摘要：本文簡單的闡述了歐姆龍最新的CP1H PLC和SmartStep Z系列伺服電機在可調(diào)式透明膜三維包裝機上的應用及對歐姆龍產(chǎn)品的分析。
關鍵字：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型氣動可調(diào)式透明膜三維包裝機為背景，討論歐姆龍PLC、伺服電機、人機界面等自動化產(chǎn)品在該機包裝控制系統(tǒng)中的應用。LS-300L型三維包裝機主要應用于醫(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)因為該行業(yè)內(nèi)的競爭日趨激烈，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比方面越來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型氣動可調(diào)式透明膜三維包裝機是機、電、氣一體化產(chǎn)品。該機控制系統(tǒng)啟動后，由伺服控制送膜，汽缸依次自動完成推包、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)過程中對控制系統(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，當下膜長度在300mm時，每分鐘包裝25-30個左右；
2） 包裝盒的大小差異很大，當包裝盒的體積很小時，下膜的長度相應也比較短，如果偏差比較大，折角、上折、下折動作后，進行整形熱封時會造成封口處粘合的位置不一致，在測量同一品種的產(chǎn)品時會有差異，影響生產(chǎn)質(zhì)量，因此對下膜長度精度要求很高；
3） 推包、折角、上折、下折在正常生產(chǎn)過程中應當有相應的保護措施，保證動作與動作之間不會產(chǎn)生沖突，造成機械上的損壞；
4） 推包、折角、上折、下折、整形、下膜、吹氣、切膜等動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型包裝機的所有機構(gòu)全部采用氣動組件，全部采用氣動控制，在同行業(yè)同類型產(chǎn)品中屬于中高檔機種。該包裝機根據(jù)包裝盒的大小長短，只需通過控制系統(tǒng)的人機界面對包裝膜的長寬、伺服電機的速度等進行調(diào)整就能夠進行包裝。系統(tǒng)主要采用了歐姆龍的CP1H-X40DT-D PLC、NS5-SQ00/0B-V2人機界面、R7M-Z40030-S1Z伺服驅(qū)動器、R7D-ZP04H伺服電機等一系列產(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。內(nèi)置功能，如數(shù)字I/O，高速計數(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)關功能使CP1H成為第一個符合歐姆龍Smart Platform概念的緊湊型PLC。只需要一個連接，使用CX-ONE軟件包，所有通過以太網(wǎng)、DeviceNet或者串行通信連接到CP1H的設備都能被配置、編程和監(jiān)視。編程電纜只需要標準的USB電纜，使用快捷、方便。
NS系列觸摸屏是工業(yè)級的IT人機界面，具有256色（32768色圖像顯示）、高亮度、寬視角；多語言支持（16種）、用于梯形圖監(jiān)控和數(shù)據(jù)傳送、存儲的CF卡；豐富的宏語言功能；具有Ethernet和Controller Link網(wǎng)絡接口，USB打印驅(qū)動；增強網(wǎng)絡功能-NS可放置在有網(wǎng)絡連接的所有地方；系列化的智能控件(SAP)－在NS終端上無需編程實現(xiàn)設置、設定、監(jiān)控等功能；重量輕、扁平外形設計、前面板IP65防護等級。
SmartStep Z系列伺服具有全自動增益調(diào)節(jié)功能；并且裝備了比以前W系列的增益自動調(diào)整更加進一步的自動調(diào)整功能。結(jié)合客戶的系統(tǒng)只需要表面的2個旋轉(zhuǎn)開關就能夠完成設定！之后，所有的調(diào)整，伺服驅(qū)動器都能自動地自己完成。作為驅(qū)動類機器的伺服，在小型化方面，更加前進了一步。在歐姆龍產(chǎn)品的體積比率上，實現(xiàn)了60%的小型化，對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說，是最適合的。
三、控制系統(tǒng)設計考慮說明：
控制系統(tǒng)的控制有3種工作方式：1）手動操作；2）單動操作；3）自動連續(xù)操作。以下對控制系統(tǒng)手動操作方式考慮作簡要說明。
當手動操作時，推料、折角、整形、上折、下折、易拉線、下膜、切膜、吹氣都能獨立動作，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－>整形開始延時－>時間到－>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：易拉線動作－>易拉線動作延時－>時間到－>復位
下膜：下膜－>伺服動作－>下膜到設定長度后停止
切膜：單獨點動
吹氣：吹氣動作－>定時開始－>定時到－>停
單動操作時，系統(tǒng)完成一次由推料、下膜、吹氣、切膜、折角、下折、上折、整形組成的動作。
自動連續(xù)操作是連續(xù)的單動操作，在沒有盒子的情況下，會自動停止。在自動運行的狀態(tài)下，系統(tǒng)會自動進行計算，然后在人機上顯示。

四、系統(tǒng)的保護及安全措施
1）在手動狀態(tài)下，推料只有在折角回程到位、上折上升到位、下折下降到位的時候，才允許推料動作。
2）在手動狀態(tài)下，折角只有在推料回程到位、上折上升到位、下折下降到位的時候，才允許折角動作。
3）在手動狀態(tài)下，上折只有在推料回程到位、折角回程到位的時候，才允許上折動作。
4）在手動狀態(tài)下，下折只有在推料回程到位、折角回程到位的時候，才允許下折動作。
5）當系統(tǒng)由手動操作狀態(tài)切換到自動運行狀態(tài)或者由自動運行狀態(tài)切換到手動運行狀態(tài)時，所有的汽缸都自動復位。即推料、折角、整形、上折、下折、易拉線、切斷、吹氣都復位到初始狀態(tài)。
6）一旦在自動運行模式下啟動時，系統(tǒng)會自動先進行檢測，確認所有的汽缸是否處在復位狀態(tài)，如果沒有處在復位狀態(tài)，系統(tǒng)就會報警，同時將所有氣缸復位。
7）為保證氣壓的正常，一旦氣壓不足，系統(tǒng)會有提示信息，告知用戶，氣壓不足，系統(tǒng)不能啟動。
8）整個系統(tǒng)提供兩個急停開關，一旦出現(xiàn)緊急事故時，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，將急停按鈕復原后，才能進行所有的操作。
9）伺服一旦出現(xiàn)故障，系統(tǒng)會提示相應的報警信息，提示用戶檢查伺服電機。

五、系統(tǒng)的工藝參數(shù)設置及控制畫面


六、系統(tǒng)設定
1、 長度控制
系統(tǒng)的下膜長度是由伺服控制的，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)動器上的指令脈沖設定旋轉(zhuǎn)開關(PULSE)即可，無需用操作器來調(diào)節(jié)。伺服的動作快慢及動作長度都是靠CP1H PLC發(fā)出的脈沖的頻率及數(shù)量來控制的。
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指令來控制的，SPED速度越大，下膜速度越快。
3、 氣缸動作控制
氣缸動作都是由PLC的開關量輸出點控制的，分別控制機器的推料、折角、切膜、上折、下折、整形熱封等動作，動作到位后由光電傳感器反饋給PLC的輸入點。


七、結(jié)束語
以上是對歐姆龍自動化產(chǎn)品在LS-300L型氣動可調(diào)式透明膜三維包裝機上的應用作了簡要討論。CP1H系列PLC、NS系列觸摸屏與SmartStep Z系列伺服電機的完美結(jié)合，在位置控制要求精度較高的包裝行業(yè)，具有很廣泛的應用空間。