模块化编程在包装机械上的应用

黄利国

摘 要

本文首先介绍了包装机模块化编程的特点，然后引入国际标准ISA-TR88.00.02-2008中关于模块化编程的PackML状态模型，最后结合礼品箱装箱机运用模块化编程的实例，详细说明在包装机编程中如何应用模块化编程。

【关键词】模块化编程 包装机械 ISA88 PackML状态模型

传统的包装机械设计方法已经无法适应定制化、小批量生产的要求。现在模块化设计成为包装机械制造商可以同时从设计和制造两个方面解决上述问题的较优选择。为了配合模块化设计，使包装机械适应自动化发展趋势，包装机电气控制系统也朝着模块化、标准化和智能化方向发展。

1 包装机模块化编程介绍

1.1 为什么需要模块化编程

设备制造商和最终用户一样，要求减少成本，同时还要求快速的传输和启动。应用项目工程师必须找到一种方法快速有效的满足他们的需求。为了完成这项任务，把机器拆分成模块，每个模块都需要监督实现同步或异步的运行。

目前，许多包装机械制造商已成功地将模块化编程用于产品的开发。

1.2 模块化编程特点

1.2.1 应用软件开发的快速性和便捷性

提供经过验证的软件编程技术和编程风格的实例，程序员可将其应用于自己的代码中，从而可以使程序员能够专注于代码模块的功能性而非程序执行技巧。

1.2.2 改善应用软件的维护和操作

如果代码是模块化的，软件人员可以在一个代码中作出改变，而减少对系统中其他代码模块的影响。

1.2.3 应用软件更高的可靠性

使用模块化编程不仅能增加程序的可重用性，还能使程序更容易阅读。

2 PackML状态模型

同一OEM制造商都没有统一的软件开发标准，因此造成操作者和技术人员的面临着培训和支持的挑战，增加了系统的复杂度和时间。这造成了很多PLC软件同时存在，缺乏一致性，因此OMAC（the Organization for Machine Automation and Control）包装工作组发展了PackML（Packing Machinery Language）状态模型，提高了机器与机器间的集成，扩展了操作者的能力，提高了和管理系统的集成。ISA-TR88.00.02-2008中包含了PackML定义及如何使用的范例。模块化编程遵循ISA-88标准，ISA88的使用对开发模块化编程、集成、诊断和调试工作起到了积极的影响。

PackML是一个标准，其旨在实现机器的状态、操作模式和标签名的统一，并以模块化的方式来实现控制架构搭建以及软件的设计。

2.1 ISA88物理分层模型

ISA88物理结构分层有企业、地点、生产线、机器、设备模块和控制模块，物理模型表明企业可以包含多个地点，每个地点可以包含多条生产线，每个生产线可以包含多台机器。

2.2 PackML状态模型

PackML主要包含两个概念：模式及状态和变量

2.2.1 模式及状态

状态模型主要将机器分为几个模式，如生产，手动，维护等，每个模式预定义了17个状态，但是不需要的状态可以不使用。模式转换只能在不同模式的相同状态下转换。

2.2.2 变量定义

主要分为三类：命令变量，状态变量和管理变量。

2.3 模块化编程的基本单元

2.3.1 用戶自定义数据类型

自定义数据类型可以实现组织数据，将同一对象的数据放在一个结构体，便于实现面向对象的编程。

2.3.2 功能块

功能块是客户化指令，可以设计和创建，用来封装常用的功能和设备控制。优势在于通过一次性修改指令，就能完成所有引用指令的改变。功能块可以从应用项目中导出，导入到另一个应用项目中，并创建模块库。

3 应用实例

本文以礼品箱装箱机为例，介绍应用于模块化编程的步骤。礼品箱装箱机主要用于利乐钻产品的装箱，包括进包、进箱、装箱1、装箱2和封箱等部分，实现钻石包上下分层装箱和封箱功能。

3.1 硬件配置

本机采用罗克韦尔ControlLogix 1756-L72 PLC控制，HMI使用施耐德HMIGTO6310触摸屏。

3.2 程序结构

程序框架如图所示，UN01_Machine主要包括PackML功能块，主要实现机器模式和状态的转换，将命令发到各设备模块，接收各设备模块的状态。FutltHandler子程序中报警事件分为停机事件、警告事件和通用事件，同时HMI上能显示当前发生的三类事任。分解的设备模块和控制模块主要分为进包、进箱、装箱1、装箱2和封箱设备模块，每个设备模块各包含数个控制模块。如图1所示。

3.3 开发步骤

开发程序时遵循以下步骤：

（1）按照S88物理分层标准将机器分成单元、设备模和控制模块。

（2）定义PackML的模式和状态。

（3）定义单元、设备模和控制模块在每个模式的每个状态下的动作。

（4）定义用于生产线集成和MES功能的变量。

（5）定义报警。

（6）编程。

4 结束语

综上所述，采用模块化编程有利于包装机新机型的研发，提高了程序一致性和可重用性。PLC和触摸屏结合的电气控制方案，与机械设计模块化组合，实现机电一体化。

参考文献

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

作者单位

杭州中亚机械股份有限公司 浙江省杭州市 310011