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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。

 Operator Interface 2706-PDH485M DH-485 COMMUNCIATON MODULE FOR 2706-P4X

Support 9358-BIZUC0PR SUPT REINSTATEMENT CONTRACT FOR 9358BIZUC0PENE

Support F1785-L60CSERD FIRMWARE UPGRADE FOR 1785-L60C PLC5 PROCESSOR MODU

DeviceNet Products 1791D-16V0X 24VDC COMPACTBLOCK I/O EXPANSION, 16 IN SOURCE

RSI Software Products 9301-2SE330FRU1R RSVIEW32 RUNTIME 300-1500 UPGRADE OUT-SUPT (FR)

RSI Software Products 9358-BPMGR03U1 UPGRADE: IN-SUPT: RSBW BATCH PRD MGR 1 TO 10 SERV

Motion Control MPL-A4540F-MK22AA MOTOR,SERVO,10.2 NM,3000RPM,MULTI,230V,9.5KG

Motion Control 8720MC -B042-AA- 42 AMP B CHASSIS DRIVE, ENCLOSURE, LESS OPTIONS

Silver Series 1769-L20 COMPACTLOGIX5320 PROCESSOR, 64 KBYTE MEMORY,

HE693ISOBLK DIN rail mounted cold junction compensation block for thermocouple input modules.

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QPI3D200C2P QUICKPANEL COLOR 10.5" TFT

ST-5101 STXi High Speed Counter module, 1 Channel, 5VDC 1.5MHz

20BC170A3ANNANC0 PowerFlex 700 AC Drive 20B

20F1AGC456JN0NNNNN PowerFlex 753 AC Packaged Drive

22B-A012N104 PowerFlex 40- 2.2 kW (3 HP) AC Drive

140DAI75300 Quantum 開關量AC輸入,32點,230VAC,8點成組隔離

284D-FVD2P3Z-10-CR DeviceNet Variable Frequency Drive

E3JK-T31 5m,分離式,明通，PNP晶體管輸出100mA，電源:10-30VDC

MIC-2660 Ethernet (LAN)板

 PXI-2534

VIPER-400-M64-F32-I

PCI-14S2-RS-R40

MATROX MET2-MC/4/8F 751-0201

UT-450QP

MATROX METEOR-II 751-01

1492-MCAA140 40 A UL489 Miniature Circuit Breaker

1494U-FC60R 1494U 60A Class R 600V Fuse Clip

軟啟動器 3RW44546BC35

CBL-14-MP-30 Power cable for MTR-1235 or MTR-1300 or MTR-1400 series splashproof stepping motors. 30 feet

 GF-0193 Connecting FlashCable to Federal Maxum Plus E2.

IC200TBX040 Tool box, Micro 40 and software. Includes (IC200UDD040) 24VDC In/24VDC Out, requires 24VDC power, (IC200USB001) RS-232 option board with (2) 0 -10VDC analog in with Proficy software, manuals and cables (IC646MPM101)

IC646TBPAS500 Production Accounting Server 500 mass balance streams

IC647NPG000 CIMPLICITY Alarm Cast Standard (replaces CIMPLICITY Pager in version 8.2) Will enable CIMPLICITY PAger in version 8.1 and earlier.

IC693ACC316 Connector Kit, 24 Pin, Qty (10), Solder Eyelet (For MDL654, 655, 752, 753)

IC752BCL000 DataPanel Download Cable

IC800VMCE1030 Encoder cable for 1 kW to 3 kW VersaMotion servo motors- 3 meter

SLC/1746 System 1746-OBP16 HIGH CURRENT DC OUTPUT MODULE

Industrial Computers 6189-COMMCARD 2 CHANNEL RS232 PCI CARD

Application-specific products 6556-SPAKK PROGRAMMABLE LIMIT SWITCH & DIE MONITOR START. KIT

 Operator Interface 2711-B6C15 PV600 COLOR KEY&TOUCH, CNET & RS232 PRINT

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DeviceNet Products 1734D-IA8XOW8 120 VAC 8 IN 8 RELAY OUT, DNET COMMS, SCREW

RSI Software Products 9301-2SE250KOU3R RSVIEW32 WORKS 300-100K UPGRADE OUT-SUPT (KO)

RSI Software Products 9358-BNT30U2 UPGRADE: IN-SUPT: RSBATCH 10 TO 30

Motion Control MPL-B320P-RK24AA MOTOR,SERVO,2.94 NM,5000RPM,RSLVR,460V,BRK

Motion Control 2090-K6CK-D26M CONNECTOR, I/O, D-SHELL/TERM BLOCK, 26 PIN

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