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價(jià)比方面越來(lái)越不能滿足客戶的需求。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，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。