ELAU伺服控制系统方案应用-高速热熔胶贴标机方案———高速热熔

1 工艺简介
1.1 机械机构图
   
  说明：
  该机器可以分为3个部分：1、瓶子输送部分，包括输送链道，主转轮。主转轮带动入口芯轮及出口芯轮运转。2、送标部分，包括2个标转盘，张力控制部分及送标轮。3、标签转移及标签涂胶部分，包括切刀转鼓，标签转鼓。其中切刀转鼓，标签转鼓运转是靠主转轮通过一定的齿轮传动来实现。涂胶部分包括胶水泵、涂胶台及胶液循环系统。
  所需的主要传感器及汽缸有：第1部分有6个传感器用于检测瓶子的密度，根据这些信号来决定机器的运行速度，1个空瓶检测传感器，1个入口阻挡器汽缸。第2部分有1个色标传感器，1个送标确认传感器，每个标盘各有一个标签剩余量检测传感器，1个张力限位报警传感器，1个压标轮汽缸。第3部分包括1个贴标确认传感器，若干个温度检测传感器，1个涂胶汽缸。
  各部分电机有 ：M1 ：链道输送电机。M2：主电机。M3 ：真空泵。M4 ：胶水泵。M5 ：送标伺服电机
   
  1.2 工艺说明  
       该切标机高速时速度要求24000瓶/小时。精度要求为切点偏差 <= +/-1mm ，同时根据客户的不同要求，要求适用于多种规格的标签和速度要求，根据机械结构的不同，速度要求更快。并根据实际情况要求速度平滑的在高、中、低速间切换，送标伺服电机要求在低速时实现无瓶不送标，瓶子断续进入机器时要求平滑的在送标与不送标间切换，且不能出现伺服抖动及不能影响切标精度。
  机器上电以后，设备自检无故障后方可进行自动、手动或点动模式操作。自动运行时，主电机运转，带动主转轮、切刀转轮、入口芯轮及出口芯轮运转。瓶子进入机器，在入口处有检测瓶子的传感器，用来决定伺服电机是否送标和胶水汽缸是否涂胶。在确认有瓶子进入以后，系统内部进行移位操作，等瓶子到一定位置后伺服开始送一个标，切刀把这个标切下以后转移到标签转鼓上，标签转鼓转到涂胶位时，涂胶汽缸前进涂胶，同时瓶子在与标签转鼓上的标签相遇时自转，裹上标签以后进入出瓶芯轮，完成一次贴标。
   
  1.3 技术难点
  该类型机器的主要难点是，由于外界各种因素如张力波动、压标轮打滑、标签拉升等的影响，对切标精度都会造成影响，在高速24000瓶/小时时平均每送一次标的时间约为150ms，要保证精度为+/-1mm，若按照一个标长300mm来计算，500us就可以走1个mm，这就要求控制器有足够快的色标捕捉时间和执行速度，而用ELAU的C400控制器支持最快色标捕捉反应时间15us，支持最快用户扫描周期250us，完全能符合这样的要求。
   
  2 方案介绍
2.1 系统架构图
   
  HMI通过Modbus TCP/IP协议与ELAU C400控制器通讯，主电机变频器、输送链道变频器、胶水泵变频器可以通过Canopen协议直接和控制器通讯，或通过控制器的模拟量输出控制其速度，不需要变频控制的电机直接用控制器的数字量输出来控制，扩展IO也可与控制器通过Can相连，送标伺服通过运动总线SERCOS通讯。
  2.2 配置介绍
  2.2.1、控制器选用ELAU PackDrive C400系列，该控制器内部集成了PLC逻辑控制、运动控制等功能，用户可以根据需要自主配置任务的扫描周期和任务等级，并自带20个DI,16个DO,2个AI,2个AO,16个可记忆输入。具体参数可以登陆http://www.elau.com 网站查询。
   
  2.2.2、电机采用SH140系列电机，驱动器用MC-4系列。运动总线为SERCOS光纤高速数据总线。
  2.2.3、 触摸屏可以选用施耐德或Proface等，可以与ELAU控制器通过Modbus TCP 协议通讯。
  2.2.4、IO模块可以用施耐德OTB/STB系列，变频器选用施耐德ATV31系列，与ELAU控制器通过CANopen协议通讯。或者可由客户自主选择I/O型号及变频器型号，变频器还可以通过ELAU的C400控制器自带的模拟量输出来控制其速度，扩展I/O还可以通过Profibus-DP或Pacnet 来和C400通讯。
  2.3 功能要点介绍
      2.3.1 功能概述
  该方案能满足客户的高速24000瓶/小时，切点偏差 <= +/-1mm的精度要求，同时根据客户机械结构的不同，速度能达到更高并适用于各种规格的标签。并根据时间情况自动平滑的在高、中、低速间运行，伺服电机可以平滑的在5条不同的加减速曲线间切换，在低速时可以实现无瓶不送标。
  机器运行时若出现报警，机器会根据报警等级，自动减速停机或立即停机，遇到紧急情况时，可以通过急停按钮，紧急停止机器。急停通过安全电路来实现，可以保证更高的安全等级。
  机器有点动操作模式，在点动模式下可以完成自动下的全部动作，用于调试机器。
  外围人机交互界面可以显示实际状态、产量、热熔胶温度等讯息，在故障时，各类报警及如何处理讯息一目了然，方便用户在遇到故障时根据讯息迅速排除故障，操作界面友好。在数据配方上实现密码安全管理，同时在数据配方上有互锁及防误操作功能，防止因误操作导致的机器误动作。在调试或换标时可以手动启动或点动启动机器，操作方便。
   
  2.3.2 送标伺服电机运动控制功能介绍
  
   
  在旋转切刀下装有物理编码器，送标电机跟随该编码器的信号，做高速线性运动。各种条件运动曲线如下：
                                       
  连续有瓶运动曲线