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1784-PCM4
歐姆龍
本文介紹了西門(mén)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(cè)試，該方案能完全滿(mǎn)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(dòng)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(lái)，我國(guó)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(dòng)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(dòng)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(hù)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(dòng)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(hào)，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(dòng)組：采用雙驅(qū)送料機(jī)構(gòu)，由下標(biāo)伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)。用于固定中心柱和下標(biāo)動(dòng)力傳動(dòng);
(4) 刀盤(pán)組：采用同步輪機(jī)構(gòu)，由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，當(dāng)進(jìn)瓶光電 7 給出信號(hào)時(shí)，切刀電機(jī)帶動(dòng)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(guò)時(shí)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(kāi)，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(cè)是否有瓶子通過(guò)，當(dāng)有瓶子經(jīng)過(guò)時(shí)輸出訊號(hào)使切刀開(kāi)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(dòng)，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(shí)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(guò)照瓶電眼時(shí)，由伺服控制的切標(biāo)電機(jī)會(huì)將標(biāo)簽切斷，切標(biāo)完成后下標(biāo)伺服電機(jī)開(kāi)始動(dòng)作，等到光纖信號(hào)到來(lái)時(shí)停止送標(biāo)，同時(shí)刷下料輪會(huì)將已經(jīng)切斷的標(biāo)簽刷下套入瓶子上，完成一次動(dòng)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(dòng)作，否則會(huì)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(gè)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(shí)，都需要重新調(diào)節(jié)螺桿和定位皮帶的速度。調(diào)節(jié)時(shí)主要依靠調(diào)試人員的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)和不斷的放瓶測(cè)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(mén)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(mǎn)足需求。 SINAMICS V20 變頻器通過(guò) 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(guò)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(guò)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(huì)自動(dòng)進(jìn)行線速度同步。該方案大大縮短調(diào)試時(shí)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(dòng)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(kāi) Micro/WIN SMART 集成的運(yùn)動(dòng)控制向?qū)?，配置軸 1 和軸 2，選擇單向相對(duì)脈沖，最大速度 50K，最小速度 1K，加減速時(shí)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(kāi) Micro/WIN SMART 集成的 HSC 向?qū)В渲?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(shí)中斷，步數(shù) 1，然后生成。當(dāng)切刀伺服啟動(dòng)后檢測(cè)到刀盤(pán)原點(diǎn)光電時(shí)，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(shí)停止脈沖輸出，同時(shí)啟動(dòng)下標(biāo)伺服。
4.3 USS 通訊
S7-200 SMART 自帶庫(kù)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(mén)子變頻器的通訊。通過(guò) 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(gè)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(wú)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(guò)調(diào)用 USS_ CTRL 指令可以直接控制變頻器的啟動(dòng)、停止以及頻率，每條 USS_CTRL 指令只能控制一臺(tái)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(shí)，設(shè)置應(yīng)用宏為 AP030—傳送帶控制，SINAMICS V20 可自動(dòng)配置適合傳送帶應(yīng)用的控制參數(shù)。
Operator Interface 2711P-RDK10C PV PLUS 1000, KEYPAD DISPLAY MODULE
Support 9302-LLFR SUPT REINSTATEMENT CONTRACT FOR 9302LLF
Support 9500-CPAKPLENR SUPT REINSTATEMENT CONTRACT FOR 9500CPAKPLEN
Support F1772-LS FIRMWARE UPGRADE FOR 1772-LS PLC2 PROCESSOR MODULE
RSI Software Products 9301-2SE2200PTU1 RSVIEW32 WORKS 150-300 UPGRADE IN-SUPT (PT)
RSI Software Products 9355-WABGWEU4R UPGRADE: OUT-SUPT RSLINX OEM TO RSLINX GATWAY
Motion Control MPL-B880C-MJ22AA MOTOR,SERVO,76.0NM,1500RPM,MULTI,460V
Motion Control 2090-UXNPBMP-8S15 CABLE,460V,NON-FLEX,MOTOR POWER,MP,8 GAUGE,15M
5209A-24 Message Display. 2 Line. 11MM. Green VFD. 24 VDC. ASCII/Serial Interface. NEMA 4
IC200CPUE05 CPU WITH CONFIGURABLE USER MEMORY 0.8 MSEC/K BOOLEAN ONE RS232 SERIAL PORT ONE RS485 SERIAL PORT AND ONE 10/100 MBIT BASE T ETHERNET PORT
IC694TBB132 36 Point Terminal Block,box style extended depth shroud. Compatible with new high density I/O modules for both RX3i and Series 90-30
MSI-WEB-5-43 Web or Excel Reping Clients 5 Pack-43
VSPCSE-MON VisualSPC SE Monitor
20BD052A3AYNANC0 PowerFlex 700 AC Drive 52 A 40 Hp 20B
20G11LD1K4AN0NNNNN PowerFlex 755 AC Packaged Drive
22D-E6P6N104 PowerFlex 40P- 4 kW (5 HP) AC Drive
490NAD91103 Quantum Profibus Line 終結(jié)器接頭
291D-FBP-G1 Direct Online Reversing Starte
G3NA-220B 固態(tài)繼電器 額定電壓5-24VDC,負(fù)載AC24-240V 20A
1756-A13 13槽機(jī)架
PXIe-4480
HARRIS XD-200 9400-0956-01
7046GT-TRF
SeaSonic SS-460H2U
MPC07 MPC07EZ
ASM 64-21659B
1492-PD3226 620 A Power Distribution Block
電源模塊 6ES7407-0DA02-0AA0 PS407 輸入電壓 115/230VAC 4A
2097-R2 Kinetix 300/350 20 Ohm Shunt Resistor
ENP2105M010 Male Industrial, Single Ended, 1 meter
GFK-1601 User Manual-Smart Stack I/O Supplement
IC220ALG620 ANALOG IN, 16 BIT RTD, 2CH (REQUIRES 1 IC220TBK061)
IC647CSCEMK QuickPanel Control software - Hardware key
IC647PRTROM Proficy Portal Read Only Option (M4 Key)
IC693MAR590 Mixed I/O, 120Vac Input (8 points), Relay Output (8 points)
IC756ADV010E-99 DV Draw Development on AIX Op Sys, English, Version 9.9
MSI-MGMT Production Management Clients
PLC-5/1771 System 1771-DMC CONTROL COPROCESSOR-MAIN MODULE,256KBYTE
Distributed I/O 1738-OW4M12AC 24VDC 4 RELAY N.O. OUTPUTS WITH AC M12 CONNECTORS
Communications 1770-KFD DEVICENET RS232 ADAPTER
Operator Interface 2711-NV4T ANTIGLARE OVERLAY PV550/600 TOUCH
Support 9302-SPCS SUPT RENEWAL CONTRACT FOR 9302SPC
Support 9324-RL5700NXS SUPT RENEWAL CONTRACT FOR 9324RL5700NXENE
DeviceNet Products 2706-P74CN2 INVIEW MESSAGE DISPLAY. 1 TO 4 LINE
RSI Software Products 9301-2SE335FRU1R RSVIEW32 RUNTIME 150-5K UPGRADE OUT-SUPT (FR)
RSI Software Products 9371-EDES1U1R UPGRADE: OUT-SUPT: RSWIRE DTLR JIC STDL TO DES STD
Motion Control MPG-A025-091M24 MOTOR,SERVO,GEAR RATIO 91,100NM,62RPM,MULTI,BRK
Silver Series 1794-L33 FLEX LOGIX PROCESSOR, 64KBYTES USER MEMORY
HE693RTD666 6 channel RTD b module for Series 90-30 with 700VDC bus-isolation, 0.05癈 resolution and 60Hz filtering.
IC670ALG310 Analog Output Voltage, 8 Channel, +/-10V, 0 to 10V
QPI-DEM-C02 QUICKPANEL DEMO 10.5" TFT
ST-5444 STXi PWM Out module, 0.5A/24V, Source, 4 Channels, 2.5Khz
20BC205A3ANNAND0 PowerFlex 700 AC Drive 20B
20F1ANC170JA0NNNNN PowerFlex 753 AC Packaged Drive
22B-B012C104 PowerFlex 40- 2.2 kW (3 HP) AC Drive
140DDI85300 Quantum 開(kāi)關(guān)量 DC 輸入, 32點(diǎn), 10-60 VDC, 4組隔離
284D-FVD4P0Z-10-CR DeviceNet Variable Frequency Drive
E3S-GS3E4 3cm,溝形, 晶體管輸出80mA, 電源:12-24VDC
ADAM-5017 8ch模擬信號(hào)輸入模塊
PXI-2555
