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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用,闡述了設備工藝流程、控制系統的配置選型、軟件設計和實現的功能。經測試,該方案能完全滿足高速套標機的各項技術要求,運行穩定,性能良好。
關鍵詞: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得到了迅速發展,快速消費品企業的生產集中度和自動化程度在不斷提高,包裝設備在向大型化、快速化、高效化、自動化方向發展。套標機作為后段包裝技術含量較高的設備之一,其優良的高速穩定性能,獨特的靈巧化設計,人機協和的安全模式,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節的人力物力,現已廣泛應用于啤酒飲料、化工、醫藥等行業。
2 套標機工藝原理
2.1 套標機結構
從工藝功能的角度進行劃分,套標機的結構可分成以下 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,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,電眼位置可高低調整;
(3) 驅動組:采用雙驅送料機構,由下標伺服電機驅動。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,由伺服電機驅動,當進瓶光電 7 給出信號時,切刀電機帶動刀片旋轉一周將標簽切斷;
(5) 刷下組:采用同步調整機構,將刷下兩組傳送輪調整至中心柱下方與滾輪輕微接觸,待標簽通過時以較高轉速將標簽套入瓶子;
(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,當有瓶子經過時輸出訊號使切刀開始旋轉,左右位置可以調整;
(8) 輸送帶:使用變頻器調整輸送帶速度,以適用于各產能的速度匹配;
(9) 帶瓶組:采用兩側同步傳動,標簽高低與夾瓶定位各一只手輪調整,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。
硬件系統設計
3.1 硬件系統分析
本系統需要兩路高速脈沖輸出,分別控制切刀和下料伺服;一路高速計數器,用于控制切刀停止的位置,切刀停止位置應不影響下標的動作,否則會造成堵標。
以往套標機的調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常調節,所以用變頻器本身自帶的電位器調速。每次輸送帶速度變更時,都需要重新調節螺桿和定位皮帶的速度。調節時主要依靠調試人員的技術經驗和不斷的放瓶測試,才能使其線速度基本同步。本項目中設備的 I/O 清單如表 1 所示。
3.2 硬件系統設計
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 協議與 PLC 進行通訊,不僅控制更加方便,也節省了 PLC 的 I/O 點。通過計算可將電機角速度轉化為輸送帶線速度。PLC 和觸摸屏通過以太網進行通訊,只需要在觸摸屏上輸入生產速度,其他電機將會自動進行線速度同步。該方案大大縮短調試時間,降低調試難度。硬件結構如圖 3 所示,主要硬件配置表如表 2 所示。
4 軟件系統設計
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 集成的運動控制向導,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 高速計數配置
S7-200 SMART 集成了 4 路高速計數器,在本系統中只使用了高速計數器 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 向導,配置 HSC0,選擇工作模式 0,預設值為 80000,當前值為 0,計數方向向上,勾選 PV=CV 時中斷,步數 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 協議,只需調用 USS 功能塊即可實現 PLC 與西門子變頻器的通訊。通過 USS_INIT 進行通訊參數初始化設置,包括與變頻器通訊的波特率,激活的變頻器個數,所占用的端口等,通信參數必須與變頻器設置的一致,否則無法通訊。每次通信參數的更改都需要重新執行此命令,本項目中的通訊參數固定,所以只上電執行一次。通過調用 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
設置V20變頻器的連接宏為Cn010—USS控制,分別設置螺桿、皮帶、供料、輸送帶變頻器地址 P2011[0] 為 1、2、3、4。同時,設置應用宏為 AP030—傳送帶控制,SINAMICS V20 可自動配置適合傳送帶應用的控制參數。
存儲卡 6ES7952-1AK00-0AA0 RAM/1M
軟啟動器 3RW44362BC36
CQPGCTDE0000 QUICKPANEL 7.4 inch TFT/Ethernet/CF/24V
GC646PEW120E Proficy GC for OP EWS Development Software 300 I/O
HE693RTD600 RTD Input, 6 channel, 3-wire, 0.5C res., -100 to +850C range (Pt-100 )
IC600CB515RR Expanded II Logic Control Module
IC647ASC005 PA SDK 5 Pak
IC647IFCLNTSRO050C iFIX iClientTS Read Only 50 PK (M1Component Part)
IC660EBD025RR Ph B 5/12/24Vdc Sink 32 CKT Electronic Asm
IC695SPF550 RX3i Single Mode 100base-SX (fiber 550m) Small Form Pluggable Transceiver Module
IC756WRE099J-99 DataViews Runtime for Windows 50-99, Per User, Japanese, Version 9.9
FlexLogix System 1794-OC16 FLEX 48 VDC OUTPUT MDL
PLC-5/1771 System D1785-6.8.6 REF.GUIDE CONNECTING PLC5
Process Control 1757-PLXSIFZF BAILEY INFI90 QUICKBUILDER INTERFACE
Operator Interface 2711P-K10C6D2 PV PLUS 1000, KEYPAD, ENET, DC PS, EXT MEM
Support 9324-FWRTENR SUPT REINSTATEMENT CONTRACT FOR 9324FWRTEN
Support 2707-DP1S SUPT RENEWAL CONTRACT FOR 2707DP1
Support F1785-L40LSERA FIRMWARE UPGRADE FOR 1785-L40L PLC5 PROCESSOR MODU
RSI Software Products 9301-2SE2303DEE RSVIEW32 WORKS 1500 WITH RSLINX (GERMAN)
RSI Software Products 9701-VWSS000DEU1 RSVIEW SE 25 TO UMLTD DISP UPGRADE (GERMAN)
RSI Software Products 9399-RL53GRES RSLOGIX 5 GETTING RESULTS GUIDE (SPANISH)
Motion Control 1394C-SJT05-A MODULE,SYSTEM,5KW,SERVO,W/ANLG INTF,NO HIM
BC646MDE000 Logic Developer - PC & View Development/Runtime (HRT) 8,000 I/O
IC300OCS041 OCS with 2x20 LCD Display and with 16-key Keypad. 16 DC Inputs (12/24vdc), 12 DC Outputs (5/12/24vdc, 0.5A pos. logic with ESCP). No network interface
IC752SKT015 DATAPANEL 160 STARTER KIT
MTR-3T12-G-R-B-M-SRR Servo Motor Metric 24V Brake, Seal
ZA06B-6130-K200 CZ7 power connector for BSVM1-20i Beta i series amplifier (included in amplifier kits)
20CD500A0ANNBNB0 PowerFlex 700H AC Drive 500 A 450 Hp 20C
20G1AGC205JA0NNNNN PowerFlex 755 AC Packaged Drive
25A-E0P9N104 PowerFlex 523 0.4kW (0.5Hp) AC Drive
2711P-T7C21D8S PanelView Plus 7 Standard 700
6SE6440-2UD38-8FB1 90KW
1747-BA
PCI-6771F
ROHM IN-CY-76
M9140-E512LAF
GF 8400GS
HPU4800ADA-100
8001-4081
1492-SPM1C320 MCB Supplementary Protector 32 A
通用型變頻器 6SE6 430-2UD42-0GB0 200 KW,326 x 1533 x 545
20AC043A3AYNADC0 PowerFlex 70 AC Drive 43 A at 22 kW 20A
GC646CSCEMK Proficy GlobalCare Complete Complete for ControlStation CE Development Software
HE660CGM424 Discontinued Part. Check with GE IP on migration path.
IC600LR624RR 16K/8K Combined Memory
IC647HSTES500KM Historian Enterprise Server 500,000 Points (M4 Key)
IC655ALG516RR Analog Input (8 Channels)
IC694BEM331CA Conformal Coated Genius Bus Controller
IC756SDV001E-97 DV Development - Solaris Op Sys Addt'l User, English, Version 9.7
MicroLogix 1500/1769 System 1764-MM2RTC MICROLOGIX 1500 16K MEM MOD W/RTC
PLC-5/1771 System 1771-WN FIELD WIRING ARM, 32 TERMINALS
Distributed I/O 1794-IJ2 2-CHANNEL HIGH RESOLUTION FREQUENCY MODULE
Communications 9399-WABCPG RSLINX C SDK PROGRAMMER'S GUIDE
Support 6233-5VTLR SUPT REINSTATEMENT CONTRACT FOR 62335VTL
Support 9358-BPMG03R SUPT REINSTATEMENT CONTRACT FOR 9358BPMGR03ENE
Support F1771-KE FIRMWARE UPGRADE FOR 1771-KE COMMUNICATION MODULE
RSI Software Products 9324-RLD0U6FRE RSLOGIX 5000 SERVICE ED TO FULL UPG, FRA
RSI Software Products 9301-2SE350PTU4R RSVIEW32 RUNTIME 150-100K UPGRADE OUT-SUPT (PT)
RSI Software Products 9358-MTRCK02U1R UPGRADE: OUT-SUPT: RSBW MATERIALTRACK 1 TO 03