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运动控制技术在袋装弹簧机上的应用BECKHOFF运动控制技术在袋装弹簧机上的应用，为了保证装弹簧等间距排列的精度，提高床垫成品的舒适程度，采用了BECKHOFF基于PC的运动控制技术和EtherCAT总线技术。利用分时多任务技术，为关键控制任务和普通控制任务分配不同的运算周期，在经济的硬件平台上实现了高性能的控制。采用PLC模块化编程，解决了3个工艺难点，使产品生产质量高、产量快。

关键词： PC-Based Control；运动控制；EtherCAT；等距控制

案例背景介绍

1　引言

床垫、沙发是现代人必不可少的居家用品。市场上的床垫从几百元到数千元不等。评价床垫质量有4个指标：透气性、环保性、支撑性和贴身度。其中透气性和环保性由生产厂家使用的布艺和添加剂材料决定，而支撑性和贴身度就取决于床垫的主要材料——弹簧。

弹簧分为独立筒和连结式弹簧两种。独立筒弹簧床垫的睡感较柔软，而支撑性则和连结式弹簧床垫不相上下，高端床垫通常使用独立包装的袋装弹簧。弹簧一颗颗各自“独立”，即使枕边人翻身侧动，亦不影响另一人的睡眠，同时能够平均承受身体各处每一落点的压力，使身体不因悬空而酸痛，即所谓符合人体工学之优点。

独立筒弹簧床垫要核心在于垫芯，袋装弹簧粘胶机的功能就是要完成垫芯制作过程。

案例实施与应用情况

2　弹簧袋装机的工艺要求

垫芯制作就是根据床垫的厚度选择已经装袋的同样高度的独立筒装弹簧，再根据床垫的长度把若干个筒装弹簧排成一组，再根据床垫的宽度把若干组弹簧用胶水黏合或是超声波方式密合。袋装弹簧粘胶机器的进料是连续的袋装弹簧，进入机器后依次经过切断、调距、推送、粘结等过程，最后形成一张垫芯。工艺流程如图1所示。

3　控制系统硬件及组成

为了在皮带高速运动中用激光测距仪测量弹簧的位置，激光测距仪的刷新时间必须尽量短，测得的位置才准确连贯，根据该位置所做的后续调整才平稳和精确。为此软件选用Beckhoff公司的PC-Based控制软件TwinCAT，硬件平台选择了CX2040嵌入式PC。整个控制系统的网络架构如图2所示。

TwinCAT软件基于PC和Windows操作系统，集逻辑控制和运动控制于一身。在PLC方面，它兼容IEC61131-3标准，支持指令表、梯形图、结构文本等5种编程语言；在运动控制方面，一个控制器最多可以同时控制255个电机。PLC和运动控制运行在同一台控制器CPU上，二者可以在极短时间内交换大量的数据，控制快速灵活。本项目硬件采用CX2040嵌入式PC，CPU为i7 4核，主频2.1GHz， PLC和运动控制的运算周期可以做到低至50μs。

设备级总线选用EtherCAT，这是工业自动化领域最快的设备级总线，可以在100μs内成功读写100个典型的EtherCAT伺服驱动器的Input和Output数据。另外，几乎所有伺服驱动的制造商都提供EtherCAT接口选项，这为将来提高性能更换高端伺服或者节约成本选择低端伺服提供了可能性。在本项目中，除了动态特性要求最高的进料皮带和出料皮带的4个伺服轴之外，还有上电杆/下电杆、推梁/上翻板/喷胶、平台控制等8个只要求普通定位的伺服轴。所以进出料皮带选择Beckhoff公司的AX5000系列伺服驱动器和AM8000高动态响应的同步伺服电机，而其它8个外围普通定位的运动轴就使用汇川EtherCAT伺服和电机。这样既保证了性能又控制了成本。AM8000采用最先进的单电缆技术，5倍电流过载能力。这一驱动和电机的组合，保证了皮带的加减速能力，良好的动态特性保证机器的动作快速稳定。