臥式包裝機是非常傳統的用于塊狀食品包裝的設備，但是，隨著個性化的生產越來越多，而機器也需要經常的程序變更，給制造企業(yè)的電氣工程師帶來很多困惑，而貝加萊為其提供了基于mapp的開發(fā)，由于采用可服用的模塊化功能，機器并不需要復雜的開發(fā)，大部分的開發(fā)工作僅需一些軟件的配置即可完成，通過mapp機器的開發(fā)效率將大幅度提高，專業(yè)機構的評測可以降低67%的機器軟件開發(fā)時間。
1.臥式包裝系統需求
臥式包裝是最為常見的食品或醫(yī)藥包裝設備，用于對塊狀產品如餅干、糖果、肥皂進行塑料薄膜包裝并進行熱封成品的過程。通常采用鏈道擋板將產品分為均勻的獨立個體，然后上下的薄膜分別通過放料軸進行包裹，并進入熱封刀裁切單元進行裁切封邊成為成品，其加工過程如圖1所示。
1.1性能指標
圖1-系統結構圖
在該系統設計初期，設計速度為150包/分鐘，對于裁切精度按照行業(yè)提出了+/-0.2mm的要求，并且需要實現一些功能包括無料不包裝、配方管理、用戶管理、機器的狀態(tài)監(jiān)測等功能，當然，為了滿足機器未來的長久集成，也提出了開放互聯的要求，作為選項預留在系統中，以待機器銷售至終端用戶處進行集成時的預留。
1.2功能設計
臥式包裝機需要的功能包括以下幾個方面：
(1).用戶管理：需要針對不同的機器操作人員設置不同的等級密碼管理，工程師可以進入程序修改，而現場操作人員僅對狀態(tài)進行操作。
(2).配方管理：需要針對50組不同的配方進行存儲管理，并且可以采用USB導入的方式進行配方的升級。
(3).溫度控制部分：包括切刀拉膜溫度控制，采用4段PID溫控，并且各溫度區(qū)域采用獨立的PID算法設計程序，并具有溫度校正功能。
(4).運動控制功能：包括三個馬達的控制，實現同步運動控制功能，各個馬達啟動互鎖設定，并且切刀馬達與拉膜馬達實現累積誤差補償功能。
(5).無料不包裝功能：考慮到送料中光眼檢測的情況，若無料時，拉膜與裁切刀停止進入等料。
2.系統的結構如圖
三個伺服電機分別用于放料、拉膜、裁切動作，系統采用了ACOPOS伺服驅動系統，ACOPOS伺服驅動系統可以直接接入色標傳感器(光電或模擬量均可)，可以獲得20kHz的采樣速度，采用標準配置的POWERlink網絡連接I/O和三個伺服軸。
采用Power Panel系列控制器與顯示集成的HMI，這樣系統架構簡單，僅通過POWERlink網絡連接三個驅動系統即可。
圖2-系統電氣配置架構
ACOPOS系列伺服驅動器可以執(zhí)行400uS的位置環(huán)控制任務，并且有多個編碼器槽位可以用于外接編碼器的接入。
3.mapp概要介紹
在系統的軟件設計方面，基于Automation Studio的開發(fā)可以實現高效的模塊化軟件拼裝，mapp是運行于Automation Studio開發(fā)環(huán)境的模塊化機器軟件開發(fā)系統，基于PLCopen的庫封裝，可以實現標準化、模塊化的軟件設計。
mapp借助于軟件復用(Software Reuse)與組件技術(Component Technology)思想，將針對機器開發(fā)的各種功能進行了模塊化封裝，其主旨思想在于能夠采用共性技術，將機器劃分為如圖3的幾個部分：
(1).基礎組件：對于每臺機器而言，其共性的部分包括了機器的文件管理、配方、用戶、報警、趨勢顯示等功能，這些功能對于各種機器來說都有共性，因此可以被封裝為統一的模塊。
(2).機電一體化對象：機電一體化對象包含了軸的控制、多軸同步、CNC和機器人的應用，這些都是整個機器控制的基本組件。
(3).行業(yè)組件：行業(yè)組件包括了在不同行業(yè)里所需的功能應用，如：包裝行業(yè)會考慮到張力控制、色標檢測、溫度控制、OMAC/PackML、鼓序列發(fā)生器等。
(4).基于Web的診斷與維護技術：對于機器的遠程訪問，mapp也提供了基于Web的訪問。
圖3-mapp的開發(fā)架構
mapp開發(fā)的思想在于：
(1).編程而非配置：對于應用mapp而言，其更多的是配置軟件功能，而無需大量的代碼編寫工作。
(2).基于標準化的模塊封裝：mapp本身基于PLCopen的編程思想與標準，因此可以與PLCopen一以及滿足PLCopen標準的企業(yè)自定義庫混合使用。
(3).mapp可以分享更多的資源：很多在不同行業(yè)的模塊可以混合使用，對于一個機器開發(fā)者而言，集團內部的不同機器開發(fā)單元的工程師可以共享軟件模塊資源，如通信接口、行業(yè)庫、為特殊應用開發(fā)的功能庫等。
4.基于mapp的開發(fā)
在臥式包裝項目中采用mapp進行了開發(fā)設計，其功能構成如圖4。
圖4-基于mapp的臥式包裝機軟件構架
在這個臥式包裝機的項目中，采用了B&R的mapp技術來實現軟件的快速開發(fā)。
圖5-單軸運動控制的Mplink文件
在基于mapp技術的應用開發(fā)中，Mplink輸入接口參數是每個mapp功能塊所具有的基本必備參數。該參數使用的目的有兩個，一是可以通過Mplink所對應的mapp配置文件快速完成對該應用功能的參數設置，如圖5所示，在單軸mapp配置表格中，可以實現軸參數的配置和軸報警的設置;二是使得在編寫應用程序時，實現相關功能塊之間的連接通訊。)
(1).MpSingleAxis軸控制
圖6-單軸控制的mapp功能塊MpAxisBasic
在MpAxisBasic功能塊中，定義了單軸使用時需要的基本運動參數，并且集成了控制器參數自整定、力矩限制、制動等功能，同時，可以在功能塊的輸出接口上讀取到編碼器測量到位置信息、軸運動的速度信息、軸運動過程的報錯信息等等。這樣，將原本需要幾十個PLCopen運動控制功能塊可以做到的功能大大簡化，交給MpAxisBasic這一個mapp功能塊就可以比較完整地實現單軸的運動控制。)
除了針對于單軸的運動控制，mapp運動控制組件中還包含了多軸跟隨控制、CNC控制、各種典型機器人控制等。
(2)MpRcpUser配方功能
對于機器而言，其包裝的類型會有所變化，可以采用mpRcpUser或mpRecipeXml等模塊進行配方的管理。
圖7-MpRecipeXml-基于XML腳本的配方設計功能塊
圖8-mpRecipe的編輯畫面
在mapp的開發(fā)中，這些配方界面都是按照標準的界面，用戶僅需配置自己的各種按鍵即可，包括下拉菜單的數量(如20個選項)并與之匹配的相關參數的設置。
(3)MpUser用戶管理功能
包括了用戶登錄mpLogin&mpLoginUI用于定義登錄及登錄的HMI設計、mpUserManagerUI用于定義與人機界面的接口、mpUserLevel管理用戶級別、mpUserConfig、mpUserAcessRight等用于對用戶進行不同的功能開發(fā)定義。
圖9-mpUserUI的定義
在這個mpUserLoginUI的模塊中，用戶可以在后臺定義直接調用該模塊，并形成如圖的畫面。
通過mapp，工程師可以用簡單的程序代碼即可實現基本的應用，借助于已經開發(fā)的豐富的mapp模塊，通過并行開發(fā)，可以在機器機械完成、電氣安裝結束的數天時間里即可完成調試，快速響應終端用戶的生產需求。
