基于plc的熱熔膠貼標(biāo)機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

基于plc的熱熔膠貼標(biāo)機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

食品和飲料產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展極大地促進(jìn)了移動(dòng)機(jī)行業(yè)的發(fā)展，移動(dòng)機(jī)市場(chǎng)前景日益廣闊。在中國(guó)的貼標(biāo)機(jī)市場(chǎng)中高品質(zhì)的設(shè)備主要從國(guó)外進(jìn)口,成本與維護(hù)費(fèi)用都非常高,而國(guó)產(chǎn)設(shè)備無(wú)論是在運(yùn)轉(zhuǎn)速度還是在定位精度上,都與國(guó)外設(shè)備存在一定的差距。針對(duì)這種情況,貝加萊(B&R)公司研發(fā)出一種高轉(zhuǎn)速(36000瓶/小時(shí))、高定位精度(±0.2mm)的熱熔膠貼標(biāo)機(jī),使設(shè)備達(dá)到國(guó)外同類設(shè)備的性能指標(biāo)。貝加萊公司的PCC控制系統(tǒng)與ACOPOS伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)可靠性高、功能強(qiáng)大,自帶電子凸輪(CAM)功能,非常適合熱熔膠貼標(biāo)機(jī)高速度、高精度的要求。原因三:進(jìn)線未斷線模式,未安裝標(biāo)紙、壓刀熱熔膠貼標(biāo)機(jī)工藝流程主要包括送標(biāo)、送瓶。送瓶過(guò)程簡(jiǎn)單,主要是把輸送過(guò)來(lái)的瓶體由進(jìn)口星輪引導(dǎo)到主機(jī)轉(zhuǎn)臺(tái),主機(jī)轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)到上膠輥位置完成貼標(biāo)動(dòng)作,標(biāo)簽貼好后,瓶體由出口星輪移出主機(jī)轉(zhuǎn)臺(tái)進(jìn)入到輸送帶。送標(biāo)過(guò)程要復(fù)雜一些,未切斷的整盤標(biāo)紙?jiān)谒蜆?biāo)伺服電機(jī)牽引下,從標(biāo)紙托盤引出,首先經(jīng)過(guò)張力調(diào)節(jié),保證了輸送過(guò)程中的穩(wěn)定張力,然后進(jìn)入糾偏校正調(diào)節(jié)環(huán)節(jié),使得標(biāo)紙穩(wěn)定在原來(lái)的位置,調(diào)整后的標(biāo)紙經(jīng)過(guò)色標(biāo)傳感器進(jìn)入送標(biāo)膠輥,在膠輥的輸送下標(biāo)紙經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)刀鼓被真空吸附,輸送到定刀位置。在定刀與動(dòng)刀碰撞的位置,標(biāo)紙被切斷,切斷的標(biāo)紙繼續(xù)被真空吸附在轉(zhuǎn)動(dòng)刀鼓上,隨后傳送到上膠輥位置,標(biāo)紙被上膠輥?zhàn)?biāo)、上膠,轉(zhuǎn)到主機(jī)轉(zhuǎn)臺(tái)位置完成貼標(biāo)動(dòng)作。結(jié)合送標(biāo)和送瓶流程,便完成了一次完整的貼標(biāo)動(dòng)作。系統(tǒng)硬件配置1.高效的多應(yīng)用程序技術(shù)1994年貝加萊公司提出了可編程計(jì)算機(jī)控制器概念,簡(jiǎn)稱PCC。PCC(ProgrammableComputeController)是一種可編程計(jì)算機(jī)控制器,本質(zhì)上也是一種PLC,只不過(guò)與傳統(tǒng)的PLC相比較,它有著更強(qiáng)大的功能:PCC在一個(gè)CPU上集成了分時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng),成功構(gòu)筑了實(shí)時(shí)的多應(yīng)用程序的運(yùn)行平臺(tái);多種編程語(yǔ)言包括順序功能圖、梯形圖、指令表、結(jié)構(gòu)文本及高級(jí)語(yǔ)言(AutomationBasic,ANSIC)等;它直接應(yīng)用于工業(yè)環(huán)境,具有更強(qiáng)的抗干擾能力、更高的可靠性、廣泛的適應(yīng)能力和應(yīng)用范圍;具有大容量的存儲(chǔ)能力、標(biāo)準(zhǔn)通信接口、基于過(guò)程總線的系統(tǒng)互聯(lián)、高級(jí)語(yǔ)言開(kāi)發(fā)和運(yùn)行環(huán)境、自診斷能力、都使得PCC在包裝及其他行業(yè)(紡織、印刷、機(jī)械、電力等)中的應(yīng)用具備了出色的友好平臺(tái)。2.運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)貝加萊伺服驅(qū)動(dòng)器(ACOPOS)是全數(shù)字智能型伺服驅(qū)動(dòng)器,是緊湊的模塊式結(jié)構(gòu),支持工業(yè)以太網(wǎng)POWERLINK通信,能夠與PLC一起組成完整的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng),滿足復(fù)雜的、高動(dòng)態(tài)特色的運(yùn)動(dòng)控制要求,實(shí)現(xiàn)諸如點(diǎn)到點(diǎn)運(yùn)動(dòng)控制、速度控制、扭矩控制、電子齒輪、電子凸輪、橫切、飛鋸、色標(biāo)控制、套色糾偏控制等任務(wù)。如圖2所示。貝加萊ACOPOS伺服驅(qū)動(dòng)器不同于普通的伺服驅(qū)動(dòng)器的功率放大功能,它是一個(gè)內(nèi)部集成了很多功能塊可供調(diào)用的智能型伺服驅(qū)動(dòng)器,例如,電子凸輪、電子齒輪、虛擬主軸等均包含在驅(qū)動(dòng)器內(nèi),并且ACOPOS本身也具有很強(qiáng)的計(jì)算功能,可以根據(jù)運(yùn)動(dòng)參數(shù)自行完成復(fù)雜的曲線計(jì)算。3.i/o模塊如圖3所示,該控制系統(tǒng)的硬件包括了集顯示與控制一體的PowerPanel屏、X20系列的I/O模塊,智能型的ACOPOS伺服驅(qū)動(dòng)器和同步電機(jī)。顯示屏內(nèi)嵌分時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng),完成邏輯控制、參數(shù)賦值等功能;ACOPOS伺服驅(qū)動(dòng)器采集主軸編碼器信號(hào)與色標(biāo)信號(hào),利用電子凸輪(CAM)功能完成送標(biāo)動(dòng)作,同時(shí)利用LATCH功能計(jì)算色標(biāo)偏差,進(jìn)行送標(biāo)軸運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償。應(yīng)用設(shè)計(jì)1.基于分時(shí)多任務(wù)的企業(yè)設(shè)計(jì)常規(guī)PLC大多依賴于單任務(wù)的時(shí)鐘掃描或監(jiān)控程序來(lái)處理程序本身的邏輯運(yùn)算指令,整個(gè)應(yīng)用程序采用一個(gè)循環(huán)周期,在一個(gè)較復(fù)雜的控制系統(tǒng)中,有的數(shù)據(jù)變量的實(shí)時(shí)性要求很高,但也有很多大慣量的模擬量對(duì)實(shí)時(shí)性要求不高,采用同樣的刷新速度實(shí)質(zhì)上是對(duì)資源的浪費(fèi)。貝加萊的PCC引入了大型計(jì)算機(jī)的分時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)理念,采用分時(shí)多任務(wù)的運(yùn)行機(jī)制,使得應(yīng)用任務(wù)的循環(huán)周期與程序長(zhǎng)短并不是緊密相關(guān),設(shè)計(jì)人員可根據(jù)工藝需求自由設(shè)定應(yīng)用程序的優(yōu)先執(zhí)行順序,控制周期按照用戶的實(shí)際要求設(shè)定,滿足實(shí)時(shí)控制的要求。對(duì)于貼標(biāo)機(jī)這種對(duì)實(shí)時(shí)性要求比較高的控制系統(tǒng),非常適合應(yīng)用貝加萊的分時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng),它可以根據(jù)不同任務(wù)對(duì)實(shí)時(shí)性能的不同要求,指定不同的優(yōu)先等級(jí),并可靈活設(shè)定每個(gè)任務(wù)的循環(huán)時(shí)間,使得這些任務(wù)模塊既相互獨(dú)立運(yùn)行,數(shù)據(jù)又相互關(guān)聯(lián),從而實(shí)現(xiàn)確定的分時(shí)多任務(wù)控制,使得整個(gè)項(xiàng)目結(jié)構(gòu)化、模塊化,更加合理。如圖4所示。2.電子齒輪acopos伺服問(wèn)題電子凸輪是伺服運(yùn)動(dòng)控制在多軸同步控制中的一種方式,它可以實(shí)現(xiàn)主從軸之間復(fù)雜不規(guī)則的凸輪曲線關(guān)系。電子凸輪可以說(shuō)是利用程序的方式完成機(jī)械凸輪控制所需要的軌跡,實(shí)現(xiàn)主軸和從軸的嚙合運(yùn)動(dòng)。由于使用電子凸輪代替了機(jī)械凸輪,使得機(jī)械設(shè)計(jì)及加工工藝大大簡(jiǎn)化,并避免了使用過(guò)程中的機(jī)械磨損的問(wèn)題。因此電子凸輪的功能在很多工控行業(yè)中有廣泛的應(yīng)用。貝加萊ACOPOS伺服驅(qū)動(dòng)器是智能型伺服驅(qū)動(dòng)器,如電子凸輪功能已經(jīng)包含在驅(qū)動(dòng)器內(nèi),它可以根據(jù)運(yùn)動(dòng)參數(shù),如貼標(biāo)機(jī)色標(biāo)長(zhǎng)度、主軸長(zhǎng)度、運(yùn)行速度等自行計(jì)算出加減速曲線和同步區(qū)間等關(guān)鍵運(yùn)行曲線。我們充分利用這些功能,通過(guò)設(shè)定色標(biāo)長(zhǎng)度與切刀角度的對(duì)應(yīng)關(guān)系,構(gòu)筑電子凸輪(CAM)關(guān)系,完成送標(biāo)軸的跟隨功能。3.atch功能的實(shí)現(xiàn)在送標(biāo)控制系統(tǒng)中,我們把切刀軸設(shè)定為主軸,送標(biāo)伺服軸作為從軸,主軸與從軸通過(guò)ACOPOS伺服驅(qū)動(dòng)器自帶的電子凸輪(CAM)功能建立跟隨關(guān)系,主軸旋轉(zhuǎn)一周,從軸送一個(gè)標(biāo)簽長(zhǎng)度(單刀)或兩個(gè)標(biāo)簽長(zhǎng)度(雙刀),在送標(biāo)運(yùn)行過(guò)程中同時(shí)通過(guò)色標(biāo)傳感器檢測(cè)色標(biāo)位置,利用ACOPOS伺服驅(qū)動(dòng)器自帶的LATCH功能,鎖存主軸位置,與計(jì)算出的理論位置進(jìn)行比較得出偏差值,并把偏差值補(bǔ)償?shù)剿蜆?biāo)軸上,從而達(dá)到切標(biāo)位置的準(zhǔn)確控制?？刂屏鞒倘鐖D5所示,計(jì)算偏差與補(bǔ)償