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欧姆龙

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技术要求，运行稳定，性能良好。
　　关键词：S7-200 SMART SMART LINE SINAMICS V20 套标机
1 引言
　　套标机是一种将热缩塑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适当位置。
　　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技术含量较高的设备之一，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环节的人力物力，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
　　从工艺功能的角度进行划分，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，由下标伺服电机驱动。用于固定中心柱和下标动力传动;
　　(4) 刀盘组：采用同步轮机构，由伺服电机驱动，当进瓶光电 7 给出信号时，切刀电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中心柱下方与滚轮轻微接触，待标签通过时以较高转速将标签套入瓶子;
　　(6) 分瓶螺杆：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切刀开始旋转，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止送标，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。
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，分别控制切刀和下料伺服;一路高速计数器，用于控制切刀停止的位置，切刀停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。每次输送带速度变更时，都需要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技术经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 进行通讯，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行通讯，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，降低调试难度。硬件结构如图 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，在本系统中切刀伺服占用 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，选择单向相对脉冲，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，用于接收切刀的脉冲输出，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。当切刀伺服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 进行通讯参数初始化设置，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，通信参数必须与变频器设置的一致，否则无法通讯。每次通信参数的更改都需要重新执行此命令，本项目中的通讯参数固定，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参数。

 C517-14IE3-FDLN

SMC-2V02

1492-N36 TERM BLCK End Barrier High Density

1494C-DJ606-A4-B-D-E 600 A Flange Mtd Cable Switch

2094-SE02F-M00-S0 Kinetix 6200/6500 Control Module

BC647OEMR030 OEM Edge Renewal <(><<)> 30 keys includes up to 30 M4 key flashes which could be M4 or M1, Global Care Complete (iGC OEM)

GFK-2078 IC697VAL306, 12-bit Analog Output Board User's Manual

IC200TBX114 Tool box, 14 point (IC200UDR001) 24VDCIn/Relay Out, AC Powered (requires AC power), V ersaMax DataPanel DP45 (requires 24VDC supply) with Programming software and cables, (IC640VPS 00, IC752DDZ000, IC200CBL555, IC646MPM001)

IC600WD050 Expansion Rack I/O Cable, 50 feet (15m)

IC647HSTMK031 Historian Media Kit v3.1

 IC660BBA020RR Analog I/O Block, 24/48Vdc Power, 4 In/2 Out, Ph B

IC694MDL655 Input module 24 VDC 32 point POS/NEG logic.

IC756WDC009J-22 DV Development Sys VB, Java, C++, Japanese, Version 2.2

MicroLogix 1500/1769 System 1769-SDN DEVICENET SCANNER FOR 1764 AND 1769 CONTROLLERS

PLC-5/1771 System 1784-PCM5 PLC-5/PCMCIA COMMUNICATION CABLE

Distributed I/O 1797-TPYR CONTROLNET EX Y-TAP RIGHT ANGLE

Communications D9240-6.5.2 DEVICENET SLAVE DEVEL. TOOL SOFTWRE USER MANUAL

Support 9321-L5250S SUPT RENEWAL CONTRACT FOR 9321L5250

Support 9358-HSTCLTENR SUPT REINSTATEMENT CONTRACT FOR 9358HSTCLTEN

Support F1772-LS FIRMWARE UPGRADE FOR 1772-LS PLC2 PROCESSOR MODULE

 RSI Software Products 9324-RLD300ESE RSLOGIX 5000 STANDARD, ESP

RSI Software Products 9304-WVPR300D WINTELLIGENT VIEW PRO RUNTIME

RSI Software Products 9358-PLTM2600U1R UPGRADE: OUT-SUPT: PLANTMETRICS 5 TO 200 WORKCELL

Motion Control 8720SM-075-S6SAS4 75 KW/137 AMP, 750 VDC, MOTOR WITH SNS60,+MPL

A06B-003-B075#7008 B3/3000 Servo Motor, 32K Serial Encoder

IC200UAA003 14 point (8) AC In, (6) AC Out, AC Power Supply

IC752BCL000 Download cable for DataPanel 150/160/240E

MTR-1350-E-D-E-SRR Stepping Motor Nema34 Encoder Splashproof

ZA06B-0079-B203#0100 B12/3000HVis High Voltage Servo Motor with Straight Shaft, Key and IP67 Sealing

20BD292A0ANNNND0 PowerFlex 700 AC Drive 20B

 20G11RD8P0AA0NNNNN PowerFlex 755 AC Packaged Drive

25-JBAA PowerFlex 520 Frame A NEMA/UL Type 1 Kit

140XCP51000 Quantum 空槽模块, 带悬挂门

FRN15F1S-4C 22KVA 30 A 15 KW 3相AC380V/50Hz/60Hz

Z-15GW22-B 触点:1开/1闭,15A 250VAC机械寿命:1000万次合页滚珠短摆杆型

ATV-31H075M2A 0.75

SCXI-1195

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AIMB-581QG2

M-AUDIO Revolution PCI 7.1

 DIGIVI 3000

ACE-816AP

1492-RCDA4C80 Residual Current Device 80 A

6ES7195-7HB00-0XA0 安装两个 40mm 宽的 I/O 模板，热插拔

2098-DSD-HV150X Ultra 3000 Servo Drive

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IC756HDV010CT-99 DV Draw Development on HP/UX Op Sys, Traditional Chinese, Version 9.9

Pico Controllers 1760-L12BWB 12 I/O PICO CONTROLLER W/ RTC, DC

PLC-5/1771 System 1771-INGA50 1771 DISCRETE I/O BACKPLANE INTERFACE ASIC

Distributed I/O 1791D-8B8P DNET 24VDC CBLOCK I/O,8 IN SINK 8 OUT SOURCE, BASE

Communications 1784-PCMC1 PCMCIA 1784-PCMK CARD W/1784-PCM6

Operator Interface 2706-P72CN2 INVIEW MESSAGE DISPLAY. 1 TO 4 LINE

Support 9305-RSVADSPTS SUPT RENEWAL CONTRACT FOR 9305RSVADSPT

Support 9515-RSMSVRR SUPT REINSTATEMENT CONTRACT FOR 9515RSMSVRENE

EtherNet/IP Products 2711-T10C20 PV1000 COLOR TOUCH, ENET & RS232 PRINT