西门子模块6ES7212-1BB23-0XB8支持验货
西门子模块6ES7212-1BB23-0XB8支持验货
1.引言
*据印*机是印*机行业中一种常用的机型，对机器的控制精度，伺服的响应时间都有很高的要求，以前主要靠进口，成本投资比较大。近年来，随着可编程控制器（PLC）在通讯功能和高速计数以及脉冲输出功能的日益完善，性能日益提升，使得PLC＋伺服＋变频器＋触摸屏组成的整个系统在印*机上应用成为可能。国内众多的厂家都相继开发出各自的*据印*机械，繁荣了国内的印*机市场，有力的抵制了国外品牌的入侵，巩固了国产印*机的市场地位，并在性能上日益得到完善。烟台某印*机械生产厂家委托上海某厂家开发的基于西门子S7-200可编程控制器＋松下伺服＋海泰克触摸屏＋台安变频器的系统解决方案以其低廉的成本，稳定的系统配置赢得了客户的青睐，取得了良好的业绩，但也存在诸多的问题，如系统调试周期时间长，印*速度低，改变转速必须停机断电等缺陷，在此不一一细表，后文有叙。应客户要求，经过本人分析探讨，后确立了基于OMRON系统的整体解决方案，以减少和改进原系统的缺陷，提升机器的性能。
2.控制过程及存在问题
2.1 原先*据印*机的控制过程
原先*据印*机的控制过程是这样的：由一台主电机拖动印*机的两个滚筒（两个滚筒可印*两种颜色）单方向旋转，主电机采用变频器进行宽范围调速，主电机轴上装有旋转编码器用来测算主轴电机的速度；由一个电磁铁来控制滚筒的离压和合压。在合压情况下，滚筒压紧*据进行印*；采用伺服控制进给纸速度，以便使伺服电机的线速度和主轴电机的线速度保持一致，由于是两个滚筒，它们之间可能存在速度上的差别，所以采用两套伺服。当伺服电机的速度大于主轴电机的速度时，合压后将会在滚筒和伺服电机之间堆纸，当伺服电机的速度小于主轴电机的速度时，合压后纸张将被扯断，以上两种情况在系统正常工作过程中都是不允许的，即伺服电机的速度必须保持和主轴电机高度一致。系统工作之前首先启动变频器，待变频器速度稳定后按下印*按钮，伺服电机开始旋转，此时合压电磁阀不合压，等旋转编码器的个Z相信号到来，立即合压，开始印*。印*过程如下：首先在触摸屏上设定纸张的尺寸，在每一个Z相信号到来之后，伺服立即正向旋转设定尺寸＋2英寸的距离，随后反向旋转2英寸，以保证纸张长度和张力平衡。要想停机，按下停止按钮，本张纸走完立即停止伺服电机的运转。
此外还要求：一、即使在走纸过程中突然停电，来电后要能继续走完这张纸。二、由于是印*机械，对印*精度要求很高，两张纸的印*起点必须一致，即PLC必须用中断来控制伺服系统，否则可导致两张纸的印*起点不同，原因是PLC循环扫描时间造成的。三、系统还要求能在走纸过程中（伺服系统运转中）能实现纸张的前后移动，即稍微变化一下纸张的位置，以使印*更完美。选择伺服系统电机的线数：由于印*的纸张可以设定为浮点数，单位是英寸，为保证精度，必须固定伺服系统，即固定伺服系统的每转给定脉冲数，通过比较判断，我确定伺服系统每转脉冲数为4000个，原因如下：因为伺服系统每转是4英寸，0.001英寸则是1个脉冲，所以在每转设定4000个脉冲时，系统能**到0.001英寸，如设定为0.0005，则每进给一张纸差0.5个脉冲，会严重影响纸张的印*精度，走纸越多差别越大。如设定每转脉冲为10000，虽可以更**，但PLC需要更高的脉冲输出频率。由于固定了伺服系统的线数，要想提高系统的速度，只能提高PLC脉冲输出的频率，否则纸张设定精度就会变低，这是不允许的。
整个系统要有手动、自动、点动以及报警功能，要便于维护，触摸屏界面要求美观实用。
2.2 西门子S7-200 PLC主要存在的问题
原先采用西门子S7-200 PLC主要存在以下问题：（1）S7-200 PLC脉冲输出速率低，大频率不到30kHz，使得印*机的效率低，每小时只能达到五六千张。而且因为西门子PLC速度太低，导致伺服系统不能有更高的分辨率（松下伺服为每转2000个脉冲），导致纸张印*精度只有0.005，比改造后系统的高设定纸张精度差了5倍。（2）在正常印*过程中，调整变频器速度必须首先停机，再改变变频器的速度，然后断电重新上电后方可正常运行。（3）系统速度计算误差较大，使得单机调试时间拉长，影响设备的出厂时间。（4）停机不够人性化，即停机之前印*的那一张因为可能没有进给完成造成纸张废掉。
3.改造选型
接手这个项目后，立即展开工作，在分析了原系统的特点并且为以后升级留下一定的余地的前提下，决定选用OMRON高性价比的CP1H-X40CDT机型。该PLC配备了40个I/O点，其中24输入，16点输出，拥有2路双向100kHz的高速计数器输入，2路双向30KHZ的高速计数器输入，4路双向100kHz的高速脉冲输出，不仅能满足当前伺服电机的要求，还为以后四色印*机的开发留下了足够的空间，使后续开发工作变得简单。
（1）确立了PLC的型号后，根据主轴电机的要求选择伺服系统，比较了多家的伺服系统，后选择了OMRON的SMARTSTEP W伺服系统。该伺服系统简便易调，特别是在线自动调整功能，方便调试，而且重要的是启动时间短，响应快。
（2）主轴电机由于需要调速，而且是三相异步电动机，从节能和可靠及经济性说只能通过变频调速，选用OMRON的3G3MV系列1.5kW变频器。该变频器具有通讯功能，支持OMRON的功能块和MODBUS-RTU功能，具有PID调节功能，性价比比较高。
（3）印*机原先用按钮指示灯和触摸屏进行操作，直观性差，不美观，应用户要求，我们为其配备了OMRON的NT5Z的黑白触摸屏作为人机界面。这样，基于OMRON的PLC（CP1H）＋伺服（W）＋触摸屏（NT5Z）＋变频器（3G3MV）的整个系统解决方案出台。
4.系统特点
OMRON的这个系统解决方案克服了西门子S7-200的上述缺点：
（1）OMRONPLC的脉冲输出速率达到100kHz，速度是西门子S7-200的10倍，完全满足了用户提速的要求，极大的提高了印*机的速度;
（2）OMRON的变频调速是用PLC功能块通过通讯做的，不需要停机后再开机，因而解决了上述的第二个问题。也可以通过MODBUS-RTU功能，亦可方便的进行通信;
（3）整个系统全部采用OMRON的控制产品，调试简便,硬件和软件的兼容性好; （4）OMRON PLC的高速计数器当前值的读取是直接读取的，在程序中直接利用高速计数器PV中断编程，来控制纸张的进给，完全可以准确定位并在按下停机按钮后走完后一张再停机，使设计更加人性化;
（5）在线纸张自动调整功能的实现。因为整个走纸过程是先正转，并且多转2英寸，所以可以通过减少反转的脉冲个数实现在线位置调整，每次反转后，都把反转尺寸重新设定会原值。
5.系统结构、电路图及编程
（1）系统利用CP1H作为主控制器，CP1H上面安装两个通讯接口，一个是RS232,另一个是RS485,PLC通过232端口与触摸屏进行通讯，通过485与变频器进行通讯，PLC上还有一个USB接口，用作编程和监控用，PLC的脉冲输出直接给伺服驱动器，控制伺服电机。
（2）地址分配
地址分配如附表所示，电路图省略。
说明：程序中用到三路高速计数器，高速计数器0用来测量主轴的速度，高速计数器1用来测量主轴的Z相信号并产生中断的，高速计数器2用来显示主轴的位置，用来调整机械滚筒的位置，为厂家用。其他文章中没有介绍的信号和输出为一般开关量，比较简单，不再进行描述。附表 地址分配表
（3）PLC编程
PLC编程包括：速度转换、功能块通讯、PLC端口的设置：PLC端口1设为NT bbbb、以便与触摸屏通讯，端口2设为串行通讯，以与变频器通讯。图2示出PLC编程界面，图3示出速度转换梯形图，图4示出通讯梯形图。
6.调试概要
印*机调试主要是进给纸速度调试以及触摸屏各种显示信息的调试，理论上计算的速度并不一定完全适合现实生产，因而需要对速度进行现场调节，以便使机器达到佳性能。PLC方面的主要调试是功能块的通讯，使其能够满足实时性的要求。
7.结束语
实践证明：采用OMRONPLC+触摸屏＋伺服系统＋变频器的印*机系统解决方案是完全可行的，该方案造价低廉，系统稳定可靠，界面美观友好，功能齐全，通过触摸屏的操作即可在生产过程中加减速，以及查看报警，便于维护设备，因而增加了系统的灵活性，该系统开发成功后，受到了客户的，具有较大的市场推广价值。
瓦楞纸印*开槽模切机组属于瓦楞纸箱生产线中的中后道工序，其主要功能是将前道生产出的瓦楞纸板经过印*为纸板上色，再通过开槽、模切两道工序将纸板做成便于折叠、钉接、粘接成纸箱的形态。
工艺描述：
送纸机组：
整个系统中的前端机组，主要由进纸工作台、真空吸附装置、送纸装置、前门移动装置、侧挡板移动装置、弹性送纸辊等组成。从前道生产线上下来的瓦楞纸板送到送纸机组的工作台上并依靠前门及左右侧挡板进行定位，由真空吸附装置吸平纸板，由送纸装置将纸板送入弹性送纸辊，进入下道印*工序。
印*机组：
由送纸机组送来的纸板进入印*部进行印*。主要由印*滚筒、夹送装置、油墨循环装置、传墨装置、印*滚筒的周向、轴向调节装置、墨辊升降定位装置等组成。根据终用户对色彩的需求，可配置3～5台印*机组，分别完成3～5色的印*工艺。
开槽、模切机组：
印*好的纸板经夹送辊送入开槽机组，首先进入压痕装置进行压痕，经压痕后的装置进入开槽模切装置，一般以上下切刀在回转过程中利用对滚而进行切纸的，相当于简化了的圆压模切装置，通过开槽模切机组将瓦楞纸板裁切成适合粘钉成纸箱的形态。
工艺流程图：
工艺难点：
瓦楞纸板从送纸机组进纸到开槽模切机组出纸，每道机组中都需要由上下两根送纸辊将纸板夹住通过对滚往后道机组送，另外，还有压痕、开槽等工序也是由上下压痕辊、上下开槽辊将纸板固定并在回转过程中利用对滚进行压痕、开槽的，如图所示:
因此，一般都会要求上下送纸辊、上下压痕辊、上下开槽辊等能根据纸板的层数、厚度及纸质的优劣来调节上下两根辊的间隙，间隙太紧会导致纸板的变形，间隙太松又会导致印*、压痕、开槽等工艺产生偏移，如何准确而高效地调整上下辊的间隙是瓦楞纸板生产厂家一直在探讨的课题。目前自动化较高的方法是通过凸轮带动辊进行上下运动，用旋转编码器检测凸轮的旋转角度如图2所示，通过曲率计算得出上下辊之间的间隙距离。因此，需要数量众多的旋转编码器进行数据检测，同时需要数量众多的高速计数单元对编码器的数据进行采集。OMRON的CP1H系列小型PLC内置四路100kHz高速计数通道，能很好满足瓦楞纸生产线对高速计数的需求。
欧姆龙整体解决方案及其优势：
通信网络：Controller bbbb网络
优势：
Controller bbbb是OMRON的主要的FA级别的网络，它支持在PLC之间及PLC和上位机之间的自动数据链接，也可以使用信息服务进行可编程的数据传送，可实现高容量(20K字)、柔性数据链接及高容量的数据传送，对低成本的通信系统，可使用双绞线电缆或光缆
PLC：OMRON多功能一体机CP1H
优势：
内置四路高速计数，单相100kHz，相位差50kHz
内置USB编程口，另可扩展2个串行端口，可自由选择RS232C、RS485。当高速计数通道或I/O点数不足时，可采用RS485通过PCbbbb协议将几台CP1H串连，大可达到9台(主站1台，从站8台)
备有丰富的指令用语，可进行浮点运算、三角函数演算指令等，适合瓦楞纸生产线中所需的计算指令。同时支持梯形图和ST(文本结构)两种编程语言，可穿插搭配灵活应用。高速的指令运算速度，基本指令仅需0.1μs，应用指令也仅需0.3μs
由于CP1H的运算能力已经相当于中大型机，在进行系统配置时，无需像以往一样在送纸机组中配制中大型PLC，将其余机组采集的数据通过总线传送到大型PLC中进行计算，再通过总线传回各机组。每台CP1H都可进行独立高效的计算，因此每台机组都只需配置CP1H即可，既可对数据进行实时运算提高了效率，又节省了整套系统的配置成本
HMI：OMRON的的彩色触摸屏NS系列
优势：
具备丰富的画面种类，画面分辨率高达32768色
与欧姆龙控制器之间具有极强的兼容性
支持41个国家的语言，一个画面多可显示16国语言
支持多达1000种配方功能
装载了60MB容量的图像存储器，可大量使用实时的照片
选用具有以太网功能的NS系列人机界面，可与上位机系统进行通信
Inverter：高功能紧凑型变频器3G3MZ系列
优势：
支持开环矢量控制和V/f控制，可以确保电机在较低的转速能够高转矩运行，有150%的过负载能力
内置了Modbus协议通信(RS485接口)，还可以选择现场总线卡适配DeviceNet、Profibus-DP、CANopen等多种高速通信
内置EMI噪声滤波器，可以有效降低3G3MZ产生的电磁干扰，达到Class B等级
旋转编码器：E6B2-C系列
优势：
外径_40备有2000P/R的分辨率
具备使Z相对简单化的原点位置显示功能。
实现轴负重、径向30N、推力向20N
附有逆接、负荷短路保护回路，改善了可靠性(也备有线性驱动输出)
OMRON完善的产品体系几乎涵盖了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非常高的兼容性，客户在使用OMRON整套系统解决方案后不仅节省了工作量与开发成本，同时又大大提高了机械的整体性能
1、工艺描述
根据应用要求，本设备采用陶瓷柱塞式罐装机构
工艺要求：
1. 通过控制伺服电机控制丝杆的长短拉动柱塞泵（不锈钢、陶瓷）灌液吸液，**的控制药量的罐装
2. 输送链采用伺服电机控制，保证了运行速度的稳定性从而使跟随更**的运行。
3. 要求罐装**度达到国家允许公差
4. 设备可自动计数，累计罐装的数量
5. 无瓶止灌。
6.
2、系统构成
配置清单
PLC(CPU) DVP28SV11T DELTA 1
PLC(扩展模块) DVP16SP11T DELTA 6
HMI (人机界面） PWS6A00T-P HITECH 1
编码器 ES3-25CB6942 DELTA 1
伺服系统 ASD-A0421-AB DELTA 13
ECMA-C30604ES DELTA 13
ASD-A1021-AB DELTA 1
ECMA-E31310ES DELTA 1
直线模组 KK8620P-340A-F0 HIWIN 1
3、系统控制框图及说明
简单介绍：
1. 此系统完全满足了客户的需求，同时也打破了传统的机械凸轮跟随方式，优点之大，传统的机械凸轮跟随方式，产量受到限制一般产量为300瓶以下，速度不能提高一旦提高机械就会产生共振，由于机械产生共振，反而影响了装量精度。伺服跟随大大改善了传统的方式，跟随运行平稳，产量也大大提高了比机械凸轮跟随的产量提高超过40%以上。
2. 本方案全套采用台达AB系列伺服+台达DVP-28SVIIT PLC 此系统广泛应用于陶瓷、不锈钢，柱塞式灌装机,柱塞式灌装机控制精度非常之高，设置调整精度万分之一。
电气系统简介:
1. 系统设计多从站式，参数设定和故障读出
2. 此系统包括14台伺服其中0.4KW（13台ASD-A0421-AB）、1.0KW（1台ASD-A1021-AB）、变频器1.5KW(1台 VFD-022B23A)、PLC主机（1个DVP-28SV11T）O/I扩展（6DVP-16SP11T）个
3. 灌装伺服工作模式为内部位置模式，台达AB系列伺服内建功能比较丰富，此系统应用到内建的回原点、内部位置
4. 主轴、跟随、升降伺服工作模式为外部命令模式，这三台伺服工作要求协调式工作模式，在主轴安装有一只型号为（ES3-25CB6942）台达2500PPR编码器，编码器以AB相脉冲接入PLC，在PLC内部做4倍频处理，这样就提高了控制精度,很好的控制跟随以及升降，在PLC内部计算出转速和角度差的系数，当设定了不同的速度内部会自动协调跟随、升降的起始、结束角度。从而**的对准瓶口的中心防止药业溅到瓶壁上。还有跟随角度偏差修正，由于机械长时间的磨损导致跟随不准确，只要设置此参数就可以消除此故障。还有一些人性化的功能........
4、设备概述:
柱塞式灌装机，在医药领域药品药剂的装量国家有严格的控制标准和规范，因为关乎生命安全所以度非常重要。对制药生产企业，一方面要严格执行国家关于灌装药品的规范，另一方面更注重生产效率，总之既要做到达到国家标准，又要尽可能提高生产效率，以大化获取企业效益。
5、应用总结:
通过在某药厂的严格测试，证明我们的系统方案应用非常成功，大大提高产量的需求，更改善机械的稳定性和调试的简单化。罐装测试结果完全控制在国家标准以内。充分的利用台达伺服和PLC优点：
1. PLC内部有多种定位指令即方便有简单的供你调用，可进行**运动程式的编写。
2. 利用PLC的COM2通讯口对变频器的速度读写和故障实时监控。
3. HMI和灌装伺服以标准modbus通讯模式链接，此系统我们使用的为RS485模式通讯。此伺服有RS232/RS485/RS422接口
4. 此系统已在中国1家药机生产厂家生产，其中包括（10针、8针、6针）和独立跟随式配置其它机型
