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1746-N3
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(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，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(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，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(shí)輸出訊號(hào)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(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)開始動(dòng)作，等到光纖信號(hào)到來時(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(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 Micro/WIN SMART 集成的運(yùn)動(dòng)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(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 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(shí)中斷，步數(shù) 1，然后生成。當(dāng)切刀伺服啟動(dòng)后檢測到刀盤原點(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(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(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)。
BARCO BarcoMed KM571900-01
Copley Controls Corp MOD.NO. 422
03-20494
邁拓顯卡 7003-03
1492-MS8X12V1-50 Connection Products
通用型變頻器 6SE6 430-2UD34-5EB0 "45 KW,275 x 650 x 245"
軟啟動(dòng)器 3RW44662BC36
GA647IFESGRN00900 GCA iFIX Optn: ESig & ERec 900 I/O Run
GC647IPWRPLDV00900M iPower Option - Nwk 900 I/O Dev Globalcare Complete part
IC200DEM004CN Portable sales demo for VersaMax Micro Motion Module and versaMotion servo with 230VAc b and China standard power cord/plug.
IC646NDH000 Allen-Bradley Data Highway Plus
IC647IFUBSTSK iFIX iClientTS User Base Support (M1 Kit Part)
IC670MDL241RR 240VAC 16 pt., 2 Groups of 8
IC697MDL251 120 Vac Input (16 Points) Non-isolated
IC800SLCBZ100 Brake cable for any 30 Watt to 750 Watt S-series servo motor with brake.10 meters
ControlLogix/1756 System 1756-DMCF030 30 M DUPLEX FIBER OPTIC CABLE FOR DRIVE MODULE
Industrial Computers 6182H-12KEH4D VVCE 1250, KEYPAD, EXT MEM, ENET, DC
Process Control 1757-PFBEXP100 PROFIBUS INTERFACE MODULE EXPANSION
Operator Interface 2711P-RR256 PVP/VVCE RAM SO-DIMM 256MB
Support 9357-CNETL3R SUPT REINSTATEMENT CONTRACT FOR 9357CNETL3
Support 9361-POWERTOOLSS SUPT RENEWAL CONTRACT FOR 9361POWERTOOLS
ControlNet Products 1734-OV2E 24V DC 2 CHANNEL SINK OUTPUT MODULE
RSI Software Products 9301-2SE2400ZHE RSVIEW32 WORKS 32K (CHINESE)
RSI Software Products 9323-1003ENE RSTUNE
Motion Control MPL-A420P-MK22AA MOTOR,SERVO,4.74 NM,5000RPM,MULTI,230V,5.0KG
Motion Control 2090-UXNFBN-K15 CABLE,ULTRA, NON-FLEX,SKWD,R/A,15M
CBL-13-MP-10 Power Cable, MTR-1235, 13xx, 14xx & 1N Series Stepping Motors, 10 Ft.
IC600YR554RR 13" I/O Rack with High Capacity P/S, 24Vdc (8 Slots)
IC800SKCS030 Cable, PC to S2K Controller Serial Communications, 3 Meters
OC647IFGLBLCLN001M-51 iFIX WebSpace Client v5.1 - Additional Single User
20AD1P1A3AYYAEC0 PowerFlex 70 AC Drive 20A
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IC660EBA025RR Current Source Analog Output, 24/48Vdc Power, Elec Asm only
IC695NKT001 RX3i Ethernet NIU Kit includes NIU (IC695NIU001) and Ethernet module (IC695ETM001). ENIU supports two serial ports and 20k of local logic. TheENIU must be installed in a IC695CHSxxx base.
IC756WRE049E-26 DV Runtime Win 25-49 Per User Eng v2.6
FlexLogix System 1794-IB10XOB6 10/6 24VDC COMBO
PLC-5/1771 System D1771-6.5.95 CONTROL COPROCESSOR USER MANUAL
Process Control 1757-PLXSIFF PLX HW TDC3000 DATA HIWAY QUICKBUILDER INTERFACE
Operator Interface 2711P-B10C15B2 PV PLUS 1000, KEY/TOUCH, CNET, AC PS, EXT MEM
Support 9307-RSPDEVR SUPT REINSTATEMENT CONTRACT FOR 9307RSPDEV
Support GML-DUS SUPT RENEWAL CONTRACT FOR GMLDU
