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高性能變頻器和PLC應用于包裝印刷系統(tǒng)

. 1 引言

在科學技術日新月異的當今時代，為滿足現(xiàn)代人對商品包裝精美化的要求，對包裝印刷生產(chǎn)線的位置跟蹤的精確度要求越來越高。將各類*技術以群體綜合應用方式應用于包裝線上，以謀求實現(xiàn)包裝印刷生產(chǎn)線高自動化、高效能已迫在眉捷。而全數(shù)字化交-直-交交流變頻伺服驅動器MSD0421A控制精度高、響應速度快、抗干擾性強，將它與PLC一起應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行初始定位難，定位誤差大，動態(tài)調(diào)節(jié)慢，傳動中易錯位，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、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)字信號處理器(DSP芯片)，硬件標準化，通用化，是一個多微處理器全數(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、診斷及標準功能模塊子程序等。在應用中采用圖形編程語言，根據(jù)不同的傳動系統(tǒng)結構，把系統(tǒng)所需要的模塊調(diào)出并組接起來，就構成一個的傳動系統(tǒng)。實際上它一種實時控制系統(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)學模型進行在線地快速計算與控制, 而且還有監(jiān)視、顯示、保護、故障自診斷及自復原等功能。

2.1 特點

MSD全數(shù)字式變頻器功能強大，適用于高性能位置控制器，它有38個參數(shù)設置，6種控制方式，其中脈沖串位置控制較為*。因為它使用一定頻率的脈沖信號作為代表位置命令的輸入信號，在復雜的工作現(xiàn)場中，它比模擬速度輸入信號精度高，抗干擾性強。(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, 正確設定這些參數(shù), 可以使系統(tǒng)獲得的運動狀態(tài)。(2) 監(jiān)視功能, 如偏差脈沖數(shù)監(jiān)視、電動機轉速監(jiān)視、電動機轉矩監(jiān)視。(3) 顯示CNI/F的輸入/輸出控制信號狀態(tài)。(4) 顯示故障原因及歷史。(5) MSD系列內(nèi)部的動態(tài)制動可用于緊停。(6) 保護功能, 如:過壓保護、過流保護、過速保護等。 (7) 由計算機對MSD進行監(jiān)視和操作。通過RS232C串行接口, 可將計算機與MSD相連, 并且由計算機對MSD進行控制和操作, 用戶可以通過計算機對所連的MSD進行參數(shù)設置和修改, 也可以通過計算機的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) 試運行時電機軸上不加負載，由于電機加減速有沖突，必須固定電機。(2) 如果用帶制動器的電機則先釋放制動器。(3) 在沒有加主電源前, 先加DC12~24V電壓。(4) 加主電源到驅動器。(5) 當SERVO-ON時, 電機就處于待運行狀態(tài)。(6) 在位置控制方式時, 使偏差計數(shù)器零信號CL釋放,使脈沖指令禁止信號INH釋放, 電機就處于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) 設置參數(shù)NO.29為參數(shù)值, 電機轉速正比于輸入脈沖頻率f×P25/P26×P27=2500×4×n/60。3 包裝印刷自動套色原理[4>

套印出現(xiàn)誤差有諸多原因，例如導輥和壓輥的平行度轉動不靈活，運動平衡不良，張力的波動，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)視套印誤差并及時加以修正，人工套色時通常由印刷工肉眼觀察套印誤差，憑經(jīng)驗手動調(diào)節(jié)修正輥的移動來補償套印誤差，因而大大限制了印刷速度及套色精度，而采用自動套色系統(tǒng)則可以提高印刷速度和套色精度。印刷機由開卷機運行依次經(jīng)過各印刷單元，進行各色的印刷和烘干，由收卷機進行收卷。每色印刷都會在印料的邊緣印上以供套色用的色標，每個相鄰顏色的標志線在套印精確時應相互平行，垂直(縱向)相距20mm。4 套色自動化系統(tǒng)簡介與方案設計[3>

本系統(tǒng)由一臺PC機, 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:整個傳動系統(tǒng)由最初軸頭安裝一臺旋轉編碼器，隨著傳動系統(tǒng)的運轉，編碼器產(chǎn)生連續(xù)的脈沖信號，即每轉一周發(fā)出n個脈沖，根據(jù)輥子周長可換算出20mm相當于多少個脈沖，此脈沖信號作為輸入給定信號，通過PLC的I0.6口送到高速計數(shù)器HSC1中。每個色輥上裝一臺色標傳感器，它可以檢測到印品邊緣上的色標，然后把檢測到的印品上的色標信號轉化為電脈沖信號，通過聯(lián)接到PLC的輸入端I1.0反饋到高速計數(shù)器HSC1的Reset中, PC機與PLC通過RS-485接口進行異步串行通信，PC機從PLC中讀取這些數(shù)據(jù)和狀態(tài)信號, 由軟件進行比較分析、運算、邏輯判斷后, 向PLC發(fā)出控制指令和數(shù)據(jù)，對執(zhí)行機構輸出控制量, 調(diào)節(jié)色輥的相對位置, 消除印刷錯位。在整套印刷中，一般采用改變印版滾角的轉動角度以達到調(diào)整印刷位置的目的。

檢測裝置為色標傳感器, 它把檢測到的色標信號轉化為電脈沖送到PLC中, 執(zhí)行機構是交流伺服系統(tǒng), 它由PLC直接驅動, 不需要任何外圍電路。PLC把檢測到的信號與存貯器預先測定好的標準值相比較得到偏差值，然后按運算規(guī)律根據(jù)脈沖偏差數(shù)算出該發(fā)出多少個脈沖。5 軟件設計本系統(tǒng)的軟件包括主程序、初始化對零程序、計數(shù)子程序、集成脈沖輸出子程序。

5.1 初初始化對零處理初始化對零程序的任務是使系統(tǒng)一合電源，包裝印刷機就自動地對某個給定值進行跟蹤而減少錯位。當編碼器的回0脈沖一到就起動高速計數(shù)器，PLC一旦檢測到色標信號就立即讀取計數(shù)值送入存貯器中。

5.2 計數(shù)子程序

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

然后，用指令HDEF把高速計數(shù)器HSC1置成工作模式1，即只有復位沒有起始輸入，也沒有方向選擇。當前值SMD48復位為0，預置值SMD52置成FFFF(16進制)。當色標傳感器的色標脈沖信號輸入到PLC的I1.0就引起中斷,讀取計數(shù)器當前值。用指令HSC1啟動高速計數(shù)器。

5.3 集成脈沖輸出子程序

CPU214/DC有兩個脈沖輸出，可以用來控制交流驅動器的脈沖。(1) 起動電機的三個條件(a) 按“START”(起動)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)鎖標志M0.2=0(c) 電機處于停止狀態(tài)，即操作標志M0.1=0

如果同時具備上述3個條件，則將M0.1置位，控制時執(zhí)行PLSO指令，在輸出端Q0.0輸出脈沖，其他必須預先具備的條件，已經(jīng)在首先掃描(SM0.1=1)設置，主要是脈沖輸出功能的基本數(shù)據(jù)，例如時基、周期和脈沖數(shù)。(2) 停止電機:停止電機的兩個條件(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) 電機處于運轉狀態(tài)，即操作標志M0.1=1如果同時具備上述2個條件，則將標志M0.1復位，并中斷輸出端Q0.0的脈沖輸出。(3) 聯(lián)鎖 為保護人員和設備的安全, 在按“STOP”按鈕(I1.1)之后，必須規(guī)定驅動器聯(lián)鎖，將聯(lián)鎖標志M0.2置位，立即關斷驅動器, 只有在M0.2復位后，才能重新起動電機。當“STOP”按鈕松開后, 為防止電機的意外起動, 只有在“START”按鈕和“STOP”按鈕(I1.1)都松開后，才能將M0.2復位，如要再次起動電機，則必須再發(fā)出一個起動信號。

5.4 主程序

當系統(tǒng)投入工作時，主程序的任務就是根據(jù)PLC把隨機讀到的計數(shù)值與標準值相比較，而得到的偏差值，調(diào)節(jié)電機正轉或反轉。

6 結束語

在包裝印刷系統(tǒng)中我國與*水平存在明顯差距，國內(nèi)大多數(shù)*生產(chǎn)線都采用進口設備。我們采用了全數(shù)字式變頻器驅動交流伺服電機作為校正裝置。由于它采用的是脈沖串位置控制方式，它可以利用PLC高速計數(shù)器與集成脈沖輸出功能。通過實驗檢測，該套裝置控制精度高，動態(tài)響應快。

集成PLC功能的LT觸摸屏在注塑機上的應用

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？相同點在于他們的生產(chǎn)上：模型澆鑄。通常，我們不會去關心日常生活中所用到的相似產(chǎn)品是怎樣生產(chǎn)的。然而，我們每天會使用這些日用品無數(shù)遍，不管是我們汽車的遠程控制鎖、手機或是一支印有公司商標的鉛筆，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/德國的威斯特伐利亞地區(qū)為基地，在美國也有生產(chǎn)。Quarder是技術*的公司，尤其是在2-孔澆鑄和嵌入技術領域。

　　整個過程開始于把顆粒狀的塑料材料通過抖動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。按照過程的復雜性，從所給的材料量中可以獲取1—16個塑料器件。等模具打開后注口就轉向分揀桶，生產(chǎn)工序重新開始。注口是分類的，成品會被傳送到部件容器中。

　　在機器修正過程中，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器的運作能力、簡化生產(chǎn)過程，從而減少停工期。原先由一臺老式的計算機、一個鍵盤、62的顯示器和DOS應用系統(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，集運作與控制功能于一體。其具備的16點輸入和16點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終端相當大地簡化了機器的監(jiān)控功能。操作者可以為所有的參數(shù)設定相應軌道。同時，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I/O就足夠處理機器的各功能參數(shù)。輸出口控制了產(chǎn)品向右或向左傳送，就像一個控制燈一樣。設置者可以把模具開、關的狀態(tài)輸入進去。*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。“這個控制系統(tǒng)的*之處在于它能自動控制整個流程的時間”，Jurgen Reich解釋。

　　生產(chǎn)線啟動后，整個到成品出來的流程取決于前3-5次的供料時間，通常是15至30秒間。一旦確定下來，這些數(shù)據(jù)就會被保存到屏中。接下來的工作，Logi Touch就會智能地加以識別控制，并顯示出錯環(huán)節(jié)。如果澆鑄過程中溫度上出現(xiàn)偏差或是沒料了，整個流程的時間就會延長，一旦出現(xiàn)這種情況的話，Logi Touch就會識別出，信號控制燈也會變亮。同時，成品出口方向就會改變，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，控制燈也會亮，系統(tǒng)就停止傳送機工作并顯示成品量，這時，模型澆鑄機還照常運行。如果指令不能全部執(zhí)行，操作者可以預備另外的供料箱。通過Logi Touch，操作者可以確認整個流程，傳送機恢復工作，生產(chǎn)的部件量也會顯示在屏上。同時，所有的部件生產(chǎn)都會得以監(jiān)控和記數(shù)。

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

　　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領域的經(jīng)驗。邏輯編程工具為創(chuàng)建一個簡而易懂的顯示提供了一個簡單操作的平臺。它里面包含有1800多種預定義的部件，比如按鈕、燈、棒和趨勢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、位開關、功能開關，切換畫面按鈕、各種信號燈和變量等，任何操作環(huán)境都可以鼠標點擊完成創(chuàng)建。運用這些數(shù)據(jù)資源，用戶只要拖拉邏輯編程圖標到LT邏輯編程器上，它就會自動創(chuàng)建相應的部分，比如一個燈或一個按鈕。一份完整的相對應于IEC611313的47階梯說明標記將會很有用。

　　 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，如：遠程I/O網(wǎng)絡、數(shù)字和模擬I/O以及溫度輸入等。

　　經(jīng)過四個星期的試用，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)在好幾臺機器都安裝了LT系列，Jurgen Reich說：“這個控制系統(tǒng)幾乎不需要維護！在屏幕上進行編輯，使我們能*享受操作的靈活性。此方案的另一個優(yōu)勢是大大節(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。同時我們已在另一個項目接插件的測試中安裝由Logi Touch控制的機器手。”

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