基于TwinCAT3控制系統的YB618型條盒包裝機組膠點檢測快速調試裝置設計

摘要：設計了基于TwinCAT3 控制系統的YB618 型條盒包裝機組膠點檢測功能模塊，介紹了通過RS-485通信接口實現YB618 型條盒包裝機組膠點檢測裝置數字化調試的過程。同時，以人機界面替代了傳統的人工手動調試方法，顯著提高了操作效率。該裝置經過多種測試驗證，有效解決了調試過程中空間受限的問題，創新性地提升了設備調試的自動化程度。

關鍵詞：TwinCAT3；YB618；膠點檢測；快速調試

中圖分類號：TP274 文獻標識碼：A

0 引言

TwinCAT3 控制系統由TwinCAT2 控制系統演進而來，并依托Windows 的控制與自動化技術，是控制系統的核心。它將開發組件無縫集成于微軟的Visual Studio 框架，且支持多種編程語言，能夠提供靈活的開發環境[1]。

基于此技術優勢，YB618 型條盒包裝機組采用TwinCAT3 控制系統實現設備控制[2]，并通過人機界面對各項功能參數進行優化。

本文基于倍福工業控制器設計并實現了一種嵌入人機界面的膠點檢測功能模塊，該模塊旨在直接通過人機界面實現膠點檢測傳感器的功能調試，并進一步實現其自學習功能，其核心目標在于以數字化調試方式徹底替代傳統的人工手動調試。這種集成化、數字化的方法，顯著提高YB618 型條盒包裝機組膠點檢測相關功能的調試效率，降低操作復雜度，提升設備的智能化水平。

1 膠點檢測技術概況

噴膠系統是條盒包裝機最關鍵的組成部分，它保障了條盒成型的穩定性。膠點檢測[3] 是保障噴膠工藝質量的核心環節，膠點檢測的精準性與穩定性直接影響最終產品的合格率、生產效率以及設備穩定性，是卷煙包裝自動化生產線中的關鍵質量控制點。

現有的噴膠流程如下：主傳動裝置將條盒紙輸送至指定位置后，由膠槍完成噴膠作業。隨后，利用膠點檢測傳感器對噴膠質量進行檢測，若檢測出不合格煙包則在后續剔除位置執行剔除操作。

YB618 型條盒包裝機組通過人機界面對條盒噴膠點位置進行設定，并利用高速噴槍將膠點噴涂至商標紙指定位置。同時，YB618 型條盒包裝機組在輸入推子與1 號包裝輪之間并排安裝4 個膠點檢測傳感器以檢測膠點的溫度和反光度，并將檢測結果轉化為數字信號傳輸至倍福工業控制器，具體流程如圖1 所示。

在調試膠點檢測傳感器之前，需要啟動YB618型條盒包裝機組出現連續膠樣，噴膠系統中的膠點檢測傳感器會通過檢測條盒紙的反光度和膠點溫度來判斷是否存在膠點。在調節膠點檢測傳感器的過程中，直接使用控制面板上的按鍵進行手動調試，可能會存在流程復雜、操作困難、空間受限等問題，并且條盒紙上膠樣的溫度可能會因調試時間過長而下降，導致檢測結果出現誤差，合格煙包在后續剔除位置被錯誤處理。因此，亟須改變膠點檢測傳感器調試方式。

2 YB618型條盒包裝機組膠點檢測裝置設計

2.1 總體框架設計

本文的核心思路是將數字化調試方法應用于YB618 膠點檢測調試，利用RS-485 通信接口[4] 與膠點檢測傳感器進行串口通信，從而實現YB618型條盒包裝機組膠點檢測裝置數字化調試。

RS-485 通信接口能夠實現可編程邏輯控制器（programmable logic controller，PLC）與膠點檢測傳感器的串口通信，PLC 與人機界面將通過自動化設備服務協議[5]（automation device service，ADS）進行通信，研究人員可以在人機界面上修改膠點檢測傳感器的各項功能參數，同時該傳感器的工作狀態也會實時反饋至人機界面，確保調試過程的精準度與高效性。人機界面的相關數據和膠點檢測傳感器的數據能夠通過PLC 進行實時信號交互，總體框架設計如圖2 所示。

2.2 核心通信接口

本文采用RS-485 通信接口，其傳輸速率為10 Mbit/s，傳輸距離為1 200 m，可以通過串行通信的方式與32 個通信設備進行通信；同時，它具備較強的抗干擾能力，支持19 200 baud 的波特率，奇偶校驗位配置為8N1，與YB618 型條盒包裝機組中的4 個膠點檢測傳感器均適配。

2.3 硬件設計

為滿足硬件空間小、軟件編譯環境兼容性良好的需求，本裝置主要采用CX2030 系列嵌入式控制器、以太網集線器和EL6021 模塊進行硬件設計。YB618 型條盒包裝機組膠點檢測裝置的硬件結構如圖3 所示，Hub 用于網絡信息通信交互；而EL6021 模塊作為RS-485 通信接口的一種，可以實現倍福嵌入式控制器與YB618 型條盒包裝機組的膠點檢測傳感器的串口通信。人機界面借助ADS通信，與倍福工業控制器實現了信息的雙向讀取與寫入功能。在TwinCAT3 控制系統編譯環境下通過數據模塊將傳感器數據傳輸至顯示屏。

2.4 軟件設計

本文借助TwinCAT3 控制系統編程軟件實現了PLC 與YB618 型條盒包裝機組的膠點檢測傳感器的通信，并編寫了膠點檢測自學習功能程序。同時，基于Windows 的用戶界面框架（windowspresentation foundation，WPF），優化并整合了膠點檢測的各項需求到人機界面上。

利用TwinCAT3 控制系統編程軟件設計一個自學習模塊，通過收集和分析膠點檢測傳感器的數據自動調整相關功能參數，以適應不同膠點的特征。此外，人機界面還設有啟動自學習的選項，可以同步顯示自學習的進度和結果。

裝置TwinCAT3 控制系統編程軟件編程思路分為以下4 步：

步驟1：在Global Variable 中聲明變量。

步驟2：在POUs 中添加串口背景通信程序main。

步驟3：在send 程序中添加傳感器發送接收信號相關功能的代碼。

步驟4：設置與程序相關聯的task 任務，并為每個任務設定優先級，將main 的運行周期設定為5 ms，send 的運行周期設定為30 ms。

在實現倍福工業控制器與膠點檢測傳感器間的通信后，在人機界面上設計一個用于膠點檢測調試的專門頁面。該頁面包括膠點檢測傳感器的功能參數設置、狀態監測和調試功能。研究人員通過界面上的操作按鈕和輸入框，可以方便地修改膠點檢測傳感器的相關功能參數，如靈敏度、工作模式等。

3 裝置測試與分析

3.1 無膠模式測試

在程序中，將“PRESET_GLUE_SENSITIVITY_DOWN”變量的值強制寫入“TRUE”，可以觀察到硬件反饋的“ReceivedString”值不斷變化，此時膠點檢測傳感器上的指示燈處于“無膠模式”。

3.2 傳感器自動學習模式測試

將“PRESET_AUTO_MODE” 變量值強制寫入“TRUE”，“ReceivedString”可觀察到硬件反饋的值處于不斷變化中，此時膠點檢測傳感器上的指示燈處于“自動學習模式”。反之，將“PRESET_CANCER_AUTO_MODE” 變量的值強制寫入“TRUE”，可以觀察到硬件反饋“ReceivedString”值處于不斷變化中，此時膠點檢測傳感器上的指示燈處于“初始準備”狀態。

3.3 膠點靈敏度學習模式測試

將“PRESET_GLUE_SENSITIVITY_LEARNING”變量的值強制寫入“TRUE”，可以觀察到硬件反饋“ReceivedString”值處于不斷變化中，此時膠點檢測傳感器上的指示燈處于“膠點靈敏度學習模式”狀態。膠點檢測各類模式測試結果如圖4 所示。

4 結論

本裝置創新性地結合現場YB618 型條盒包裝機組膠點檢測傳感器的布局情況，使用較低成本，并最小幅度地改變了現有設備的結構；同時，采用RS-485 通信接口實現了YB618 型條盒包裝機組膠點檢測的數字化調試，解決了研究人員在調試過程中空間受限的問題。此外，本裝置還增設了自動學習膠樣功能，可代替傳統手動調試方法，從而將數字化技術更好地應用于機組調試環節。

參考文獻

[1] 韓彬. 基于TwinCAT3 控制系統的YB518 型小盒透明紙包裝機運行速度的控制分析[J]. 電子產品世界，2023，30（12）：56-59.

[2] 李修旋. 基于TwinCAT 3 的商標紙堆疊輸送系統的控制分析[J]. 工業控制計算機，2022，35（5）：55-57.

[3] 彭志飛，王進宇，曾京威，等. 降低FOCKE778 條盒包裝機噴膠質量缺陷率[J]. 科學技術創新，2019（36）：185-186.

[4] 柏思忠. 基于RS485 數據幀計時的總線設備間距離測量[J]. 工礦自動化，2021，47（7）：92-97，114.

[5] 姬寧博，李高益，王冠. 基于EtherCAT 上位機軟件ADS 通信實驗研究[J]. 科學技術創新，2020（35）：70-71.