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V670-H51Q2M
歐姆龍
本文介紹了西門子 S7-200 SMART PLC、SMART LINE 觸摸屏以及 SINAMICS V20 變頻器在套標(biāo)機(jī)上的應(yīng)用，闡述了設(shè)備工藝流程、控制系統(tǒng)的配置選型、軟件設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)的功能。經(jīng)測試，該方案能完全滿足高速套標(biāo)機(jī)的各項(xiàng)技術(shù)要求，運(yùn)行穩(wěn)定，性能良好。
關(guān)鍵詞：S7-200 SMART SMART LINE SINAMICS V20 套標(biāo)機(jī)
1 引言
套標(biāo)機(jī)是一種將熱縮塑膠商標(biāo)桶卷自動切斷，準(zhǔn)確套入容器的包裝機(jī)械，配合后熱收縮工序，將標(biāo)簽完好地固定于容器適當(dāng)位置。
上世紀(jì) 90 年代以來，我國的快速消費(fèi)品包裝工業(yè)得到了迅速發(fā)展，快速消費(fèi)品企業(yè)的生產(chǎn)集中度和自動化程度在不斷提高，包裝設(shè)備在向大型化、快速化、高效化、自動化方向發(fā)展。套標(biāo)機(jī)作為后段包裝技術(shù)含量較高的設(shè)備之一，其優(yōu)良的高速穩(wěn)定性能，獨(dú)特的靈巧化設(shè)計(jì)，人機(jī)協(xié)和的安全模式，得到了廣大客戶的充分肯定。套標(biāo)機(jī)的使用大大降低了套標(biāo)環(huán)節(jié)的人力物力，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于啤酒飲料、化工、醫(yī)藥等行業(yè)。
2 套標(biāo)機(jī)工藝原理
2.1 套標(biāo)機(jī)結(jié)構(gòu)
從工藝功能的角度進(jìn)行劃分，套標(biāo)機(jī)的結(jié)構(gòu)可分成以下 9 單元。并如圖 1 所示。
(1) 供料組：由變頻器帶動供料電機(jī)旋轉(zhuǎn)，用以傳送標(biāo)簽?zāi)ち?
(2) 電眼架組：使用光纖電眼傳送信號，提供下標(biāo)伺服做定尺寸輸送，電眼位置可高低調(diào)整;
(3) 驅(qū)動組：采用雙驅(qū)送料機(jī)構(gòu)，由下標(biāo)伺服電機(jī)驅(qū)動。用于固定中心柱和下標(biāo)動力傳動;
(4) 刀盤組：采用同步輪機(jī)構(gòu)，由伺服電機(jī)驅(qū)動，當(dāng)進(jìn)瓶光電 7 給出信號時，切刀電機(jī)帶動刀片旋轉(zhuǎn)一周將標(biāo)簽切斷;
(5) 刷下組：采用同步調(diào)整機(jī)構(gòu)，將刷下兩組傳送輪調(diào)整至中心柱下方與滾輪輕微接觸，待標(biāo)簽通過時以較高轉(zhuǎn)速將標(biāo)簽套入瓶子;
(6) 分瓶螺桿：將欲套標(biāo)瓶做等距分開，進(jìn)入帶瓶組，速度由變頻器控制，與輸送帶同步;
(7) 照瓶電眼：檢測是否有瓶子通過，當(dāng)有瓶子經(jīng)過時輸出訊號使切刀開始旋轉(zhuǎn)，左右位置可以調(diào)整;
(8) 輸送帶：使用變頻器調(diào)整輸送帶速度，以適用于各產(chǎn)能的速度匹配;
(9) 帶瓶組：采用兩側(cè)同步傳動，標(biāo)簽高低與夾瓶定位各一只手輪調(diào)整，目的使瓶子輸送時不搖晃和控制套標(biāo)簽高度，速度由變頻器控制，與輸送帶同步。
2.2 套標(biāo)機(jī)工藝流程
當(dāng)輸送帶上有瓶子經(jīng)過照瓶電眼時，由伺服控制的切標(biāo)電機(jī)會將標(biāo)簽切斷，切標(biāo)完成后下標(biāo)伺服電機(jī)開始動作，等到光纖信號到來時停止送標(biāo)，同時刷下料輪會將已經(jīng)切斷的標(biāo)簽刷下套入瓶子上，完成一次動作。具體工藝流程如圖 2 所示。
硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)
3.1 硬件系統(tǒng)分析
本系統(tǒng)需要兩路高速脈沖輸出，分別控制切刀和下料伺服;一路高速計(jì)數(shù)器，用于控制切刀停止的位置，切刀停止位置應(yīng)不影響下標(biāo)的動作，否則會造成堵標(biāo)。
以往套標(biāo)機(jī)的調(diào)速方式普遍采用電位器控制，用三個電位器分別控制輸送帶電機(jī)，定位皮帶電機(jī)和螺桿電機(jī)，供料電機(jī)的速度因?yàn)椴唤?jīng)常調(diào)節(jié)，所以用變頻器本身自帶的電位器調(diào)速。每次輸送帶速度變更時，都需要重新調(diào)節(jié)螺桿和定位皮帶的速度。調(diào)節(jié)時主要依靠調(diào)試人員的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)和不斷的放瓶測試，才能使其線速度基本同步。本項(xiàng)目中設(shè)備的 I/O 清單如表 1 所示。
3.2 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)
在本項(xiàng)目的電控方案中，選用西門子 SMART 解決方案，包括 S7-200 SMART PLC、SMART LINE 觸摸屏和 SINAMICS V20 變頻器。根據(jù)上述 I/O 需求，總共 12DI/12DO，選用 CPU ST40(24DI/16DO) 即可滿足需求。 SINAMICS V20 變頻器通過 USS 協(xié)議與 PLC 進(jìn)行通訊，不僅控制更加方便，也節(jié)省了 PLC 的 I/O 點(diǎn)。通過計(jì)算可將電機(jī)角速度轉(zhuǎn)化為輸送帶線速度。PLC 和觸摸屏通過以太網(wǎng)進(jìn)行通訊，只需要在觸摸屏上輸入生產(chǎn)速度，其他電機(jī)將會自動進(jìn)行線速度同步。該方案大大縮短調(diào)試時間，降低調(diào)試難度。硬件結(jié)構(gòu)如圖 3 所示，主要硬件配置表如表 2 所示。
4 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)
4.1 運(yùn)動控制配置
S7-200 SMART 集成了三路 100kHz 的高速脈沖輸出，在本系統(tǒng)中切刀伺服占用 Q0.0，下標(biāo)伺服占用 Q0.1。打開 Micro/WIN SMART 集成的運(yùn)動控制向?qū)В渲幂S 1 和軸 2，選擇單向相對脈沖，最大速度 50K，最小速度 1K，加減速時間 30ms，然后生成子程序。
4.2 高速計(jì)數(shù)配置
S7-200 SMART 集成了 4 路高速計(jì)數(shù)器，在本系統(tǒng)中只使用了高速計(jì)數(shù)器 HSC0，用于接收切刀的脈沖輸出，占用輸入點(diǎn) I0.0。打開 Micro/WIN SMART 集成的 HSC 向?qū)?，配?HSC0，選擇工作模式 0，預(yù)設(shè)值為 80000，當(dāng)前值為 0，計(jì)數(shù)方向向上，勾選 PV=CV 時中斷，步數(shù) 1，然后生成。當(dāng)切刀伺服啟動后檢測到刀盤原點(diǎn)光電時，利用外部中斷快速更新高速計(jì)數(shù)器 HSC0 的當(dāng)前值和目標(biāo)值，目標(biāo)值等于當(dāng)前值加上偏置值。PV=CV 中斷時停止脈沖輸出，同時啟動下標(biāo)伺服。
4.3 USS 通訊
S7-200 SMART 自帶庫文件 USS 協(xié)議，只需調(diào)用 USS 功能塊即可實(shí)現(xiàn) PLC 與西門子變頻器的通訊。通過 USS_INIT 進(jìn)行通訊參數(shù)初始化設(shè)置，包括與變頻器通訊的波特率，激活的變頻器個數(shù)，所占用的端口等，通信參數(shù)必須與變頻器設(shè)置的一致，否則無法通訊。每次通信參數(shù)的更改都需要重新執(zhí)行此命令，本項(xiàng)目中的通訊參數(shù)固定，所以只上電執(zhí)行一次。通過調(diào)用 USS_ CTRL 指令可以直接控制變頻器的啟動、停止以及頻率，每條 USS_CTRL 指令只能控制一臺變頻器。
4.4 SINAMICS V20 變頻器的配置
設(shè)置V20變頻器的連接宏為Cn010—USS控制，分別設(shè)置螺桿、皮帶、供料、輸送帶變頻器地址 P2011[0] 為 1、2、3、4。同時，設(shè)置應(yīng)用宏為 AP030—傳送帶控制，SINAMICS V20 可自動配置適合傳送帶應(yīng)用的控制參數(shù)。
IC693CBL311 I/O cable for DSM324 24V I/O or APM I/O to the 44A726268-001 terminal block. 3 meters
IC697MDL240RR 120 Vac Isolated Input (16 Points)
IC756HDV000J-99 DV Development - HP/UX Op Sys, Japanese, Version 9.9
MSI-MAINT 5 Day x 9 Hour Support
SLC/1746 System 1747-KE DH-485/RS-232C INTERFACE MODULE
Industrial Computers 6182H-7BRH6B VVCE 700, KEY/TOUCH, STD MEM, RIO/DH, AC
Application-specific products 1404-M805B-DNT-02 MASTER MODULE-PQ DNET COM-24V P/S-CLASS 0.2
Operator Interface 2711P-ST6KC PV PLUS 600 COLOR, KEYPAD STARTER KIT
Operator Interface D1784-6.5.3 PLANT FLOOR TERMINAL (1784-T30) USER'S MANUAL
Support 9356-PRO2500R SUPT REINSTATEMENT CONTRACT FOR 9356PRO2500
Support 1789-SL52S SUPT RENEWAL CONTRACT FOR 1789SL52
EtherNet/IP Products 9351-OSFRT INTERCHANGE FOR DIGITAL UNIX RUNTIME
RSI Software Products 9301-2SE3500ITE RSVIEW32 RUNTIME 100K (ITALIAN)
RSI Software Products 9356-PRO2500U5 UPGRADE: IN-SUPT: RSSQL PROF.150 TO 70000 TAG
Motion Control N-5630-2-H04AA SERV MTR,3.8NM,5000RPM,2000 LN ENCDR,BRK
44A731233 CPU311 Upgrade Kit latest revision
IC200ALG630 ANALOG INPUT 16 BIT THERMOCOUPLE 7CH
IC693PWR332 Power Supply, 12 Vdc b, 30-watt output, High Capacity
Silver Series 9500-CPAKWENE CONTROLPAK DEVELOPMENT SYSTEM
VSPC32-ANLYST10 VisualSPC Analyst. 10 License Pack.
20BD027A3AYNANC0 PowerFlex 700 AC Drive 27 A at 20 Hp 20B
20G11GC022JA0NNNNN PowerFlex 755 AC Packaged Drive
22C-D6P0N103 PowerFlex 400- 2.2 kW (3 HP) AC Drive
490RIO00400 Quantum MP COAXIAL CABLE STRIPPING TOOL
286040 Kit 500 V 16 A Fuse HRC FA
E6CP-AG5C 12-24VDC,集電極開路輸出16mA,10線,8位,256P/R
1764-MM1RTC 存儲器＋實(shí)時時鐘
PXI-8516
Honeywell SERIAL I/O 65 871528 65 871 529
PCM-9584
341-0065-01 PA-1131-2
PCI-8134A
MV-VGA100
1492-N23 TERM BLCK A-B Rail End Anchor
通訊處理器CP 6GK7 343-1GX21-0XE0 "CP343-1 IT ， 工 業(yè) 以 太 網(wǎng) 通 訊 處 理 器10/100Mbit/s,RJ45 接口，15 針 D 型接口，IT 功能"
2094-BM03-S Kinetix 6000 Axis Module
DEMOCD00020 Proficy Maintenance Gateway - DEMOCD
GFK-0827 Series 90-70 Hot Standby CPU Redundancy User's Guide
IC210DDR024 24V DC Power Source, (12) 24VDC in/8 out (Relay, 8 Amp), (4) analog bs, Expandable, with LCD/Keypad
IC647ASG001 PA Electronic Signature
IC647PRTADOM Proficy Portal ADO Connector (M4 Key)
IC693CPU323 10-Slot Base With Turbo CPU in base (.6 msec) 12K bytes User Program, Battery included
IC754VKF15CTD Starter Kit/ 15 inch TFT View Fully Loaded/ 24VDC
MSI-DASHBOARD-2-43 Dashboard Client 2 Pack Ver 4.3
SLC/1746 System 1746-RL41 REPLACEMENT OCTAL LABEL KIT FOR CTLG # 1746-IB16
Distributed I/O 1734-OE2C 24V DC 2 CHANNEL ANALOG CURRENT OUTPUT MODULE
Application-specific products 1803-SKCT12 PEMS STARTER KIT, 1200:5 CT'S
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DeviceNet Products 1794-ADN DEVICENET ADAPTER WITH 24V DC POWER SUPPLY
RSI Software Products 9301-2SE3350ITU3 RSVIEW32 RUNTIME 1500-5K UPGRADE IN-SUPT (IT)
RSI Software Products 9307-8MGDBCENE RSEMETRIX MGR(0-8 METERS),W/1MSSQL CLIENT LIC.
Motion Control MPL-B960B-SJ24AA MOTOR,SERVO,102.0NM,1000RPM,SINGL,460V,BRK
Silver Series 1398-DDM-019X-DN DRIVE,30A PEAK, ULTRA 100 W/DNET,INDEX
HE670ADC830 Field Control Analog Input Module, 8 Ch, 0 to 10Vdc and +/-10Vdc, 400Vdc Channel to Channel Isolation, 1000Vdc Channel to Bus Isolation, 12Bits, 11Bits + Sign
IC646TPR000 Pro Server Unlimited I/O Point Run Time System
QM1204COA QUICKMARQUEE 1 X 20 4.8" OR 2 X 40 2.1" TRICOLOR
ST-3428 STXi analog b module 8 Channels, 0~10V, 12bit
20BC125A0ANNANC0 PowerFlex 700 AC Drive 20B
