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疫情爆发，全球对口罩的需求快速增长，口罩机设备供不应求。初期半自动口罩机市场占有率极高，随着时间推移，客户对速度、效益的要求越来越高。减少人力的成本，提高生产效益的全自动口罩机代替半自动已经成为趋势。贝加莱PLC加ACOPOS伺服电机全自动化口罩机解决方案，以高性价比、高动态响应和高精度控制等特性，在提高设备效率的同时，还有效保证了生产的可靠性和稳定性，获得客户赞誉。
01
KN95全自动口罩机的结构
1.1 全自动KN95
1.2 全自动KN95工位简介
1.2.1 放卷工位原理：
1) 通过电位计采集每个放卷工位上平衡锤的实际位置，结合卷径估算算法和PID运算控制变频器的输出，使放卷电机旋转来调节平衡锤使其稳定在相应的目标位置，以此来实现放卷张力的恒定；
2）当驱动电机停止旋转后，进料会使布料越来越紧，这时会拉动旋转杆左侧的滚筒逐渐往上，直到感应板被上面的传感器检测到，布料卷开始放料；
1.2.2 装鼻梁线和压纹工位：
推鼻梁线结构：
用的伺服电机加曲柄滑杆的结构来推鼻梁条，送鼻梁条也是单独一个伺服控制，不同于其它机械结构，走偏心轮；这种用两个电机走电子凸轮，精度会更高；
压纹结构：
压纹机构的动力也都来自动力轴，而这个动力轴和之前鼻梁线送料＆装料机构的动力轴是同一个。
滚筒有一个凸出的圆圈，就是用来把呼吸阀安装位置的孔裁切出来，裁切下来的废料再经过料斗排出。
压纹结构图
1.2.3 耳带上料及焊接
耳带拉取：
① 传感器通过检测电机旋转感应块，来配合电机控制旋转角度（每次旋转180°）；
② 末端爪中的弹片可以通过钢珠，保持爪子的状态（被压爪块压下去后，不会弹起来）；
③ 爪子被压爪块下压后，会变成这种状态（可以将耳带压紧，防止掉落）。
耳带上料及焊接图
左右耳带熔接机构和移印机构之间，都是通过螺杆连接着的，同时它们可以沿机架上的导轨一起运动，驱动源就是机架下面的伺服电机 丝杆机构。
1.2.4 口罩剪裁
如上图过料机构、对辊机构1-4的作用都是为了牵引口罩前进，它们的驱动力都来自动力轴丝杆传动模组带动整个机构往复运动，其目的和前面的一样，都是为了保证和口罩没有相对位移；折叠后的口罩，通过裁切压纹模具和超声波加热，达到裁切口罩的目的。
丝杆传动模组图
02
贝加莱系统解决方案
2.1 系统框架图
2.2 系统配置
1．总的方案：用贝加莱的Panel PC2200控制系统，集控制、操作和显示于一体，运动控制选择贝加莱的ACOPOS P3，智能伺服驱动同步电机；通讯方面选择POWERLINK总线控制。
2．伺服系统：5个工位9个伺服轴
3．控制系统: Panel PC2200(屏控一体)
4．通讯模块：X20BC0083
5．电源模块: X20PS9400
6．数字量模块：X20DIF371 ，X20DOF322
7．X20通讯：伺服走POWERLINK总线
03
贝加莱方案优势
3.1 放卷--张力控制
KN95主动收放卷离不开张力控制，而在张力控制方面，贝加莱在印刷行业张力已经很成熟，因此KN95收放卷张力控制可以很容易实现。收放卷通过电机加变频器来控制，另外每个放料卷增加电位计，我们就可以通过电位计角度变化从而控制电机加减速，来达到调节张力平衡问题。
3.2 伺服同步运动
硬件层次：ACOPOS P3
（1）贝加莱ACOPOS P3伺服驱动器，之所以选择这款，首先功能上位置环、速度环、电流环最快循环周期50us，兼具高速和高精度，居世界前列；外观体积小、紧凑；而且可以最多驱动三个伺服电机，采用ACOPOS P3三轴伺服器可以节约69%的安装空间；KN95电柜就可以很好地压缩成一个，这个就比其它第三方伺服占了很大优势；
（2）控制系统方面，贝加莱的Power Panel更适合KN95全自动方案，Power Panel是一款可编程控制并且可以显示的面板，就节约了HMI的选型配对，以及空间。
软件层次：
（1）CAM技术为ACOPOS智能型伺服驱动系统内置功能，电子凸轮可以很好的把多轴同步运动耦合，对于KN95而言，必不可少，送鼻梁条伺服和推鼻梁条伺服及主轴的转动走电子凸轮会使精度提高，鼻梁条的长短以及推到鼻梁条网格的位置至关重要，精度要求很高，否则鼻梁条会不在口罩鼻梁条网格中心，以及后面后面焊耳带、印花、裁剪等工位要保证和主轴运动保持同步，减少毛边过长或者耳带偏移等不良问题；贝加莱的CAM技术刚好解决了系列问题，电子凸轮再运用多轴同步，轴耦合问题可以很好解决，减少不必要的误差；
（2）POWERLINK通讯：主要分为主站和从站两个层次，其中从站主要由带有POWERLINK通信接口的交流伺服驱动器，主站采用贝加莱X20系列控制实现，通过网线连接成直线型结构。POWERLINK的优点基于时间片的实时同步机制，实时性能最高为200μs,可以很好地保证各工位和主轴保持同步运动，减少误差。在KN95全自动9伺服轴同步运动，各工位都有一系列动作，实时性反馈就可以有效的减少误差，提高了精度，口罩的质量得到有效地提高。
04
方案小结
综上所述本系统具有以下几点优势；
1．方案选择了贝加莱ACOPOS P3伺服驱动不仅体积小，功能上依旧行业领先，可以实现“一拖三”台伺服电机，位置环、速度环、电流环最快循环周期50us，兼具高速和高精度，居世界前列； 模块化。结合贝加莱产品，模块化搭建，标准化接口，极大简化机器设计，满足客户多样化配置需求，告别传统控制机柜的臃肿，机器结构轻量化，提高生产力，降低能耗；
2．POWERLINK总线实时性确保了运动任务与逻辑任务的同步，确保了系统的高速稳定。同时把设备的速度质量提高，也满足了客户最终的需求。
3．对于开放的平台而言，在硬件上易于扩展，基于POWERLINK的连接仅需电缆的连接即可实现任意扩展，并且软件的开放性也使得客户可以自主开发新的功能并连接到系统中。
作者介绍：
小柯（1995）男 技术工程师
就职于深圳信通环球科技有限公司（贝加莱和ABB官方授权系统集成商），一直专注于为客户提供设备自动化控制、数字化工厂及工业互联网解决方案和开发工作。
