一、引言

　　目前食品饮料灌装生产线的生产速度非常快www.cechina.cn，普通灌装机的灌装速度已达到500瓶/分钟，靠简单的人力包装已无法完成如此大量的包装工作，因此高速纸箱包装机在食品包装行业中得到广泛应用。该包装机作为独立设备安装于生产线上，提供专用输送带将生产线上灌装好的产品传输到包装机上，包装机自动完成分瓶、上纸、打包、喷胶等工作并通过输送带传送到下一个工序。

　　二、西门子SIMOTION介绍

　　在运动控制领域，一般的电机驱动器提供了丰富的运动控制功能CONTROL ENGINEERING China版权所有，但逻辑控制和复杂运算功能却相当弱，而一般的PLC提供了全面的逻辑控制功能，但又很难具备运动控制的全部功能。传统的应用方式是将PLC和伺服控制器配合使用，但存在高速数据传输、数据同步和精确控制等方面的问题。

　　西门子公司提出新一代的运动控制平台SIMOTION。SIMOTION是为运动控制起主导作用的机器而设计的，本身集成了逻辑控制与运动控制，可以独立完成以往PLC加电机调速器的所有功能，主要应用于那些控制要求复杂，控制速度快www.cechina.cn，要求精确运动的领域中。

　　1．SIMOTION是一种简单，灵活的控制系统，本身集成了运动控制、逻辑控制与工艺控制。具有如下的优点：

　　?逻辑控制和运动控制相结合，取消了影响响应时间的独立接口

　　?节省了为这些中间接口进行编程以及诊断的投入

　　?整个机器的编程以及诊断不仅规范，而且象PLC一样开放透明

　　2．SIMOTION系统具有三个组成部分：

　　?工程开发系统

　　工程开发系统可以实现由一个开发环境解决所有的运动控制、逻辑及工艺控制问题，并且它还能够提供所有必要的工具，从编程到参数设定，从测试到故障诊断。

　　?实时软件模块

　　这些模块提供了众多的运动控制以及工艺控制功能。针对某一特定的机器所需要的功能，灵活地选择相关地模块。

　　?硬件平台SIMOTION D

　　SIMOTION D的功能集成在新的SINAMICS S120多轴驱动系统的控制模板上，使之成为一个紧凑的拥有控制器及驱动器的系统。将运动控制与驱动器集成在一起，使系统具有极快的响应速度。SIMOTION D具有若干种规格，均是取决于其性能的要求。

　　三、系统要求

　　鉴于灌装食品行业设备自动化程度高，产品产量大的特点，对高速纸包机提出了如下的控制要求：

　　1．运行速度快

　　由于食品灌装生产线的灌装速度高，要求包装机的速度也必须达到与之配套的水平。目前成熟的纸箱包装机可以达到标准产量60箱/分钟，最大产量80箱/分钟。

　　2．可靠性高

　　鉴于生产线的连续高速生产的特殊情况，生产线上任何一个环节出现故障都会直接导致全线的故障停机，从而给用户带来巨大的经济损失，故要求设备可靠性非常高。要求配套的纸箱包装机在出厂前必须经过严格的测试，以每批次连续生产2000箱，连续生产10个批次不出现任何故障为出厂验收合格标准。

　　3．分瓶控制精确

　　生产线上过来的产品是连续排列的，必须通过一个专用设备将连续排列的产品分成一个纸箱可以容纳的不连续的产品单元，如下图将啤酒易拉罐分成每24瓶一个单元的小单元块给后面的包装做预处理工作。

　　每两个易拉罐之间的位置大约只有20mm，分瓶器必须准确无误的插入到这个位置中，靠前或靠后都会将易拉罐顶翻而影响后面的包装。而且前后分瓶器由两个不同的电机带动，必须严格进行位置与速度的同步，否则相互之间将出现干涉，影响分瓶质量。

　　4．喷胶控制精确

　　包装好的纸箱必须在成型压制之前上胶，上胶分为三个部位：上喷胶，左侧喷胶，右侧喷胶。每个部位的喷胶必须依照机器主电机的运行速度当主电机旋转到某一角度开始喷胶，到达另一角度后停止喷胶。否则将出现喷胶不到位或喷胶过度的情况影响产品质量。

　　5．产品成品率高

　　由于高速纸包机产量巨大，一旦设备出现故障将导致产品的大量浪费，而且包装用的纸箱又属于一次性产品，不能回收利用，因此对产品的成品率要非常的高，要求包装出的纸箱为一个严格的长方体，不能出现歪斜、包装不全、漏喷胶或胶喷位置不对等情况。

　　6．自动化程度高

　　包装机在工作时CONTROL ENGINEERING China版权所有，从进瓶开始到纸箱包装结束，所有工作全部自动完成，完全不需要人工干预。

　　四、运动控制系统配置

　　1．为保证整机的运行速度采用如下的配置：

　　?伺服电机

　　高速纸包机上采用西门子1FK7高精度同步伺服电机，主驱动轴的转速为80转/分，机械结构设计成主驱动轴转一圈生产一箱产品，所以该设计结构的最大产量为80箱/分，标准产量为60箱/分,达到了主流高速纸包机的生产速度。

　　?高速信号的处理

　　在机器运转的过程中控制工程网版权所有，对关键信号的响应时间为1MS。

　　具体算法：

　　对于上述信号直接接入到SIMOTION D