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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)В渲幂S 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)?，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(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)。
ADAM-5510M
DPS-350NB-1
YPG-6113LP4
JUKI-510-300
1492-J6-BL 6 square mm Feed-Through Terminal Block
1492-SPM1C005 MCB Supplementary Protector 0.5 A
軟啟動(dòng)器 3RW44233BC45
20AC3P5F0AYNANC0 PowerFlex 70 AC Drive 20A
CBL-H1IC-15 Serial cable for S2K or IMC or Target RS-232 communication.15 feet
GF-2512R Connecting FlashCable to Brown & Sharpe, Chatillon, Mahr, Marposs, Oha us (Cable is 25 pin Male and is designed for devices that transmit on Pin 2).
IC200UDD110 28 point PLC,(16) 24VDC In, (12) 24VDC Out (6) 1.0 A, (6) 0.5A, 24VDC Power Supply. Battery (IC200ACC403) is required for data retention. B attery not included.
IC646TPD300 ProServer 300 I/O Point Development System
IC647OP2M OP2:Opto 22 Optomux
IC693ALG391LT Analog Output, Current, 2 Channels (LT)
IC752DPA262RR Datapanel 1062IR with infrared touch. 10.4 inch VGA (640x480) active matr ix TFT color display. Black bezel mounting from front of p anel. Supp orts all WinCfg functionality.
IC800VMMCONE002 VersaMotion motor encoder connector (1 kW to 3kW models)
SLC/1746 System 1747-C13 SPECIALTY MODULE TO ISOLATED LINK COUPLER CABLE
Industrial Computers 6186-M15ALTC VERSAVIEW 15 INCH MONITOR, CAPACITIVE TOUCH SCREEN
Application-specific products 1404-M405A-ENT 1404-M4 ETHERNET PM3000
Operator Interface 2711-T6C15L1 PV600 COLOR TOUCH, CNET & RS232 PRINT
Support 9301-2SE3100ESS SUPT RENEWAL CONTRACT FOR 93012SE3100ES
Support 9380-RSBAR250R SUPT REINSTATEMENT CONTRACT FOR 9380RSBAR250
DeviceNet Products 1734-RTBCJC REPL SCREW TERM BLK CJC REPL SCREW TERM BLK CJC
RSI Software Products 9301-2SE3200JPU1 RSVIEW32 RUNTIME 150-300 UPGRADE IN-SUPT (JP)
RSI Software Products 9358-BPCNT10U1R UPGRADE: OUT-SUPT: RSBATCH PC-BASED 03 TO 10
Motion Control MPL-B4520P-MJ24AA MOTOR,SERVO,6.1 NM,5000RPM,MULTI,460V,BRK,9.5KG
Motion Control 2090-SCNP3-0 SERCOS FBR CABL,CONN,HARSH DUTY,JKT,PLASTIC,3.0M
GFK-1504 Manual VersaMax Modules, Power Supplies, Carriers and Cables
IC646MDE150 Logic Developer - PC & View (HRT) 150 Tag Runtime & Development System
MTR-1220-E-D-E-0 Stepping Motor Nema23, Series Wdg, Encoder
QPI31200E2P 9 inch Monochrome EL/ TCP Label/ 110VAC/ No Agency Approvals
20BC030A0AYNAND0 PowerFlex 700 AC Drive 30 A at 15 kW 20B
20F11GD8P0AA0NNNNN PowerFlex 753 AC Packaged Drive
21G1ABD545AN2NNNNN-ND-L1-P5 PowerFlex Air Cooled 755 Packaged Drive
2711P-RDT7CK PanelView Plus Display Module
280E-FN-10-C ArmorStart Direct Online Starter
C200HW-BC051 主機(jī)板?可安裝5個(gè)I/O單元
PCI-1711 12BIT,100KHz,16ch A/D、2chD/A?采集卡,PCI 總線
PCI-6513
7865LS2-HN1
工業(yè)主板P945GC
NORCO-760
IBM 586/E/U
VXC-142IAU
1492-L4 IEC Term Blck 6.1x62x35.7mm Spr Clp
1494C-DJ622-A5-B1-D-E 200 A Flange Mtd Cable Switch
軟啟動(dòng)器 3RW44273BC34
BC647OEM0311 OEM Edge Program Renewal Additional Key - Machine Edition
GC647MVD000 Global Care for View OPC Driver License and Hardware Key
IC200MDD840LT MIXED 24VDC POS LOG INPUT GRP 20PT / OUTPUT RELAY 2.0A PER PT GRP 12PT (LT)
IC646NME000 Mitsubishi A-Series Serial
IC647LNSM LNS:Lonworks Network Interface
IC670MDL742RR 5/12/24Vdc Neg Logic Output, 16 pt
IC697MDL652 12 Vdc Input, Positive/Negative Logic (32 Points)
IC800SLCS020 Serial cable for SL series amplifier serial communication. 2 meters
ControlLogix/1756 System 1756-PBR2 19-32VDC REDUNDANT POWER SUPPLY ASSEMBLY
Industrial Computers 6182H-12TRH6B VVCE 1250, TOUCH, STD MEM, RIO/DH, AC
Process Control 1757-PFBUPG050 PROFIBUS LIC UPG 50 IOMS
Operator Interface 2711P-ST12B PANELVIEW PLUS 1250 KEY/TOUCH STARTER KIT
Support 9357-ENETMDAD3S SUPT RENEWAL CONTRACT FOR 9357ENETMDAD3E
