PLC+MC+INV+HMI在套标机整体解决方案

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关键词:摘要:套标机是一种将筒标自动切断,准确套入容器的包装机械,配合后道热收缩工序,将标签完好地固定于容器适当位置。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,尤其在果汁加工生产线中,是必不可少的设备。目前国内生产的套标机能达到的最高速度多数在400bpm(瓶/分钟)左右,能满足普通用户的需求。但随着世界食品包装行业...
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  • 摘要:套标机是一种将筒标自动切断,准确套入容器的包装机械,配合后道热收缩工序 ,将标签完好地固定于容器适当位置。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,尤其在果汁加工生产线中 ,是必不可少的设备。目前国内生产的套标机能达到的最高速度多数在400bpm(瓶/分钟)左右,能满足普通用户的需求 。但随着世界食品包装行业的高速发展,越来越多的世界知名果汁饮料生产商希望通过提高整线生产速度获得更大利润。经过实践 ,OMRON以CP1H为核心的系统配置,可以帮助客户稳定实现600bpm的速度。

套标机是一种将筒标自动切断,准确套入容器的包装机械 ,配合后道热收缩工序,将标签完好地固定于容器适当位置 。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 ,尤其在果汁加工生产线中 ,是必不可少的设备。
目前国内生产的套标机能达到的最高速度多数在400bpm(瓶/分钟)左右,能满足普通用户的需求。但随着世界食品包装行业的高速发展,越来越多的世界知名果汁饮料生产商希望通过提高整线生产速度获得更大利润 。
经过实践 ,OMRON以CP1H为核心的系统配置,可以帮助客户稳定实现600bpm的速度。

套标机的工艺流程如下图所示:

工艺流程图


工艺结构图

套标机的工艺难点主要有4点:
Ⅰ.要使整机速度达到600bpm,每0.1秒就要完成一次套标动作 ,这意味着下标在70ms内需完成150mm的位移,切刀电机在30mS之内完成一转,且下标与切标电机必须频繁起停 ,定位精准;
Ⅱ.下标由两对小的导标滚轮向内侧旋转,靠滚轮与薄膜的摩擦力将标下拉,虽然采用特殊材质后可使摩擦系数加大 ,但在高速下标时还是很难避免打滑情况的发生,这样即使下标电机定位精准,也会出现下标长度不齐的现象;
Ⅲ.切标电机旋转带动刀盘旋转一周完成切标动作 ,切标电机的定位不准会使刀盘过冲 ,最终导致刀盘堵标;
Ⅳ.与4台变频器通讯会增加程序所占内存,延长程序的循环扫描时间,延误切标与下标的动作时间。

OMRON对工艺难点进行分析后 ,最终使用2台伺服系统控制下标和切标电机,使用4台变频器分别控制马达 、定位皮带、进瓶螺杆、杆签供应电机,这四台变频器与OMRON小型 CP1H进行通讯 ,可通过人机界面NS8设定参数调节电机转速 。系统构成如下图所示:

欧姆龙系统方案配置图

在本方案中,控制器采用了OMRON的小型PLC CP1H,它有着高速的指令运算 ,内置了4路100kHZ的高速脉冲输出,且配有PLS2指令(脉冲输出梯形加减速定位指令),无需另加定位模块即可轻松完成4轴伺服同时定位 ,为客户大大节省了电气成本。
CP1H可同时添加RS232 、RS422/485两种串口,且与OMRON本厂的变频器通讯可直接调用Smart FB(功能块),省去了客户繁琐的通讯程序编写步骤。而且 ,CP1H还具有强大的中断功能 ,客户的下标和切标程序可放在输入中断的中断程序内,当PLC接收到切标和下标执行信号时立刻转入中断程序执行切标和下标动作,使得这两个动作不受程序循环扫描周期的影响 ,快速完成,将整体时间控制在0.1S内 。
在本方案里选用OMRON W系列下标,具有定位时间短 ,定位精度高的特点 。A系列简易伺服控制切标,在确速度与定位精度的同时,操作简单 ,缩短了设备的调试时间。伺服电机的Z相信号可取代原先的凸轮为下标环节送出切标定位完成信号。W系列与A系列的伺服都可以通过数据线与OMRON的伺服监控软件Cx-Driver相连,可实现参数的快速设置以及伺服运行时性能的实时监控,帮助客户在故障产生时快速准确地找到问题所在 。
因为本方案中用到的变频器还需要与PLC进行通讯 ,因此选用了OMRON的3G3MV系列变频器。该变频器内置RS-422和RS485通信功能,结合CP1H支持的Smart FB功能,与PLC的通信显得非常方便。
OMRON的彩色触摸屏NS使用在套标机上 ,通过其独有的SAP程序库、支持多达1000种配方以及多语言切换功能 ,与欧姆龙控制器与器件之间进行了简易化的连接和画面制作,大幅度节约了产品开发时间 。
考虑到下标的打滑问题,OMRON还使用了对射式光纤传感器E3X-DA对下标伺服电机送出下标完成信号来控制标长 ,取代了原先设想的用伺服定位控制下标长度,尽可能地减小了打滑对下标产生的影响。

从系统产品到高端视觉传感器,OMRON完善的产品体系几乎涵盖了整个泡罩包装机械上需要的工控产品 ,且每样产品既具有其自身的独立优势,又具有本厂产品之间高度的兼容性。客户采用OMRON整套系统解决方案后,套标机使用150mm标签时每分钟可达到600bpm的速度并能稳定运行, 每个瓶子的套标动作周期低于0.1S 。这不仅节省了工作量与开发成本 ,又同时大大提高了机械的整体性能。

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