPC需要的數(shù)據(jù) 收集并保存在DB塊對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)區(qū)中。這些數(shù)據(jù)包括接入PLC系統(tǒng)中的稱重儀表稱出的紙卷重量 信息、機(jī)器人運(yùn)行數(shù)據(jù)、內(nèi)外封頭紙垛高度信息、設(shè)備故障信息、總線控制變頻器故障信息等。

機(jī)器人、OPC服務(wù)器等智能裝備在全自動(dòng)紙卷包裝機(jī)的大量應(yīng)用，提高了工廠生產(chǎn)的自動(dòng) 水平，與當(dāng)前國內(nèi)外產(chǎn)能不斷集中的形勢(shì)相適應(yīng)，滿足了工廠客戶對(duì)設(shè)備提出的高要求。采用 OPC與PLC的以太網(wǎng)通訊技術(shù)后的整個(gè)生產(chǎn)過程中，生產(chǎn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)與設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)都可以報(bào)表 的形式進(jìn)行統(tǒng)計(jì)與歸檔，并且在引入ERP等管理軟件后，實(shí)現(xiàn)了整個(gè)生產(chǎn)過程中的封閉式管理, 生產(chǎn)維護(hù)人員隨時(shí)能根據(jù)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)信息對(duì)設(shè)備進(jìn)行重點(diǎn)維護(hù)與檢查，減少了設(shè)備的故障率, 預(yù)防非正常停機(jī)，提高了整個(gè)生產(chǎn)過程中的效率。

智能系統(tǒng)在全自動(dòng)紙卷包裝機(jī)中的應(yīng)用，為整個(gè)造紙行業(yè)智能化裝備的大量投入打開了新 局面，并成功的打破了國外產(chǎn)品壟斷國內(nèi)市場(chǎng)的局面，并為時(shí)下流行的工廠管理決策系統(tǒng)、”工 廠云"數(shù)據(jù)系統(tǒng)等大數(shù)據(jù)信息化的普及提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)來源。

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