模塊化編程在包裝機械上的應用

黃利國

摘 要

本文首先介紹了包裝機模塊化編程的特點，然后引入國際標準ISA-TR88.00.02-2008中關于模塊化編程的PackML狀態模型，最后結合禮品箱裝箱機運用模塊化編程的實例，詳細說明在包裝機編程中如何應用模塊化編程。

【關鍵詞】模塊化編程 包裝機械 ISA88 PackML狀態模型

傳統的包裝機械設計方法已經無法適應定制化、小批量生產的要求。現在模塊化設計成為包裝機械制造商可以同時從設計和制造兩個方面解決上述問題的較優選擇。為了配合模塊化設計，使包裝機械適應自動化發展趨勢，包裝機電氣控制系統也朝著模塊化、標準化和智能化方向發展。

1 包裝機模塊化編程介紹

1.1 為什么需要模塊化編程

設備制造商和最終用戶一樣，要求減少成本，同時還要求快速的傳輸和啟動。應用項目工程師必須找到一種方法快速有效的滿足他們的需求。為了完成這項任務，把機器拆分成模塊，每個模塊都需要監督實現同步或異步的運行。

目前，許多包裝機械制造商已成功地將模塊化編程用于產品的開發。

1.2 模塊化編程特點

1.2.1 應用軟件開發的快速性和便捷性

提供經過驗證的軟件編程技術和編程風格的實例，程序員可將其應用于自己的代碼中，從而可以使程序員能夠專注于代碼模塊的功能性而非程序執行技巧。

1.2.2 改善應用軟件的維護和操作

如果代碼是模塊化的，軟件人員可以在一個代碼中作出改變，而減少對系統中其他代碼模塊的影響。

1.2.3 應用軟件更高的可靠性

使用模塊化編程不僅能增加程序的可重用性，還能使程序更容易閱讀。

2 PackML狀態模型

同一OEM制造商都沒有統一的軟件開發標準，因此造成操作者和技術人員的面臨著培訓和支持的挑戰，增加了系統的復雜度和時間。這造成了很多PLC軟件同時存在，缺乏一致性，因此OMAC（the Organization for Machine Automation and Control）包裝工作組發展了PackML（Packing Machinery Language）狀態模型，提高了機器與機器間的集成，擴展了操作者的能力，提高了和管理系統的集成。ISA-TR88.00.02-2008中包含了PackML定義及如何使用的范例。模塊化編程遵循ISA-88標準，ISA88的使用對開發模塊化編程、集成、診斷和調試工作起到了積極的影響。

PackML是一個標準，其旨在實現機器的狀態、操作模式和標簽名的統一，并以模塊化的方式來實現控制架構搭建以及軟件的設計。

2.1 ISA88物理分層模型

ISA88物理結構分層有企業、地點、生產線、機器、設備模塊和控制模塊，物理模型表明企業可以包含多個地點，每個地點可以包含多條生產線，每個生產線可以包含多臺機器。

2.2 PackML狀態模型

PackML主要包含兩個概念：模式及狀態和變量

2.2.1 模式及狀態

狀態模型主要將機器分為幾個模式，如生產，手動，維護等，每個模式預定義了17個狀態，但是不需要的狀態可以不使用。模式轉換只能在不同模式的相同狀態下轉換。

2.2.2 變量定義

主要分為三類：命令變量，狀態變量和管理變量。

2.3 模塊化編程的基本單元

2.3.1 用戶自定義數據類型

自定義數據類型可以實現組織數據，將同一對象的數據放在一個結構體，便于實現面向對象的編程。

2.3.2 功能塊

功能塊是客戶化指令，可以設計和創建，用來封裝常用的功能和設備控制。優勢在于通過一次性修改指令，就能完成所有引用指令的改變。功能塊可以從應用項目中導出，導入到另一個應用項目中，并創建模塊庫。

3 應用實例

本文以禮品箱裝箱機為例，介紹應用于模塊化編程的步驟。禮品箱裝箱機主要用于利樂鉆產品的裝箱，包括進包、進箱、裝箱1、裝箱2和封箱等部分，實現鉆石包上下分層裝箱和封箱功能。

3.1 硬件配置

本機采用羅克韋爾ControlLogix 1756-L72 PLC控制，HMI使用施耐德HMIGTO6310觸摸屏。

3.2 程序結構

程序框架如圖所示，UN01_Machine主要包括PackML功能塊，主要實現機器模式和狀態的轉換，將命令發到各設備模塊，接收各設備模塊的狀態。FutltHandler子程序中報警事件分為停機事件、警告事件和通用事件，同時HMI上能顯示當前發生的三類事任。分解的設備模塊和控制模塊主要分為進包、進箱、裝箱1、裝箱2和封箱設備模塊，每個設備模塊各包含數個控制模塊。如圖1所示。

3.3 開發步驟

開發程序時遵循以下步驟：

（1）按照S88物理分層標準將機器分成單元、設備模和控制模塊。

（2）定義PackML的模式和狀態。

（3）定義單元、設備模和控制模塊在每個模式的每個狀態下的動作。

（4）定義用于生產線集成和MES功能的變量。

（5）定義報警。

（6）編程。

4 結束語

綜上所述，采用模塊化編程有利于包裝機新機型的研發，提高了程序一致性和可重用性。PLC和觸摸屏結合的電氣控制方案，與機械設計模塊化組合，實現機電一體化。

參考文獻

[1]ISA-TR88.00.02-2008 Machine and Unit States：An Implementation Example of ISA-88.

作者單位

杭州中亞機械股份有限公司 浙江省杭州市 310011