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PLC

西门子 SMART 解决方案在套标机上的应用

  2018年09月29日  

  摘要:本文介绍了西门子 S7-200 SMART PLC、SMART LINE 触摸屏以及 SINAMICS V20 变频器在套标机上的应用,阐述了设备工艺流程、控制系统的配置选型、软件设计和实现的功能。经测试,该方案能完全满足高速套标机的各项?#38469;?#35201;求,运行稳定,性能良好。

  关键词:S7-200 SMART SMART LINE SINAMICS V20 套标机

1 引言

  套标机是一种将?#20154;?#22609;胶商标桶卷自动切断,准确套入容器的包装机械,配合后热收缩工序,将标签完好地固定于容器?#23454;?#20301;置。

  上世纪 90 年代以来,我国的快速消费品包装工业得到了迅速发展,快速消费品企业的生产集中度和自动化程度在不断提高,包装设备在向大型化、快速化、高效化、自动化方向发展。套标机作为后段包装?#38469;?#21547;量较高的设备之一,其优良的高速稳定性能,独特的灵巧化设计,人机协和的安全模式,得到了广大客户的充分肯定。套标机的使用大大降低了套标?#26041;?#30340;人力物力,现已广泛应用于啤酒饮料、化工、医药等行业。

2 套标机工艺原理

  2.1 套标机结构

  从工艺功能的?#23884;?#36827;行划分,套标机的结构可分成以下 9 单元。并如图 1 所示。

  (1) 供料组:由变频器带动供料电机旋转,用以传送标签膜料;

  (2) 电眼架组:使用光纤电眼传送信号,提供下标伺服做定尺寸输送,电眼位置可高低调整;

  (3) 驱动组:采用双驱送料机构,?#19978;?#26631;伺服电机驱动。用于固定?#34892;?#26609;和下标动力传动;

  (4) 刀?#22871;椋?#37319;用同步轮机构,由伺服电机驱动,当进瓶光电 7 给出信号时,?#26800;?#30005;机带动刀片旋转一周将标签切断;

  (5) 刷下组:采用同步调整机构,将刷下两组传送轮调整至?#34892;?#26609;下方与滚?#26234;?#24494;接触,待标签通过时以较高转速将标签套入瓶子;

  (6) ?#21046;?#34746;杆:将欲套标瓶做等距分开,进入带瓶组,速度由变频器控制,与输送带同步;

  (7) 照瓶电眼:检测是否有瓶子通过,当有瓶子经过时输出讯号使?#26800;?#24320;始旋转,左右位置可以调整;

  (8) 输送带:使用变频器调整输送带速度,以适用于各产能的速度匹配;

  (9) 带瓶组:采用两侧同步传动,标签高低与夹瓶定位各一只手轮调整,目的使瓶子输送时不摇晃和控制套标签高度,速度由变频器控制,与输送带同步。

  2.2 套标机工艺流程

  当输送带上有瓶子经过照瓶电眼时,由伺服控制的切标电机会将标签切断,切标完成后下标伺服电机开始动作,等到光纤信号到来时停?#39038;?#26631;,同时刷下料轮会将已经切断的标签刷下套入瓶子上,完成一次动作。具体工艺流程如图 2 所示。

3 硬件系统设计

  3.1 硬件系统分析

  本系统需要两路高速脉冲输出,分别控制?#26800;?#21644;下料伺服;一路高速计数器,用于控制?#26800;?#20572;止的位置,?#26800;?#20572;止位置应不影响下标的动作,否则会造成堵标。

  以往套标机的调速方式普遍采用电位器控制,用三个电位器分别控制输送带电机,定位皮带电机和螺杆电机,供料电机的速度因为不经常调节,所以用变频器本身自带的电位器调速。每?#38382;?#36865;带速度变更时,?#22841;?#35201;重新调节螺杆和定位皮带的速度。调节时主要依靠调试人员的?#38469;?#32463;验和不断的放瓶测试,才能使其线速度基本同步。本项目中设备的 I/O 清单如表 1 所示。

  3.2 硬件系统设计

  在本项目的电控方案中,选用西门子 SMART 解决方案,包括 S7-200 SMART PLC、SMART LINE 触摸屏和 SINAMICS V20 变频器。根据上述 I/O 需求,总共 12DI/12DO,选用 CPU ST40(24DI/16DO) 即可满足需求。 SINAMICS V20 变频器通过 USS 协议与 PLC 进?#22411;?#35759;,不仅控制更加方便,也节省了 PLC 的 I/O 点。通过计算可将电机角速度转化为输送带线速度。PLC 和触摸屏通过以太网进?#22411;?#35759;,只需要在触摸屏上输入生产速度,其他电机将会自动进行线速度同步。该方案大大缩短调试时间,降低调试?#35759;取?#30828;件结构如图 3 所示,主要硬件配置表如表 2 所示。

4 软件系统设计

  4.1 运动控制配置

  S7-200 SMART 集成了三路 100kHz 的高速脉冲输出,在本系统中?#26800;端?#26381;占用 Q0.0,下标伺服占用 Q0.1。打开 Micro/WIN SMART 集成的运动控制向导,配置轴 1 和轴 2,选择单向相?#26376;?#20914;,最大速度 50K,最小速度 1K,加减速时间 30ms,然后生成子程序。

  4.2 高速计数配置

  S7-200 SMART 集成了 4 路高速计数器,在本系统中只使用了高速计数器 HSC0,用于接收?#26800;?#30340;脉冲输出,占用输入点 I0.0。打开 Micro/WIN SMART 集成的 HSC 向导,配置 HSC0,选择工作模式 0,预设值为 80000,当前值为 0,计数方向向上,勾选 PV=CV 时中断,步数 1,然后生成。当?#26800;端?#26381;启动后检测到刀盘原点光电时,利用外部中断快速更新高速计数器 HSC0 的当前值和目标值,目标值等于当前值加上偏置值。PV=CV 中断时停止脉冲输出,同时启动下标伺服。

  4.3 USS 通讯

  S7-200 SMART 自带库文件 USS 协议,只需调用 USS 功能块即可实现 PLC 与西门子变频器的通讯。通过 USS_INIT 进?#22411;?#35759;?#38382;?#21021;始化设置,包括与变频器通讯的波特率,激活的变频器个数,所占用的端口等,通信?#38382;?#24517;须与变频器设置的一致,否则无法通讯。每次通信?#38382;?#30340;更改?#22841;?#35201;重新执行此命令,本项目中的通讯?#38382;?#22266;定,所以只上电执行一次。通过调用 USS_ CTRL 指令可以直接控制变频器的启动、停止以及频率,每条 USS_CTRL 指令只能控制一台变频器。

  4.4 SINAMICS V20 变频器的配置

  设置V20变频器的连接宏为Cn010—USS控制,分别设置螺杆、皮带、供料、输送带变频器地址 P2011[0] 为 1、2、3、4。同时,设置应用宏为 AP030—传送带控制,SINAMICS V20 可自动配置适合传送带应用的控制?#38382;?/FONT>

5 结束语

  套标机装备制造行?#30340;?#26222;遍采用三个电位器分别控制其中三台变频器,在本项目中取消了电位器,直接在触摸屏中输入生产速度,电机的同步线速度交由 PLC 计算,并通过通讯的方式将频率送入变频器,减少了 PLC 的点数需求,减少了配线,调试更加方便。经过测试,套标的速度以及套标的稳定性完全达到了高速套标的要求。采用西门子 SMART 解决方案,设备档次有了很大的提升,为售后服务也提供了巨大的便利。

标签:西门子 SMART解决方案我要反馈
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