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高性能變頻器和PLC應(yīng)用于包裝印刷系統(tǒng)

. 1 引言

在科學(xué)技術(shù)日新月異的當(dāng)今時(shí)代，為滿足現(xiàn)代人對(duì)商品包裝精美化的要求，對(duì)包裝印刷生產(chǎn)線的位置跟蹤的精確度要求越來越高。將各類*技術(shù)以群體綜合應(yīng)用方式應(yīng)用于包裝線上，以謀求實(shí)現(xiàn)包裝印刷生產(chǎn)線高自動(dòng)化、高效能已迫在眉捷。而全數(shù)字化交-直-交交流變頻伺服驅(qū)動(dòng)器MSD0421A控制精度高、響應(yīng)速度快、抗干擾性強(qiáng)，將它與PLC一起應(yīng)用于包裝線上形成閉環(huán)位置控制器有非常重要的意義。它解決了包裝印刷上靠人工進(jìn)行初始定位難，定位誤差大，動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)慢，傳動(dòng)中易錯(cuò)位，套色較困難等許多問題。 2 MSD系列全數(shù)字式交流伺服系統(tǒng)的特點(diǎn)、操作[1>[2>

我們使用日本松下變頻器是數(shù)字調(diào)速系統(tǒng)，采用了的數(shù)字信號(hào)處理器(DSP芯片)，硬件標(biāo)準(zhǔn)化，通用化，是一個(gè)多微處理器全數(shù)字化的閉環(huán)控制系統(tǒng)。系統(tǒng)軟件中有操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸、監(jiān)視、診斷及標(biāo)準(zhǔn)功能模塊子程序等。在應(yīng)用中采用圖形編程語言，根據(jù)不同的傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，把系統(tǒng)所需要的模塊調(diào)出并組接起來，就構(gòu)成一個(gè)的傳動(dòng)系統(tǒng)。實(shí)際上它一種實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)的可編程控制器，由于用微處理器作為控制系統(tǒng)的核心部件，不僅可以按照各種控制思想及數(shù)學(xué)模型進(jìn)行在線地快速計(jì)算與控制, 而且還有監(jiān)視、顯示、保護(hù)、故障自診斷及自復(fù)原等功能。

2.1 特點(diǎn)

MSD全數(shù)字式變頻器功能強(qiáng)大，適用于高性能位置控制器，它有38個(gè)參數(shù)設(shè)置，6種控制方式，其中脈沖串位置控制較為*。因?yàn)樗褂靡欢l率的脈沖信號(hào)作為代表位置命令的輸入信號(hào)，在復(fù)雜的工作現(xiàn)場(chǎng)中，它比模擬速度輸入信號(hào)精度高，抗干擾性強(qiáng)。(1) MSD系列具有各種參數(shù)可以用來調(diào)節(jié)系統(tǒng)的特性和功能, 正確設(shè)定這些參數(shù), 可以使系統(tǒng)獲得的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。(2) 監(jiān)視功能, 如偏差脈沖數(shù)監(jiān)視、電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速監(jiān)視、電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩監(jiān)視。(3) 顯示CNI/F的輸入/輸出控制信號(hào)狀態(tài)。(4) 顯示故障原因及歷史。(5) MSD系列內(nèi)部的動(dòng)態(tài)制動(dòng)可用于緊停。(6) 保護(hù)功能, 如:過壓保護(hù)、過流保護(hù)、過速保護(hù)等。 (7) 由計(jì)算機(jī)對(duì)MSD進(jìn)行監(jiān)視和操作。通過RS232C串行接口, 可將計(jì)算機(jī)與MSD相連, 并且由計(jì)算機(jī)對(duì)MSD進(jìn)行控制和操作, 用戶可以通過計(jì)算機(jī)對(duì)所連的MSD進(jìn)行參數(shù)設(shè)置和修改, 也可以通過計(jì)算機(jī)的CRT來監(jiān)視MSD的工作情況。2.2 脈沖串位置控制誤差的操作(1) 試運(yùn)行時(shí)電機(jī)軸上不加負(fù)載，由于電機(jī)加減速有沖突，必須固定電機(jī)。(2) 如果用帶制動(dòng)器的電機(jī)則先釋放制動(dòng)器。(3) 在沒有加主電源前, 先加DC12~24V電壓。(4) 加主電源到驅(qū)動(dòng)器。(5) 當(dāng)SERVO-ON時(shí), 電機(jī)就處于待運(yùn)行狀態(tài)。(6) 在位置控制方式時(shí), 使偏差計(jì)數(shù)器零信號(hào)CL釋放,使脈沖指令禁止信號(hào)INH釋放, 電機(jī)就處于SERVO-LOCK狀態(tài)。(7) 置參數(shù)NO.02為零, 此方式是位置(脈沖串)控制方式。(8) 設(shè)置參數(shù)NO.29為參數(shù)值, 電機(jī)轉(zhuǎn)速正比于輸入脈沖頻率f×P25/P26×P27=2500×4×n/60。3 包裝印刷自動(dòng)套色原理[4>

套印出現(xiàn)誤差有諸多原因，例如導(dǎo)輥和壓輥的平行度轉(zhuǎn)動(dòng)不靈活，運(yùn)動(dòng)平衡不良，張力的波動(dòng)，印料厚薄不均，印料熱變形及印版輥的直徑誤差等，這種套印偏差在性質(zhì)上是連續(xù)變化的，而偏差量也不是定量[4>。所以必須不斷地監(jiān)視套印誤差并及時(shí)加以修正，人工套色時(shí)通常由印刷工肉眼觀察套印誤差，憑經(jīng)驗(yàn)手動(dòng)調(diào)節(jié)修正輥的移動(dòng)來補(bǔ)償套印誤差，因而大大限制了印刷速度及套色精度，而采用自動(dòng)套色系統(tǒng)則可以提高印刷速度和套色精度。印刷機(jī)由開卷機(jī)運(yùn)行依次經(jīng)過各印刷單元，進(jìn)行各色的印刷和烘干，由收卷機(jī)進(jìn)行收卷。每色印刷都會(huì)在印料的邊緣印上以供套色用的色標(biāo)，每個(gè)相鄰顏色的標(biāo)志線在套印精確時(shí)應(yīng)相互平行，垂直(縱向)相距20mm。4 套色自動(dòng)化系統(tǒng)簡(jiǎn)介與方案設(shè)計(jì)[3>

本系統(tǒng)由一臺(tái)PC機(jī), S7-200CPU214/EDC可編程控制器, MSD變頻伺服系統(tǒng)組成控制核心。

控制原理:整個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)由最初軸頭安裝一臺(tái)旋轉(zhuǎn)編碼器，隨著傳動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)，編碼器產(chǎn)生連續(xù)的脈沖信號(hào)，即每轉(zhuǎn)一周發(fā)出n個(gè)脈沖，根據(jù)輥?zhàn)又荛L(zhǎng)可換算出20mm相當(dāng)于多少個(gè)脈沖，此脈沖信號(hào)作為輸入給定信號(hào)，通過PLC的I0.6口送到高速計(jì)數(shù)器HSC1中。每個(gè)色輥上裝一臺(tái)色標(biāo)傳感器，它可以檢測(cè)到印品邊緣上的色標(biāo)，然后把檢測(cè)到的印品上的色標(biāo)信號(hào)轉(zhuǎn)化為電脈沖信號(hào)，通過聯(lián)接到PLC的輸入端I1.0反饋到高速計(jì)數(shù)器HSC1的Reset中, PC機(jī)與PLC通過RS-485接口進(jìn)行異步串行通信，PC機(jī)從PLC中讀取這些數(shù)據(jù)和狀態(tài)信號(hào), 由軟件進(jìn)行比較分析、運(yùn)算、邏輯判斷后, 向PLC發(fā)出控制指令和數(shù)據(jù)，對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出控制量, 調(diào)節(jié)色輥的相對(duì)位置, 消除印刷錯(cuò)位。在整套印刷中，一般采用改變印版滾角的轉(zhuǎn)動(dòng)角度以達(dá)到調(diào)整印刷位置的目的。

檢測(cè)裝置為色標(biāo)傳感器, 它把檢測(cè)到的色標(biāo)信號(hào)轉(zhuǎn)化為電脈沖送到PLC中, 執(zhí)行機(jī)構(gòu)是交流伺服系統(tǒng), 它由PLC直接驅(qū)動(dòng), 不需要任何外圍電路。PLC把檢測(cè)到的信號(hào)與存貯器預(yù)先測(cè)定好的標(biāo)準(zhǔn)值相比較得到偏差值，然后按運(yùn)算規(guī)律根據(jù)脈沖偏差數(shù)算出該發(fā)出多少個(gè)脈沖。5 軟件設(shè)計(jì)本系統(tǒng)的軟件包括主程序、初始化對(duì)零程序、計(jì)數(shù)子程序、集成脈沖輸出子程序。

5.1 初初始化對(duì)零處理初始化對(duì)零程序的任務(wù)是使系統(tǒng)一合電源，包裝印刷機(jī)就自動(dòng)地對(duì)某個(gè)給定值進(jìn)行跟蹤而減少錯(cuò)位。當(dāng)編碼器的回0脈沖一到就起動(dòng)高速計(jì)數(shù)器，PLC一旦檢測(cè)到色標(biāo)信號(hào)就立即讀取計(jì)數(shù)值送入存貯器中。

5.2 計(jì)數(shù)子程序

首先把高速計(jì)數(shù)器HSC1的控制字節(jié)SMB47置為16#FC，其含義為:正方向計(jì)數(shù)，可更新預(yù)置值(PV)，可更新當(dāng)前值(CV)，激活HSC1。

然后，用指令HDEF把高速計(jì)數(shù)器HSC1置成工作模式1，即只有復(fù)位沒有起始輸入，也沒有方向選擇。當(dāng)前值SMD48復(fù)位為0，預(yù)置值SMD52置成FFFF(16進(jìn)制)。當(dāng)色標(biāo)傳感器的色標(biāo)脈沖信號(hào)輸入到PLC的I1.0就引起中斷,讀取計(jì)數(shù)器當(dāng)前值。用指令HSC1啟動(dòng)高速計(jì)數(shù)器。

5.3 集成脈沖輸出子程序

CPU214/DC有兩個(gè)脈沖輸出，可以用來控制交流驅(qū)動(dòng)器的脈沖。(1) 起動(dòng)電機(jī)的三個(gè)條件(a) 按“START”(起動(dòng))按鈕，在輸入端I1.0產(chǎn)生脈沖上升沿(從0到1)(b) 無聯(lián)鎖，即聯(lián)鎖標(biāo)志M0.2=0(c) 電機(jī)處于停止?fàn)顟B(tài)，即操作標(biāo)志M0.1=0

如果同時(shí)具備上述3個(gè)條件，則將M0.1置位，控制時(shí)執(zhí)行PLSO指令，在輸出端Q0.0輸出脈沖，其他必須預(yù)先具備的條件，已經(jīng)在首先掃描(SM0.1=1)設(shè)置，主要是脈沖輸出功能的基本數(shù)據(jù)，例如時(shí)基、周期和脈沖數(shù)。(2) 停止電機(jī):停止電機(jī)的兩個(gè)條件(a) 按“STOP”(停止)按鈕, 在輸入端I1.1產(chǎn)生脈沖上升沿(從0到1)(b) 電機(jī)處于運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，即操作標(biāo)志M0.1=1如果同時(shí)具備上述2個(gè)條件，則將標(biāo)志M0.1復(fù)位，并中斷輸出端Q0.0的脈沖輸出。(3) 聯(lián)鎖 為保護(hù)人員和設(shè)備的安全, 在按“STOP”按鈕(I1.1)之后，必須規(guī)定驅(qū)動(dòng)器聯(lián)鎖，將聯(lián)鎖標(biāo)志M0.2置位，立即關(guān)斷驅(qū)動(dòng)器, 只有在M0.2復(fù)位后，才能重新起動(dòng)電機(jī)。當(dāng)“STOP”按鈕松開后, 為防止電機(jī)的意外起動(dòng), 只有在“START”按鈕和“STOP”按鈕(I1.1)都松開后，才能將M0.2復(fù)位，如要再次起動(dòng)電機(jī)，則必須再發(fā)出一個(gè)起動(dòng)信號(hào)。

5.4 主程序

當(dāng)系統(tǒng)投入工作時(shí)，主程序的任務(wù)就是根據(jù)PLC把隨機(jī)讀到的計(jì)數(shù)值與標(biāo)準(zhǔn)值相比較，而得到的偏差值，調(diào)節(jié)電機(jī)正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)。

6 結(jié)束語

在包裝印刷系統(tǒng)中我國(guó)與*水平存在明顯差距，國(guó)內(nèi)大多數(shù)*生產(chǎn)線都采用進(jìn)口設(shè)備。我們采用了全數(shù)字式變頻器驅(qū)動(dòng)交流伺服電機(jī)作為校正裝置。由于它采用的是脈沖串位置控制方式，它可以利用PLC高速計(jì)數(shù)器與集成脈沖輸出功能。通過實(shí)驗(yàn)檢測(cè)，該套裝置控制精度高，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快。

集成PLC功能的LT觸摸屏在注塑機(jī)上的應(yīng)用

兒童玩具——樂高拼裝玩具和汽車無線電按鈕鍵有什么相似的地方嗎？相同點(diǎn)在于他們的生產(chǎn)上：模型澆鑄。通常，我們不會(huì)去關(guān)心日常生活中所用到的相似產(chǎn)品是怎樣生產(chǎn)的。然而，我們每天會(huì)使用這些日用品無數(shù)遍，不管是我們汽車的遠(yuǎn)程控制鎖、手機(jī)或是一支印有公司商標(biāo)的鉛筆，甚至一些很老的彈簧接插件也是由模型澆鑄成的。

　　Erwin Quarder Werkzeug GmbH是一位在該領(lǐng)域資深的生產(chǎn)商。該公司特別研究生產(chǎn)各種工業(yè)用的塑料材料，以Espelkamp萊茵河北岸/德國(guó)的威斯特伐利亞地區(qū)為基地，在美國(guó)也有生產(chǎn)。Quarder是技術(shù)*的公司，尤其是在2-孔澆鑄和嵌入技術(shù)領(lǐng)域。

　　整個(gè)過程開始于把顆粒狀的塑料材料通過抖動(dòng)喂料器傳送到具有螺旋柱面筒的澆鑄模具中。在筒中通過摩擦和加熱使得原材料具有可用性，并在受到巨大的壓力下被壓入模具內(nèi)部。按照過程的復(fù)雜性，從所給的材料量中可以獲取1—16個(gè)塑料器件。等模具打開后注口就轉(zhuǎn)向分揀桶，生產(chǎn)工序重新開始。注口是分類的，成品會(huì)被傳送到部件容器中。

　　在機(jī)器修正過程中，Quarder決定修正某些生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)。主要的目的是提升機(jī)器的運(yùn)作能力、簡(jiǎn)化生產(chǎn)過程，從而減少停工期。原先由一臺(tái)老式的計(jì)算機(jī)、一個(gè)鍵盤、62的顯示器和DOS應(yīng)用系統(tǒng)組成的控制系統(tǒng)，被更換為Pro-face的圖形邏輯控制器Logi Touch系列的LT-A。這款圖形邏輯控制器擁有62的觸摸屏，集運(yùn)作與控制功能于一體。其具備的16點(diǎn)輸入和16點(diǎn)輸出的功能替代了一般的小型PLC。

　　Jurgen Reich，電氣工程師，是這樣解說他的方案的：新型的Pro-face終端相當(dāng)大地簡(jiǎn)化了機(jī)器的監(jiān)控功能。操作者可以為所有的參數(shù)設(shè)定相應(yīng)軌道。同時(shí)，較以前的鍵盤輸入相比，圖形邏輯控制器的輸入更清晰。32點(diǎn)I/O就足夠處理機(jī)器的各功能參數(shù)。輸出口控制了產(chǎn)品向右或向左傳送，就像一個(gè)控制燈一樣。設(shè)置者可以把模具開、關(guān)的狀態(tài)輸入進(jìn)去。*步，操作者輸入要生產(chǎn)的部件的數(shù)量以及每次供料的量。“這個(gè)控制系統(tǒng)的*之處在于它能自動(dòng)控制整個(gè)流程的時(shí)間”，Jurgen Reich解釋。

　　生產(chǎn)線啟動(dòng)后，整個(gè)到成品出來的流程取決于前3-5次的供料時(shí)間，通常是15至30秒間。一旦確定下來，這些數(shù)據(jù)就會(huì)被保存到屏中。接下來的工作，Logi Touch就會(huì)智能地加以識(shí)別控制，并顯示出錯(cuò)環(huán)節(jié)。如果澆鑄過程中溫度上出現(xiàn)偏差或是沒料了，整個(gè)流程的時(shí)間就會(huì)延長(zhǎng)，一旦出現(xiàn)這種情況的話，Logi Touch就會(huì)識(shí)別出，信號(hào)控制燈也會(huì)變亮。同時(shí)，成品出口方向就會(huì)改變，壞的部件被挑出來。操作者排除故障，流程就能重新開始了。

　　另外，如果供料箱中材料量出現(xiàn)像先前所說的情況，控制燈也會(huì)亮，系統(tǒng)就停止傳送機(jī)工作并顯示成品量，這時(shí)，模型澆鑄機(jī)還照常運(yùn)行。如果指令不能全部執(zhí)行，操作者可以預(yù)備另外的供料箱。通過Logi Touch，操作者可以確認(rèn)整個(gè)流程，傳送機(jī)恢復(fù)工作，生產(chǎn)的部件量也會(huì)顯示在屏上。同時(shí)，所有的部件生產(chǎn)都會(huì)得以監(jiān)控和記數(shù)。

　　澆鑄進(jìn)程中，各部件的生產(chǎn)、分流傳送和包裝進(jìn)程的互不干擾確保了整個(gè)生產(chǎn)線的持續(xù)運(yùn)作。

　　就Logi Touch的畫面編輯而言，Quarder的工程師們得益于Pro-face多年來在觸摸屏技術(shù)領(lǐng)域的經(jīng)驗(yàn)。邏輯編程工具為創(chuàng)建一個(gè)簡(jiǎn)而易懂的顯示提供了一個(gè)簡(jiǎn)單操作的平臺(tái)。它里面包含有1800多種預(yù)定義的部件，比如按鈕、燈、棒和趨勢(shì)圖等編程所需的基本元素。而且，它可以創(chuàng)建原先的各元素并可保存在圖像庫中，以便以后使用。有了這些字開關(guān)、位開關(guān)、功能開關(guān)，切換畫面按鈕、各種信號(hào)燈和變量等，任何操作環(huán)境都可以鼠標(biāo)點(diǎn)擊完成創(chuàng)建。運(yùn)用這些數(shù)據(jù)資源，用戶只要拖拉邏輯編程圖標(biāo)到LT邏輯編程器上，它就會(huì)自動(dòng)創(chuàng)建相應(yīng)的部分，比如一個(gè)燈或一個(gè)按鈕。一份完整的相對(duì)應(yīng)于IEC611313的47階梯說明標(biāo)記將會(huì)很有用。

　　 除了具有數(shù)字I/O的觸摸終端LT-H之外，為了滿足用戶的需求，Pro-face還研發(fā)了其他的型號(hào)，如：遠(yuǎn)程I/O網(wǎng)絡(luò)、數(shù)字和模擬I/O以及溫度輸入等。

　　經(jīng)過四個(gè)星期的試用，系統(tǒng)沒有任何問題，操作者在使用上也沒有任何問題。通過觸摸輸入數(shù)據(jù)比鍵盤輸入更清晰，更靈敏。現(xiàn)在好幾臺(tái)機(jī)器都安裝了LT系列，Jurgen Reich說：“這個(gè)控制系統(tǒng)幾乎不需要維護(hù)！在屏幕上進(jìn)行編輯，使我們能*享受操作的靈活性。此方案的另一個(gè)優(yōu)勢(shì)是大大節(jié)省了空間。Pro-face的這種控制終端Logi Touch正是我們的理想選擇。同時(shí)我們已在另一個(gè)項(xiàng)目接插件的測(cè)試中安裝由Logi Touch控制的機(jī)器手。”

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