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1794-IV16
歐姆龍
本文介紹了西門子 S7-200 SMART PLC、SMART LINE 觸摸屏以及 SINAMICS V20 變頻器在套標機上的應用，闡述了設備工藝流程、控制系統(tǒng)的配置選型、軟件設計和實現的功能。經測試，該方案能完全滿足高速套標機的各項技術要求，運行穩(wěn)定，性能良好。
關鍵詞：S7-200 SMART SMART LINE SINAMICS V20 套標機
1 引言
套標機是一種將熱縮塑膠商標桶卷自動切斷，準確套入容器的包裝機械，配合后熱收縮工序，將標簽完好地固定于容器適當位置。
上世紀 90 年代以來，我國的快速消費品包裝工業(yè)得到了迅速發(fā)展，快速消費品企業(yè)的生產集中度和自動化程度在不斷提高，包裝設備在向大型化、快速化、高效化、自動化方向發(fā)展。套標機作為后段包裝技術含量較高的設備之一，其優(yōu)良的高速穩(wěn)定性能，獨特的靈巧化設計，人機協(xié)和的安全模式，得到了廣大客戶的充分肯定。套標機的使用大大降低了套標環(huán)節(jié)的人力物力，現已廣泛應用于啤酒飲料、化工、醫(yī)藥等行業(yè)。
2 套標機工藝原理
2.1 套標機結構
從工藝功能的角度進行劃分，套標機的結構可分成以下 9 單元。并如圖 1 所示。
(1) 供料組：由變頻器帶動供料電機旋轉，用以傳送標簽膜料;
(2) 電眼架組：使用光纖電眼傳送信號，提供下標伺服做定尺寸輸送，電眼位置可高低調整;
(3) 驅動組：采用雙驅送料機構，由下標伺服電機驅動。用于固定中心柱和下標動力傳動;
(4) 刀盤組：采用同步輪機構，由伺服電機驅動，當進瓶光電 7 給出信號時，切刀電機帶動刀片旋轉一周將標簽切斷;
(5) 刷下組：采用同步調整機構，將刷下兩組傳送輪調整至中心柱下方與滾輪輕微接觸，待標簽通過時以較高轉速將標簽套入瓶子;
(6) 分瓶螺桿：將欲套標瓶做等距分開，進入帶瓶組，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，當有瓶子經過時輸出訊號使切刀開始旋轉，左右位置可以調整;
(8) 輸送帶：使用變頻器調整輸送帶速度，以適用于各產能的速度匹配;
(9) 帶瓶組：采用兩側同步傳動，標簽高低與夾瓶定位各一只手輪調整，目的使瓶子輸送時不搖晃和控制套標簽高度，速度由變頻器控制，與輸送帶同步。
2.2 套標機工藝流程
當輸送帶上有瓶子經過照瓶電眼時，由伺服控制的切標電機會將標簽切斷，切標完成后下標伺服電機開始動作，等到光纖信號到來時停止送標，同時刷下料輪會將已經切斷的標簽刷下套入瓶子上，完成一次動作。具體工藝流程如圖 2 所示。
硬件系統(tǒng)設計
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;一路高速計數器，用于控制切刀停止的位置，切刀停止位置應不影響下標的動作，否則會造成堵標。
以往套標機的調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，定位皮帶電機和螺桿電機，供料電機的速度因為不經常調節(jié)，所以用變頻器本身自帶的電位器調速。每次輸送帶速度變更時，都需要重新調節(jié)螺桿和定位皮帶的速度。調節(jié)時主要依靠調試人員的技術經驗和不斷的放瓶測試，才能使其線速度基本同步。本項目中設備的 I/O 清單如表 1 所示。
3.2 硬件系統(tǒng)設計
在本項目的電控方案中，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 進行通訊，不僅控制更加方便，也節(jié)省了 PLC 的 I/O 點。通過計算可將電機角速度轉化為輸送帶線速度。PLC 和觸摸屏通過以太網進行通訊，只需要在觸摸屏上輸入生產速度，其他電機將會自動進行線速度同步。該方案大大縮短調試時間，降低調試難度。硬件結構如圖 3 所示，主要硬件配置表如表 2 所示。
4 軟件系統(tǒng)設計
4.1 運動控制配置
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，下標伺服占用 Q0.1。打開 Micro/WIN SMART 集成的運動控制向導，配置軸 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 高速計數配置
S7-200 SMART 集成了 4 路高速計數器，在本系統(tǒng)中只使用了高速計數器 HSC0，用于接收切刀的脈沖輸出，占用輸入點 I0.0。打開 Micro/WIN SMART 集成的 HSC 向導，配置 HSC0，選擇工作模式 0，預設值為 80000，當前值為 0，計數方向向上，勾選 PV=CV 時中斷，步數 1，然后生成。當切刀伺服啟動后檢測到刀盤原點光電時，利用外部中斷快速更新高速計數器 HSC0 的當前值和目標值，目標值等于當前值加上偏置值。PV=CV 中斷時停止脈沖輸出，同時啟動下標伺服。
4.3 USS 通訊
S7-200 SMART 自帶庫文件 USS 協(xié)議，只需調用 USS 功能塊即可實現 PLC 與西門子變頻器的通訊。通過 USS_INIT 進行通訊參數初始化設置，包括與變頻器通訊的波特率，激活的變頻器個數，所占用的端口等，通信參數必須與變頻器設置的一致，否則無法通訊。每次通信參數的更改都需要重新執(zhí)行此命令，本項目中的通訊參數固定，所以只上電執(zhí)行一次。通過調用 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
設置V20變頻器的連接宏為Cn010—USS控制，分別設置螺桿、皮帶、供料、輸送帶變頻器地址 P2011[0] 為 1、2、3、4。同時，設置應用宏為 AP030—傳送帶控制，SINAMICS V20 可自動配置適合傳送帶應用的控制參數。
Operator Interface 2711P-RBT12 PV PLUS 1250 TOUCH REPLACEMENT BEZEL
Operator Interface 2706-PENETP ETHERNET/IP COMMUNICATION MODULE FOR 2706-P22R
Support 9358-BEPB03S SUPT RENEWAL CONTRACT FOR 9358BEPBNT03ENE
Support F1784-PCIDS 1784-PCIDS/A FIRMWARE UPDATE
RSI Software Products 9301-2SE2500PTU2 RSVIEW32 WORKS 1500-100K UPGRADE IN-SUPT (PT)
RSI Software Products 9701-VWSB100ENU2 RSVIEW SE STATION 100 - SE SRV 100 DISP+CLIENT
Motion Control MPL-B320P-MK24AA MOTOR,SERVO,2.94 NM,5000RPM,MULTI,460V,BRK
Motion Control 2090-DAIO-D5001 CABLE, NON-FLEX, CN1 CONTROL, 01M
2025-LV Greyline OS, 4 Line, (20) 4MM Chars, LCD, Quick Connect, 10-30 VDC, NEMA 4
HE693THM884 8 ch. J, K, N, T, E, R, S, B, C 0.1 癈 res., 癈/癋 units, 8 temp + open circ. alarms
IC675PDM881 Profibus Station IP67 24VDC Positive Logic 8 Inputs / 8 Outputs 0.5A
QPJ-PBS-201 MODULE PROFIBUS
STXPBS532 STXi Profibus with 16 24VDC source (Negative Logic) b and 16 24VDC sink output, expandable to 8 additional modules.
20BC3P5A0AYNANC1 PowerFlex 700 AC Drive 20B
20F1AND186AN0NNNNN PowerFlex 753 AC Packaged Drive
22B-D010C104 PowerFlex 40- 4 kW (5 HP) AC Drive
140DDO84300C Quantum 開關量DC輸出,16點,10-60VDC,2組隔離,2A/組
284E-FVD2P3Z-10-CR-3-SB EtherNet Variable Frequency Drive
E3Z-R61 NEW 4m 反射式 晶體管輸出 NPN 100Ma 電源DC12-24V
ADAM-4024 4路D/A輸出
PXI-2796
XYCOM 99298-098 99298-266
PXI-2503
5KPL-E G31
AIMB-640
MPI-P10H-A
1492-MCBA345 45 A UL489 Miniature Circuit Breaker
1494V-DR622 NEMA Flange Mtd Rod Switch Disconnect Sw
軟啟動器 3RW44582BC44
CBL-H1IC-10 Serial cable for S2K or IMC or Target RS-232 communication.10 feet
GF-2503R Connecting FlashCable to Airtronics, Chatillon, Mettler, Toledo (Cable is 25 pin Female and is designed for devices that transmit on Pin 3).
IC200UDD104 14 point PLC,(8) 24VDC In, (6) 24VDC Out (2) 1.0 A, (4) 0.5A, 24VDC Po wer Supply
IC646TPD150 ProServer 150 I/O Point Development System
IC647OP2C OP2:Opto 22 Optomux
IC693ALG391CA Conbal Coat Analog Output module, two channel current.
IC752DPA260RR Datapanel 1060IR with infrared touch. 10.4 inch VGA (640x480) active matr ix TFT color display. No bezel - mounts from inside panel. Supports all WinCfg functionality.
IC800VMMCONE001 VersaMotion motor encoder connector (100 W to 750 W models)
SLC/1746 System 1747-C11 PROCESSOR TO ISOLATED LINK COUPLER REPLACEMENT CBL
Industrial Computers 6186-M15AL VERSAVIEW 15 INCH MONITOR, TEMPERED GLASS
Application-specific products 1404-M405A-DNT MASTER MODULE FOR POWERMONITOR
Operator Interface 2711-T6C12L1 PV600 COLOR TOUCH, PBUS & RS232 PRINT
Support 9301-2SE3100ESR SUPT REINSTATEMENT CONTRACT FOR 93012SE3100ES
Support 9380-RSBAR2500S SUPT RENEWAL CONTRACT FOR 9380RSBAR2500
DeviceNet Products 1734-RTB3S REPLACEMENT 12 POSITION IP20 SPRING TERMINAL BLOCK
RSI Software Products 9301-2SE3200JPE RSVIEW32 RUNTIME 300 (JAPANESE)
RSI Software Products 9358-BPCNT10U1 UPGRADE: IN-SUPT: RSBATCH PC-BASED 03 TO 10
Motion Control MPL-B4520P-MJ22AA MOTOR,SERVO,6.1 NM,5000RPM,MULTI,460V,6.8KG
Motion Control 2090-SCNP25-0 SERCOS FBR CABL,CONN,HARSH DUTY,JKT,PLASTIC,25.0M
GFK-1424 Using CIMPLICITY PC Control
IC646MDE075 Logic Developer - PC & View (HRT) 75 Tag Runtime & Development System
MTR-1216-N-D-E-0 Stepping Motor Nema23, Series Wdg
QPI-PSL-201 Communication Adaptor Module for 10 and 12 inch QuickPanel 4's - QP4
20BC030A0AYNANC1 PowerFlex 700 AC Drive 30 A at 15 kW 20B
20F11GD5P0AA0NNNNN PowerFlex 753 AC Packaged Drive
21G1ABC650JN0NNNNN-HD-L1-P3 PowerFlex Air Cooled 755 Packaged Drive
2711P-RDT7C PV Plus 700 Touch Display Module
280E-F23Z-25D-CR-3 ArmorStart Direct Online Starter
C200HX-CPU85-ZE CPU單元 內存63.2K最大I/O點數:1184點 帶RS232C口?時鐘
PCI-1710L 12BIT,100KHz,16ch A/D 采集卡,PCI 總線
PCI-6512
