摘要：本文介紹了西門子S7-200SMARTPLC、SMARTLINE觸摸屏以及SINAMICSV20變頻器在套標(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)和實(shí)現(xiàn)的功能。經(jīng)測試，該方案能完全滿足高速套標(biāo)機(jī)的各項(xiàng)技術(shù)要求，運(yùn)行穩(wěn)定，性能良好。

1引言

套標(biāo)機(jī)是一種將熱縮塑膠商標(biāo)桶卷自動(dòng)切斷，準(zhǔn)確套入容器的包裝機(jī)械，配合后熱收縮工序，將標(biāo)簽完好地固定于容器適當(dāng)位置。

上世紀(jì)90年代以來，我國的快速消費(fèi)品包裝工業(yè)得到了迅速發(fā)展，快速消費(fèi)品企業(yè)的生產(chǎn)集中度和自動(dòng)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(dòng)化方向發(fā)展。套標(biāo)機(jī)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(dú)特的靈巧化設(shè)計(jì)，人機(jī)協(xié)和的安全模式，得到了廣大客戶的充分肯定。套標(biāo)機(jī)的使用大大降低了套標(biāo)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(biāo)機(jī)工藝原理

2.1套標(biāo)機(jī)結(jié)構(gòu)

從工藝功能的角度進(jìn)行劃分，套標(biāo)機(jī)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(dòng)供料電機(jī)旋轉(zhuǎn)，用以傳送標(biāo)簽?zāi)ち?

(2)電眼架組：使用光纖電眼傳送信號，提供下標(biāo)伺服做定尺寸輸送，電眼位置可高低調(diào)整;

(3)驅(qū)動(dòng)組：采用雙驅(qū)送料機(jī)構(gòu)，由下標(biāo)伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)。用于固定中心柱和下標(biāo)動(dòng)力傳動(dòng);

(4)刀盤組：采用同步輪機(jī)構(gòu)，由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，當(dāng)進(jìn)瓶光電7給出信號時(shí)，切刀電機(jī)帶動(dòng)刀片旋轉(zhuǎn)一周將標(biāo)簽切斷;

(5)刷下組：采用同步調(diào)整機(jī)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(biāo)簽通過時(shí)以較高轉(zhuǎn)速將標(biāo)簽套入瓶子;

(6)分瓶螺桿：將欲套標(biāo)瓶做等距分開，進(jìn)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(dāng)有瓶子經(jīng)過時(shí)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(dòng)，標(biāo)簽高低與夾瓶定位各一只手輪調(diào)整，目的使瓶子輸送時(shí)不搖晃和控制套標(biāo)簽高度，速度由變頻器控制，與輸送帶同步。

2.2套標(biāo)機(jī)工藝流程

當(dāng)輸送帶上有瓶子經(jīng)過照瓶電眼時(shí)，由伺服控制的切標(biāo)電機(jī)會將標(biāo)簽切斷，切標(biāo)完成后下標(biāo)伺服電機(jī)開始動(dòng)作，等到光纖信號到來時(shí)停止送標(biāo)，同時(shí)刷下料輪會將已經(jīng)切斷的標(biāo)簽刷下套入瓶子上，完成一次動(dòng)作。具體工藝流程如圖2所示。

3硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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(jì)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(biāo)的動(dòng)作，否則會造成堵標(biāo)。

以往套標(biāo)機(jī)的調(diào)速方式普遍采用電位器控制，用三個(gè)電位器分別控制輸送帶電機(jī)，定位皮帶電機(jī)和螺桿電機(jī)，供料電機(jī)的速度因?yàn)椴唤?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(shí)，都需要重新調(diào)節(jié)螺桿和定位皮帶的速度。調(diào)節(jié)時(shí)主要依靠調(diào)試人員的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)和不斷的放瓶測試，才能使其線速度基本同步。本項(xiàng)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(jì)

在本項(xiàng)目的電控方案中，選用西門子SMART解決方案，包括S7-200SMARTPLC、SMARTLINE觸摸屏和SINAMICSV20變頻器。根據(jù)上述I/O需求，總共12DI/12DO，選用CPUST40(24DI/16DO)即可滿足需求。SINAMICSV20變頻器通過USS協(xié)議與PLC進(jìn)行通訊，不僅控制更加方便，也節(jié)省了PLC的I/O點(diǎn)。通過計(jì)算可將電機(jī)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(jìn)行通訊，只需要在觸摸屏上輸入生產(chǎn)速度，其他電機(jī)將會自動(dòng)進(jìn)行線速度同步。該方案大大縮短調(diào)試時(shí)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(jì)

4.1運(yùn)動(dòng)控制配置

S7-200SMART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(biāo)伺服占用Q0.1。打開Micro/WINSMART集成的運(yùn)動(dòng)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(shí)間30ms，然后生成子程序。

4.2高速計(jì)數(shù)配置

S7-200SMART集成了4路高速計(jì)數(shù)器，在本系統(tǒng)中只使用了高速計(jì)數(shù)器HSC0，用于接收切刀的脈沖輸出，占用輸入點(diǎn)I0.0。打開Micro/WINSMART集成的HSC向?qū)?，配置HSC0，選擇工作模式0，預(yù)設(shè)值為80000，當(dāng)前值為0，計(jì)數(shù)方向向上，勾選PV=CV時(shí)中斷，步數(shù)1，然后生成。當(dāng)切刀伺服啟動(dòng)后檢測到刀盤原點(diǎn)光電時(shí)，利用外部中斷快速更新高速計(jì)數(shù)器HSC0的當(dāng)前值和目標(biāo)值，目標(biāo)值等于當(dāng)前值加上偏置值。PV=CV中斷時(shí)停止脈沖輸出，同時(shí)啟動(dòng)下標(biāo)伺服。

4.3USS通訊

S7-200SMART自帶庫文件USS協(xié)議，只需調(diào)用USS功能塊即可實(shí)現(xiàn)PLC與西門子變頻器的通訊。通過USS_INIT進(jìn)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(gè)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(xiàng)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(dòng)、停止以及頻率，每條USS_CTRL指令只能控制一臺變頻器。

4.4SINAMICSV20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(shí)，設(shè)置應(yīng)用宏為AP030—傳送帶控制，SINAMICSV20可自動(dòng)配置適合傳送帶應(yīng)用的控制參數(shù)。

5結(jié)束語

套標(biāo)機(jī)裝備制造行業(yè)內(nèi)普遍采用三個(gè)電位器分別控制其中三臺變頻器，在本項(xiàng)目中取消了電位器，直接在觸摸屏中輸入生產(chǎn)速度，電機(jī)的同步線速度交由PLC計(jì)算，并通過通訊的方式將頻率送入變頻器，減少了PLC的點(diǎn)數(shù)需求，減少了配線，調(diào)試更加方便。經(jīng)過測試，套標(biāo)的速度以及套標(biāo)的穩(wěn)定性完全達(dá)到了高速套標(biāo)的要求。采用西門子SMART解決方案，設(shè)備檔次有了很大的提升，為售后服務(wù)也提供了巨大的便利。