CPUST60,西門子plc,6ES7-288-1ST60-0AA0,SMART200西門子plc及V20西門子變頻器用于雙頭套標(biāo)機(jī)
套標(biāo)機(jī)作為后段包裝技術(shù)含量較高的設(shè)備之一，適合各種容器瓶、罐、各種形狀及材料的收縮膜包裝 ( 如食品、飲料、制藥等行業(yè)中各式塑料瓶、玻璃瓶、PVC、鐵罐等容器 )，可與生產(chǎn)線全面連線作業(yè)或單機(jī)作業(yè)，對(duì)空瓶或填充后均可進(jìn)行包裝。套標(biāo)機(jī)的出現(xiàn)實(shí)現(xiàn)了全自動(dòng)快速包裝，大幅降低了人工費(fèi)用，同時(shí)提升了包裝效果。傳統(tǒng)套標(biāo)機(jī)主要以單機(jī)頭為主，能夠滿足瓶身單次套一個(gè)標(biāo)的需求，但在瓶口和瓶身都需要套標(biāo)的情況下，就需要兩臺(tái)套標(biāo)機(jī)，一方面造成安裝空間過大，另一方面與其他工藝段連接也不方便。而雙機(jī)頭套標(biāo)機(jī)則可以有效的解決以上問題，減少了安裝空間，也降低了成本。雙機(jī)頭套標(biāo)機(jī)的工藝需求較為復(fù)雜，涉及到 4 個(gè)軸的伺服控制 ( 兩個(gè)送標(biāo)，兩個(gè)切標(biāo) ) 及 1 路高速計(jì)數(shù) ( 螺桿轉(zhuǎn)速檢測(cè) )。本系統(tǒng)采用兩個(gè)S7-200 SMART西門子plc模塊分別去控制兩個(gè)軸，CPUST30模塊之間采用 Modbus RTU 通訊，并采用 SMART LINE 觸摸屏對(duì)系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行配置。一體化的 SMART 解決方案優(yōu)化了機(jī)器性能，生產(chǎn)效率達(dá) 18000 瓶 / 小時(shí)，控制精度達(dá)到 ±1mm。 2 雙頭套標(biāo)工藝原理雙機(jī)頭套標(biāo)機(jī)的工藝主要分為瓶身套標(biāo)和瓶口套標(biāo)兩個(gè)部分。在分瓶螺桿將輸送帶上的待套瓶按一定間距分開后，設(shè)備就進(jìn)入到瓶身套標(biāo)工藝段。當(dāng)瓶身待套區(qū)域檢測(cè)電眼檢測(cè)到來瓶時(shí)，瓶身切標(biāo)伺服被觸發(fā)動(dòng)作，切標(biāo)完成后刷標(biāo)電機(jī)將標(biāo)簽快 S7-200 SMART 在雙機(jī)頭套標(biāo)機(jī)上的應(yīng)用
本文介紹了西門子 S7-200 SMART PLC、SMART LINE西門子觸摸屏在雙機(jī)頭套標(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)和觸摸屏的畫面組態(tài)。S7-200 SMART西門子plc的高速計(jì)數(shù)、運(yùn)動(dòng)控制和通訊功能在設(shè)備的開發(fā)中得到了良好應(yīng)用，經(jīng)測(cè)試，該設(shè)備滿足生產(chǎn)要求，運(yùn)行穩(wěn)定，性能良好。速刷下并套瓶，同時(shí)瓶身送標(biāo)伺服啟動(dòng)，將固定長(zhǎng)度 ( 定長(zhǎng)切 ) 或分段長(zhǎng)度 ( 色標(biāo)檢測(cè)長(zhǎng)度 ) 送入待切區(qū)域準(zhǔn)備下一次切標(biāo)。瓶身毛刷將瓶身標(biāo)簽整理齊，主輸送帶將瓶送到瓶口套標(biāo)的工藝段，當(dāng)瓶口待套區(qū)域檢測(cè)到來瓶時(shí)，瓶口的切標(biāo)伺服開始動(dòng)作，工藝流程與瓶身套標(biāo)一致，當(dāng)瓶口套標(biāo)完成后，輸送機(jī)將套好的瓶子送入熱收縮箱進(jìn)行縮緊定型。雙機(jī)頭套標(biāo)機(jī)工藝流程如圖 1 所示。 3 SMART200西門子plc解決方案雙機(jī)頭套標(biāo)機(jī)要求 4 個(gè)伺服定位過程，而且對(duì)定位的精度要求較高。目前面向經(jīng)濟(jì)型 OEM 市場(chǎng)的 PLC 基本上只集成 2 路 100KHz 的 PTO 功能，無法通過 1 臺(tái)西門子SMART200PLC滿足工藝要求。另外，該設(shè)備的 I/O 點(diǎn)數(shù)較多，為 23DI，38DO。為了降低成本，選型時(shí)希望通過 CPU 模塊標(biāo)配集成的 I/O 滿足要求，而不使用擴(kuò)展模塊。因此選用 2 臺(tái)西門子S7-200 SMART PLC作為主控單元，每臺(tái)西門子PLC本體集成 3 路 100KHz 的 PTO 輸出，滿足設(shè)備中 4 路 100KHz 的 PTO 輸出要求，PLC 之間通過 Modbus RTU 通訊的方式實(shí)現(xiàn)瓶身和瓶口套標(biāo)過程的配合。 SMART LINE 觸摸屏本體集成以太網(wǎng)接口，可連接3臺(tái)S7-200 SMARTplc。在本項(xiàng)目中，SMART LINE 使用普通的網(wǎng)線與兩臺(tái) S7-200 SMARTplc，可直接操作兩臺(tái)西門子PLC。硬件配置如附表所示。系統(tǒng)架構(gòu)如圖 2 所示。附表 電控系統(tǒng)方案配置型號(hào) 描述 數(shù)量6ES7 288-1ST60-0AA0標(biāo)準(zhǔn)型 CPU 模塊，晶體管輸出， 24 VDC 供電，36 輸入 /24 輸出 1 6ES7 288-1ST40-0AA0 標(biāo)準(zhǔn)型 CPU 模塊，晶體管輸出， 24 VDC 供電，24 輸入 /16 輸出 1 6AV6 648-0CC11-3AX0 SMART LINE 觸摸屏，7 寸，64 k 色真彩顯示 1 6SL3210-5CB13-7AA0 V80 伺服驅(qū)動(dòng)器 0.75kW 2 1FL4044-0AF21-0AA0 伺服電機(jī) 0.75kW 2 6SL32105CB12-0AA0 V80 伺服驅(qū)動(dòng)器 0.4kW 2 1FL4033-0AF21-0AA0 伺服電機(jī) 0.4kW 2 4 編程設(shè)計(jì)根據(jù)雙機(jī)頭套標(biāo)機(jī)的工藝流程及使用到的PLC功能， PLC 程序開發(fā)分為三個(gè)部分：螺桿速度采集，切、送標(biāo)的伺服控制以及 PLC 之間的通訊。 4.1 螺桿速度采集通過一路高速計(jì)數(shù)器測(cè)量螺桿的轉(zhuǎn)速脈沖，利用非標(biāo)機(jī)床系統(tǒng)的定時(shí)中斷，每隔 50ms 采樣一次當(dāng)前計(jì)數(shù)器的值，算出兩次脈沖的差值，折算成螺桿轉(zhuǎn)速 ( 轉(zhuǎn) / 分鐘 )。螺桿轉(zhuǎn)速 =(S2-S1)×1000×60/50(S1：上次脈沖數(shù)；S2：本次脈沖數(shù) )，生產(chǎn)速度 = 螺桿轉(zhuǎn)速 /20( 瓶 / 分鐘 )。 4.2 切標(biāo)伺服控制切標(biāo)控制時(shí)，伺服信號(hào)的給定采用脈沖 + 方向的方式。由于伺服驅(qū)動(dòng)器選擇了 1000 脈沖轉(zhuǎn)一圈，并且伺服電機(jī)最大速度是 4500 轉(zhuǎn) / 分鐘，可以計(jì)算得出最大速度 =4500×1000/60=75000 脈沖 /s。根據(jù)多次的測(cè)試，加減時(shí)間設(shè)置成 0.2s。由于切刀的性能要求是速度快，對(duì)位置圖 2 電控系統(tǒng)架構(gòu)圖圖 1 雙機(jī)頭套標(biāo)機(jī)工藝流程 P2013-04雙色.indd 31 2013-4-11 15:30:53 32 《PLC&FA》 PLC&IPC&EAS PLC&IPC&EAS 要求不高，所以采用速度模式。通過刀盤電眼檢測(cè)刀盤進(jìn)入凹槽區(qū)，確認(rèn)切標(biāo)完成，同時(shí)觸發(fā)送標(biāo)啟動(dòng)。
4.3 送標(biāo)伺服控制送標(biāo)控制可采用定長(zhǎng)切和分段切兩種模式。 (1) 定長(zhǎng)切。即每次切的標(biāo)簽長(zhǎng)度固定，只需走固定距離就可以，因此采樣相對(duì)定位。通過向?qū)蛇\(yùn)動(dòng)控制子程序，在主程序中調(diào)用 GOTO 子程序，將 MODE 設(shè)置成 1 即為相對(duì)定位。 (2) 分段切。通過色標(biāo)傳感器檢測(cè)標(biāo)簽的透明段進(jìn)行區(qū)分每段的距離。因?yàn)槊看螛?biāo)簽的實(shí)際長(zhǎng)度不是固定的，所以采用速度模式，檢測(cè)到透明短時(shí)停送標(biāo)，GOTO 子程序，將 MODE 設(shè)置成 2，即為速度模式。 4.4 通訊功能由于主輸送帶和螺桿由一臺(tái) PLC(ST60) 控制，另一臺(tái)CPUST30需要獲取其狀態(tài)，所以兩臺(tái) PLC 采用 Modbus RTU 協(xié)議進(jìn)行通信，本系統(tǒng)中采用 ST60 做主站，CPUST30做從站。 CPUST60調(diào) 用 MODBUS 主 站 庫， 初 始 化 波 特 率 為 9600，偶校驗(yàn)，選擇口 0，超時(shí)檢測(cè)設(shè)為 1s。然后分時(shí)調(diào)用 MBUS_MSG，作為讀和寫，讀寫周期為 300ms。通訊模塊編程分別如圖 3~7 所示。圖 3 Modbus 主站的初始化圖 4 Modbus 讀指令圖 5 Modbus 寫指令圖 6 Modbus 從站的初始化圖 7 Modbus 從站功能調(diào)用
4.5 HMI 畫面設(shè)計(jì)昆侖通態(tài)觸摸屏主要由主界面、瓶身操作界面、瓶身參數(shù)界面、瓶口操作界面、瓶口參數(shù)界面組成。 (1) 主界面：顯示廠家的基本信息，如廠家名稱，地址，電話； (2) 瓶身操作界面：機(jī)頭升降 ( 調(diào)試功能 )、分瓶啟停、帶瓶啟停、主輸送帶啟停、刷標(biāo)啟停、毛刷啟停、主機(jī)啟動(dòng)、主機(jī)停止。 (3) 瓶身參數(shù)界面：送標(biāo)位置與速度設(shè)置，切標(biāo)位置與速度設(shè)置。瓶口操作界面和參數(shù)界面與瓶身相同。
