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1786-TCT2BD1
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(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)計和實現(xiàn)的功能。經(jīng)測試，該方案能完全滿足高速套標機的各項技術(shù)要求，運行穩(wěn)定，性能良好。
關(guān)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(chǎn)集中度和自動化程度在不斷提高，包裝設(shè)備在向大型化、快速化、高效化、自動化方向發(fā)展。套標機作為后段包裝技術(shù)含量較高的設(shè)備之一，其優(yōu)良的高速穩(wěn)定性能，獨特的靈巧化設(shè)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(xiàn)已廣泛應(yīng)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(jié)構(gòu)
從工藝功能的角度進行劃分，套標機的結(jié)構(gòu)可分成以下 9 單元。并如圖 1 所示。
(1) 供料組：由變頻器帶動供料電機旋轉(zhuǎn)，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(diào)整;
(3) 驅(qū)動組：采用雙驅(qū)送料機構(gòu)，由下標伺服電機驅(qū)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(gòu)，由伺服電機驅(qū)動，當進瓶光電 7 給出信號時，切刀電機帶動刀片旋轉(zhuǎn)一周將標簽切斷;
(5) 刷下組：采用同步調(diào)整機構(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，待標簽通過時以較高轉(zhuǎn)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(jīng)過時輸出訊號使切刀開始旋轉(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，標簽高低與夾瓶定位各一只手輪調(diào)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(jīng)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(jīng)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(shè)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(shù)器，用于控制切刀停止的位置，切刀停止位置應(yīng)不影響下標的動作，否則會造成堵標。
以往套標機的調(diào)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(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，都需要重新調(diào)節(jié)螺桿和定位皮帶的速度。調(diào)節(jié)時主要依靠調(diào)試人員的技術(shù)經(jīng)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(shè)備的 I/O 清單如表 1 所示。
3.2 硬件系統(tǒng)設(shè)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(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(zhuǎn)化為輸送帶線速度。PLC 和觸摸屏通過以太網(wǎng)進行通訊，只需要在觸摸屏上輸入生產(chǎn)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(diào)試時間，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
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?qū)?，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(shù)配置
S7-200 SMART 集成了 4 路高速計數(shù)器，在本系統(tǒng)中只使用了高速計數(shù)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?qū)В渲?HSC0，選擇工作模式 0，預設(shè)值為 80000，當前值為 0，計數(shù)方向向上，勾選 PV=CV 時中斷，步數(shù) 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(shù)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(diào)用 USS 功能塊即可實現(xiàn) PLC 與西門子變頻器的通訊。通過 USS_INIT 進行通訊參數(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、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(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，設(shè)置應(yīng)用宏為 AP030—傳送帶控制，SINAMICS V20 可自動配置適合傳送帶應(yīng)用的控制參數(shù)。
20F1ANF098JN0NNNNN PowerFlex 753 AC Packaged Drive
22F-D4P2N103 PowerFlex 4M- 1.5 kW (2 HP) AC Drive
280-MTR22-M4 ArmorConnect Motor Cable
285-DBK22-M3 ArmorStart Spare Parts
AH22-ELR(G,Y11 圓30mm帶燈6.3V/1W紅(綠,黃)色1開1閉
AWS-8248V 15”彩色TFT LCD顯示，14槽底板，3.5”軟驅(qū)，250W電源
NI 9235
SCC-LP01
TM5800-800M-6.8W
NUPRO-935A/DV
D56622-305
AR-B1564A
FPD-15AT(SR)
1492-M5X5H1-20 Connection Products
1494H-DN3H2 Heavy Duty Fusible Safety Switch
軟啟動器 3RW44456BC36
BC647TRT700 CIMPLICITY HMI Server 700 I/O Runtime System with Proficy GlobalCare
GC647PSF000 Global Care for Proficy Process Systems 5000+ I/O with iFIX
IC200NAL110 10 point PLC, (6) 12VDC in, (4) Relay Out, (1) Analog Input (0-10VDC, 8 bit), 12VDC Power Supply
IC646PMESCH Proficy Change management Scheduler
IC647NAC002 CIMPLICITY Alarm Cast Advanced Version
IC687BEM731CA Single Slot GENIUS Bus Controller 1 Channel for Series 90-70 or RX7i. Conbal Coated.
IC697VAL348 Discontinued, future replacement is Embedded VME-6500. Contact GE IP Embedded for details.
IC800SSI420RD2 7.2 amp 480 VAC Devicenet S2K servo controller for MTR series motors
SLC/1746 System 1747-BSN BACKUP SCANNER MODULE
Industrial Computers 6181P-15NS2KH VERSAVIEW INTEGRATED DISPLAY COMPUTER 15-INCH TFT
Application-specific products 9358-PBEPB10ENE RSBIZWARE BATCH & EPROCEDURE BNDLE PLX 10 UNITS
Operator Interface 2711-K5A15L3 PV550 MONOCHROME KEY, CNET & RS232 PRINT
Support 6171-PCSES SUPT RENEWAL CONTRACT FOR 6171PCSE
Support 9393-RSTLX5KR SUPT REINSTATEMENT CONTRACT FOR 9393RSTLX5K, PLX5K
ControlNet Products 2711P-K10C15B1 PV PLUS 1000, KEYPAD, CNET, AC PS, STD MEM
RSI Software Products 9301-2SE2500U4 UPGRADE: IN-SUPT: RSVIEW32 WORKS 150 TO 100K
RSI Software Products 9358-BEPB60U2R UPGRADE: OUT-SUPT: RSBW BATCH & EPROCEDURE 10 TO60
Motion Control MPL-A4540F-MJ24AA MOTOR,SERVO,10.2 NM,3000RPM,MULTI,230V,BRK,13KG
Motion Control 2090-XXNFY-S20 CABLE,NON-FLEX,MOTOR FEEDBACK,Y,20M
GABI31200C2P/SE QUICKPANEL 10.5" TFT W/SE GE LABEL
IC641SWC301 LM 90-30/20/Micro Software, 3.5"/5.25" disks + CD-ROM docs.
IC800SSI104RS1 4.3A, 115/230V, S2K Servo Controller for MTR Series Motors
PROFICY-SW Proficy Software Billing Only
20BB028A0AYNBNC0 PowerFlex 700 AC Drive 28 A at 10 Hp 20B
20DE011A0EYNANANE PowerFlex 700S AC Drive 20D
2198-5700-CLAMPSPACER Kinetix 5700 Cable Clamp Spacer
2711P-K12C4D9 PanelView Plus Terminal
280-PWRM35D-M12 ArmorStart Three-Phase Power Media
CPM2A-40CDT-D 40點主機 DC24V 24點入16點晶體管輸出 自帶RS232C口
3VU1340-1MJ00 2.4~4A
NI 9860
SBC8260
ADAM-4050
DPS-460AB
ROCKY-P218A-4.0
Orbotech Orbot-NAIO-2-N-NAIO-REV-H
1492-JC3 2.5 square mm Comb Style Terminal Block
1492-W10 IEC Term Blck 8x47.6x41mm Screw
軟啟動器 3RW40742BB35
BC646SPD365M Solution Provider Batch Key (M4)
GC647IFCLNTSRO050 GCC iFIX iClientTS Read Only 100 PK Runtime Version
IC200ALG327 Analog output 13 bit voltage 12 channel
IC646MBS001 Machine Edition Standard Development Suite
IC647IFPRDVUNLMTK iFIX Profsnl SCADA Unlimited Development (M1 Kit Part)
