摘要:本文簡(jiǎn)單的闡述了歐姆龍最新的CP1H PLC和SmartStep Z系列伺服電機(jī)在可調(diào)式透明膜三維包裝機(jī)上的應(yīng)用及對(duì)歐姆龍產(chǎn)品的分析。
關(guān)鍵字:三維包裝、高速脈沖、伺服控制
本文以上海某包裝企業(yè)的新型LS-300L型氣動(dòng)可調(diào)式透明膜三維包裝機(jī)為背景,討論歐姆龍PLC、伺服電機(jī)、人機(jī)界面等自動(dòng)化產(chǎn)品在該機(jī)包裝控制系統(tǒng)中的應(yīng)用。LS-300L型三維包裝機(jī)主要應(yīng)用于醫(yī)藥、食品、化妝品、煙草等行業(yè),為包裝盒外包裝塑料膜。以前此類(lèi)產(chǎn)品主要使用三菱、富士、三洋等品牌的產(chǎn)品,現(xiàn)因?yàn)樵撔袠I(yè)內(nèi)的競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈,材料成本壓力較大,原控制系統(tǒng)逐漸在控制的便利及性?xún)r(jià)比方面越來(lái)越不能滿(mǎn)足客戶(hù)的需求。歐姆龍CP1H PLC與SmartStep Z系列伺服、NS系列人機(jī)界面的經(jīng)典組合,為客戶(hù)提出了一套完美的解決方案。
LS-300L型氣動(dòng)可調(diào)式透明膜三維包裝機(jī)是機(jī)、電、氣一體化產(chǎn)品。該機(jī)控制系統(tǒng)啟動(dòng)后,由伺服控制送膜,汽缸依次自動(dòng)完成推包、切膜、吹氣、折角、上折、下折、整形熱封等物品的包裝動(dòng)作,主要用于各種盒裝物品的外包裝。包裝折疊部分采用熱封方式粘結(jié),可以起到良好的密封、裝潢、美觀、防潮和防干燥作用。另外有一根易拉線與薄膜粘合后包裝,方便拆封。
一、包裝生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)控制系統(tǒng)有以下的工藝要求:
1) 生產(chǎn)效率,在連續(xù)正常生產(chǎn)的情況下,當(dāng)下膜長(zhǎng)度在300mm時(shí),每分鐘包裝25-30個(gè)左右;
2) 包裝盒的大小差異很大,當(dāng)包裝盒的體積很小時(shí),下膜的長(zhǎng)度相應(yīng)也比較短,如果偏差比較大,折角、上折、下折動(dòng)作后,進(jìn)行整形熱封時(shí)會(huì)造成封口處粘合的位置不一致,在測(cè)量同一品種的產(chǎn)品時(shí)會(huì)有差異,影響生產(chǎn)質(zhì)量,因此對(duì)下膜長(zhǎng)度精度要求很高;
3) 推包、折角、上折、下折在正常生產(chǎn)過(guò)程中應(yīng)當(dāng)有相應(yīng)的保護(hù)措施,保證動(dòng)作與動(dòng)作之間不會(huì)產(chǎn)生沖突,造成機(jī)械上的損壞;
4) 推包、折角、上折、下折、整形、下膜、吹氣、切膜等動(dòng)作次序的配合要合理,保證包裝質(zhì)量和效果不受影響;
5) 有完整可靠的報(bào)警及安全措施,保證安全生產(chǎn);
6) 包裝速度:20-30盒(條)/分;
7) 包裝材料,熱封玻璃紙或兩面涂層的OPP(BOPP)薄膜。膜厚一般為0.022-0.03mm,使用卷料形式芯子內(nèi)徑76mm,拆封窄帶寬度為1.2-3mm;
二、系統(tǒng)構(gòu)成
LS-300L型包裝機(jī)的所有機(jī)構(gòu)全部采用氣動(dòng)組件,全部采用氣動(dòng)控制,在同行業(yè)同類(lèi)型產(chǎn)品中屬于中高檔機(jī)種。該包裝機(jī)根據(jù)包裝盒的大小長(zhǎng)短,只需通過(guò)控制系統(tǒng)的人機(jī)界面對(duì)包裝膜的長(zhǎng)寬、伺服電機(jī)的速度等進(jìn)行調(diào)整就能夠進(jìn)行包裝。系統(tǒng)主要采用了歐姆龍的CP1H-X40DT-D PLC、NS5-SQ00/0B-V2人機(jī)界面、R7M-Z40030-S1Z伺服驅(qū)動(dòng)器、R7D-ZP04H伺服電機(jī)等一系列產(chǎn)品。
CP1H是歐姆龍最新的超高速的一體化緊湊型PLC,它整合了CPM2A和CJ1系列PLC的優(yōu)點(diǎn)。內(nèi)置功能,如數(shù)字I/O,高速計(jì)數(shù)、高速脈沖輸出、模擬輸入和輸出提供了極大的靈活性。集成的通信網(wǎng)關(guān)功能使CP1H成為第一個(gè)符合歐姆龍Smart Platform概念的緊湊型PLC。只需要一個(gè)連接,使用CX-ONE軟件包,所有通過(guò)以太網(wǎng)、DeviceNet或者串行通信連接到CP1H的設(shè)備都能被配置、編程和監(jiān)視。編程電纜只需要標(biāo)準(zhǔn)的USB電纜,使用快捷、方便。
NS系列觸摸屏是工業(yè)級(jí)的IT人機(jī)界面,具有256色(32768色圖像顯示)、高亮度、寬視角;多語(yǔ)言支持(16種)、用于梯形圖監(jiān)控和數(shù)據(jù)傳送、存儲(chǔ)的CF卡;豐富的宏語(yǔ)言功能;具有Ethernet和Controller Link網(wǎng)絡(luò)接口,USB打印驅(qū)動(dòng);增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)功能-NS可放置在有網(wǎng)絡(luò)連接的所有地方;系列化的智能控件(SAP)-在NS終端上無(wú)需編程實(shí)現(xiàn)設(shè)置、設(shè)定、監(jiān)控等功能;重量輕、扁平外形設(shè)計(jì)、前面板IP65防護(hù)等級(jí)。
SmartStep Z系列伺服具有全自動(dòng)增益調(diào)節(jié)功能;并且裝備了比以前W系列的增益自動(dòng)調(diào)整更加進(jìn)一步的自動(dòng)調(diào)整功能。結(jié)合客戶(hù)的系統(tǒng)只需要表面的2個(gè)旋轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)就能夠完成設(shè)定!之后,所有的調(diào)整,伺服驅(qū)動(dòng)器都能自動(dòng)地自己完成。作為驅(qū)動(dòng)類(lèi)機(jī)器的伺服,在小型化方面,更加前進(jìn)了一步。在歐姆龍產(chǎn)品的體積比率上,實(shí)現(xiàn)了60%的小型化,對(duì)于加工小部件的小型裝置的伺服以及原先裝置的小型化改造來(lái)說(shuō),是最適合的。
三、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)考慮說(shuō)明:
控制系統(tǒng)的控制有3種工作方式:1)手動(dòng)操作;2)單動(dòng)操作;3)自動(dòng)連續(xù)操作。以下對(duì)控制系統(tǒng)手動(dòng)操作方式考慮作簡(jiǎn)要說(shuō)明。
當(dāng)手動(dòng)操作時(shí),推料、折角、整形、上折、下折、易拉線、下膜、切膜、吹氣都能獨(dú)立動(dòng)作,其中:
推料:推料->推料到位->推料停->推料回程->推料回程到位->推料回程停
折角:折角->折角折到位->折角停->折角回->折角回到位->折角回停
整形:整形->整形開(kāi)始延時(shí)->時(shí)間到->整形退
上折:上折下降->上折下降到位->上折下降停->上折上升->上折上升到位->上折上升停
下折:下折上升->下折上升->下折上升停->下折->下折下降位->下折向下停
易拉線:易拉線動(dòng)作->易拉線動(dòng)作延時(shí)->時(shí)間到->復(fù)位
下膜:下膜->伺服動(dòng)作->下膜到設(shè)定長(zhǎng)度后停止
切膜:?jiǎn)为?dú)點(diǎn)動(dòng)
吹氣:吹氣動(dòng)作->定時(shí)開(kāi)始->定時(shí)到->停
單動(dòng)操作時(shí),系統(tǒng)完成一次由推料、下膜、吹氣、切膜、折角、下折、上折、整形組成的動(dòng)作。
自動(dòng)連續(xù)操作是連續(xù)的單動(dòng)操作,在沒(méi)有盒子的情況下,會(huì)自動(dòng)停止。在自動(dòng)運(yùn)行的狀態(tài)下,系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)進(jìn)行計(jì)算,然后在人機(jī)上顯示。
四、系統(tǒng)的保護(hù)及安全措施
1)在手動(dòng)狀態(tài)下,推料只有在折角回程到位、上折上升到位、下折下降到位的時(shí)候,才允許推料動(dòng)作。
2)在手動(dòng)狀態(tài)下,折角只有在推料回程到位、上折上升到位、下折下降到位的時(shí)候,才允許折角動(dòng)作。
3)在手動(dòng)狀態(tài)下,上折只有在推料回程到位、折角回程到位的時(shí)候,才允許上折動(dòng)作。
4)在手動(dòng)狀態(tài)下,下折只有在推料回程到位、折角回程到位的時(shí)候,才允許下折動(dòng)作。
5)當(dāng)系統(tǒng)由手動(dòng)操作狀態(tài)切換到自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)或者由自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)切換到手動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)時(shí),所有的汽缸都自動(dòng)復(fù)位。即推料、折角、整形、上折、下折、易拉線、切斷、吹氣都復(fù)位到初始狀態(tài)。
6)一旦在自動(dòng)運(yùn)行模式下啟動(dòng)時(shí),系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)先進(jìn)行檢測(cè),確認(rèn)所有的汽缸是否處在復(fù)位狀態(tài),如果沒(méi)有處在復(fù)位狀態(tài),系統(tǒng)就會(huì)報(bào)警,同時(shí)將所有氣缸復(fù)位。
7)為保證氣壓的正常,一旦氣壓不足,系統(tǒng)會(huì)有提示信息,告知用戶(hù),氣壓不足,系統(tǒng)不能啟動(dòng)。
8)整個(gè)系統(tǒng)提供兩個(gè)急停開(kāi)關(guān),一旦出現(xiàn)緊急事故時(shí),按下急停按鈕,系統(tǒng)全部停止。所有的操作都禁止,直到故障解除后,將急停按鈕復(fù)原后,才能進(jìn)行所有的操作。
9)伺服一旦出現(xiàn)故障,系統(tǒng)會(huì)提示相應(yīng)的報(bào)警信息,提示用戶(hù)檢查伺服電機(jī)。
五、系統(tǒng)的工藝參數(shù)設(shè)置及控制畫(huà)面
六、系統(tǒng)設(shè)定
1、 長(zhǎng)度控制
系統(tǒng)的下膜長(zhǎng)度是由伺服控制的,SmartStep Z系列的伺服控制非常方便。調(diào)整脈沖的分辨率只需調(diào)節(jié)伺服驅(qū)動(dòng)器上的指令脈沖設(shè)定旋轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)(PULSE)即可,無(wú)需用操作器來(lái)調(diào)節(jié)。伺服的動(dòng)作快慢及動(dòng)作長(zhǎng)度都是靠CP1H PLC發(fā)出的脈沖的頻率及數(shù)量來(lái)控制的。
2、 下膜速度的控制
下膜速度的控制就是CP1H PLC控制高速脈沖的頻率SPED指令來(lái)控制的,SPED速度越大,下膜速度越快。
3、 氣缸動(dòng)作控制
氣缸動(dòng)作都是由PLC的開(kāi)關(guān)量輸出點(diǎn)控制的,分別控制機(jī)器的推料、折角、切膜、上折、下折、整形熱封等動(dòng)作,動(dòng)作到位后由光電傳感器反饋給PLC的輸入點(diǎn)。
七、結(jié)束語(yǔ)
以上是對(duì)歐姆龍自動(dòng)化產(chǎn)品在LS-300L型氣動(dòng)可調(diào)式透明膜三維包裝機(jī)上的應(yīng)用作了簡(jiǎn)要討論。CP1H系列PLC、NS系列觸摸屏與SmartStep Z系列伺服電機(jī)的完美結(jié)合,在位置控制要求精度較高的包裝行業(yè),具有很廣泛的應(yīng)用空間。