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西門子6ES7216-2BD23-0XB8參數(shù)詳細(xì)
西門子6ES7216-2BD23-0XB8參數(shù)詳細(xì)
一、引言
目前食品飲料灌裝生產(chǎn)線的生產(chǎn)速度非?？欤胀ü嘌b機(jī)的灌裝速度已達(dá)到500瓶/分鐘，靠簡(jiǎn)單的人力包裝已無(wú)法完成如此大量的包裝工作，因此高速紙箱包裝機(jī)在食品包裝行業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。該包裝機(jī)作為獨(dú)立設(shè)備安裝于生產(chǎn)線上，提供專用輸送帶將生產(chǎn)線上灌裝好的產(chǎn)品傳輸?shù)桨b機(jī)上，包裝機(jī)自動(dòng)完成分瓶、上紙、打包、噴膠等工作并通過(guò)輸送帶傳送到下一個(gè)工序。
圖1
二、西門子SIMOTION介紹
在運(yùn)動(dòng)控制領(lǐng)域，一般的電機(jī)驅(qū)動(dòng)器提供了豐富的運(yùn)動(dòng)控制功能，但邏輯控制和復(fù)雜運(yùn)算功能卻相當(dāng)弱，而一般的PLC提供了全面的邏輯控制功能，但又很難具備運(yùn)動(dòng)控制的全部功能。傳統(tǒng)的應(yīng)用方式是將PLC和伺服控制器配合使用，但存在高速數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)同步和精確控制等方面的問(wèn)題。
西門子公司提出新一代的運(yùn)動(dòng)控制平臺(tái)SIMOTION。SIMOTION是為運(yùn)動(dòng)控制起主導(dǎo)作用的機(jī)器而設(shè)計(jì)的，本身集成了邏輯控制與運(yùn)動(dòng)控制，可以獨(dú)立完成以往PLC加電機(jī)調(diào)速器的所有功能，主要應(yīng)用于那些控制要求復(fù)雜，控制速度快，要求精確運(yùn)動(dòng)的領(lǐng)域中。
1．SIMOTION是一種簡(jiǎn)單，靈活的控制系統(tǒng)，本身集成了運(yùn)動(dòng)控制、邏輯控制與工藝控制。具有如下的優(yōu)點(diǎn)：
邏輯控制和運(yùn)動(dòng)控制相結(jié)合，取消了影響響應(yīng)時(shí)間的獨(dú)立接口
節(jié)省了為這些中間接口進(jìn)行編程以及診斷的投入
整個(gè)機(jī)器的編程以及診斷不僅規(guī)范，而且象PLC一樣開放透明
2．SIMOTION系統(tǒng)具有三個(gè)組成部分：
工程開發(fā)系統(tǒng)
工程開發(fā)系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)由一個(gè)開發(fā)環(huán)境解決所有的運(yùn)動(dòng)控制、邏輯及工藝控制問(wèn)題，并且它還能夠提供所有必要的工具，從編程到參數(shù)設(shè)定，從測(cè)試到故障診斷。
實(shí)時(shí)軟件模塊
這些模塊提供了眾多的運(yùn)動(dòng)控制以及工藝控制功能。針對(duì)某一特定的機(jī)器所需要的功能，靈活地選擇相關(guān)地模塊。
硬件平臺(tái)SIMOTION D
SIMOTION D的功能集成在新的SINAMICS S120多軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的控制模板上，使之成為一個(gè)緊湊的擁有控制器及驅(qū)動(dòng)器的系統(tǒng)。將運(yùn)動(dòng)控制與驅(qū)動(dòng)器集成在一起，使系統(tǒng)具有極快的響應(yīng)速度。SIMOTION D具有若干種規(guī)格，均是取決于其性能的要求。
三、系統(tǒng)要求
鑒于灌裝食品行業(yè)設(shè)備自動(dòng)化程度高，產(chǎn)品產(chǎn)量大的特點(diǎn)，對(duì)高速紙包機(jī)提出了如下的控制要求：
1． 運(yùn)行速度快
由于食品灌裝生產(chǎn)線的灌裝速度高，要求包裝機(jī)的速度也必須達(dá)到與之配套的水平。目前成熟的紙箱包裝機(jī)可以達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)量60箱/分鐘，最大產(chǎn)量80箱/分鐘。
2． 可靠性高
鑒于生產(chǎn)線的連續(xù)高速生產(chǎn)的特殊情況，生產(chǎn)線上任何一個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)故障都會(huì)直接導(dǎo)致全線的故障停機(jī)，從而給用戶帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)損失，故要求設(shè)備可靠性非常高。要求配套的紙箱包裝機(jī)在出廠前必須經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的測(cè)試，以每批次連續(xù)生產(chǎn)2000箱，連續(xù)生產(chǎn)10個(gè)批次不出現(xiàn)任何故障為出廠驗(yàn)收合格標(biāo)準(zhǔn)。
3． 分瓶控制精確
如上圖所示生產(chǎn)線上過(guò)來(lái)的產(chǎn)品是連續(xù)排列的，必須通過(guò)一個(gè)專用設(shè)備將連續(xù)排列的產(chǎn)品分成一個(gè)紙箱可以容納的不連續(xù)的產(chǎn)品單元，如下圖將啤酒易拉罐分成每24瓶一個(gè)單元的小單元塊給后面的包裝做預(yù)處理工作。
圖3
每?jī)蓚€(gè)易拉罐之間的位置大約只有20mm，分瓶器必須準(zhǔn)確無(wú)誤的插入到這個(gè)位置中，靠前或靠后都會(huì)將易拉罐頂翻而影響后面的包裝。而且前后分瓶器由兩個(gè)不同的電機(jī)帶動(dòng)，必須嚴(yán)格進(jìn)行位置與速度的同步，否則相互之間將出現(xiàn)干涉，影響分瓶質(zhì)量。
4． 噴膠控制精確
包裝好的紙箱必須在成型壓制之前上膠，上膠分為三個(gè)部位：上噴膠，左側(cè)噴膠，右側(cè)噴膠。每個(gè)部位的噴膠必須依照機(jī)器主電機(jī)的運(yùn)行速度當(dāng)主電機(jī)旋轉(zhuǎn)到某一角度開始噴膠，到達(dá)另一角度后停止噴膠。否則將出現(xiàn)噴膠不到位或噴膠過(guò)度的情況影響產(chǎn)品質(zhì)量。
5． 產(chǎn)品成品率高
由于高速紙包機(jī)產(chǎn)量巨大，一旦設(shè)備出現(xiàn)故障將導(dǎo)致產(chǎn)品的大量浪費(fèi)，而且包裝用的紙箱又屬于一次性產(chǎn)品，不能回收利用，因此對(duì)產(chǎn)品的成品率要非常的高，要求包裝出的紙箱為一個(gè)嚴(yán)格的長(zhǎng)方體，不能出現(xiàn)歪斜、包裝不全、漏噴膠或膠噴位置不對(duì)等情況。
6． 自動(dòng)化程度高
包裝機(jī)在工作時(shí)，從進(jìn)瓶開始到紙箱包裝結(jié)束，所有工作全部自動(dòng)完成，不需要人工干預(yù)。
四、運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)配置
1．為保證整機(jī)的運(yùn)行速度采用如下的配置：
伺服電機(jī)
高速紙包機(jī)上采用西門子1FK7高精度同步伺服電機(jī)，主驅(qū)動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速為80轉(zhuǎn)/分，機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成主驅(qū)動(dòng)軸轉(zhuǎn)一圈生產(chǎn)一箱產(chǎn)品，所以該設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的最大產(chǎn)量為80箱/分，標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)量為60箱/分,達(dá)到了主流高速紙包機(jī)的生產(chǎn)速度。
高速信號(hào)的處理
在機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)的過(guò)程中，對(duì)關(guān)鍵信號(hào)的響應(yīng)時(shí)間為1MS。
具體算法：
響應(yīng)時(shí)間＝1MS/度
對(duì)于上述信號(hào)直接接入到SIMOTION D435中，SIMOTION D435輸入信號(hào)的響應(yīng)時(shí)間為0.1ms，上述要求。
2．SIMOTION采用一體化的連接電纜和集成化的安裝方式，保證系統(tǒng)的高可靠性
SIMOTION的電機(jī)電纜和編碼器電纜全部采用高IP等級(jí)的專用連接頭，用戶在使用過(guò)程中直接將電纜接頭插到相應(yīng)的接頭上擰緊相應(yīng)的螺絲即可。
SIMOTION采用一體化的集成連接方式，控制器D435和驅(qū)動(dòng)器SINAMACS之間采用DRIVE-CLIQ高速通訊方式，通訊速率可達(dá)到100M，響應(yīng)速度快，集成化好，對(duì)于用戶來(lái)說(shuō)簡(jiǎn)單方便，故障率低。
功率單元與電機(jī)驅(qū)動(dòng)器之間的連接采用內(nèi)置銅牌和DRIVE-CLIQ連接，簡(jiǎn)單方便故障率低。
3．系統(tǒng)配置
整機(jī)采用四臺(tái)1FK7伺服電機(jī)，分別為兩臺(tái)分瓶電機(jī)，一臺(tái)主電機(jī)，一臺(tái)出口電機(jī)。主電機(jī)和出口電機(jī)功率為3.3KW，分瓶電機(jī)功率為0.82KW。
采用TP270作為系統(tǒng)的人機(jī)操作界面。
采用SIMOTION D435作為主控制器。
采用SIMOTION S120作為電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元。
1－SIMOTION D435運(yùn)動(dòng)控制器
2－S120 電源模塊
3－雙軸電機(jī)模塊9A
4－雙軸電機(jī)模塊5A
5－主軸電機(jī)，1FK7系列
6－分瓶電機(jī)，1FK7系列
7－分瓶電機(jī)，1FK7系列
8－送瓶電機(jī)，1FK7系列
9－遠(yuǎn)程IO，ET200M
10－變頻器，MM440，帶profibus接口
11－TPP270操作界面
12－Profibus現(xiàn)場(chǎng)總線，速率可達(dá)到12M
13－伺服電機(jī)電源電纜
14－伺服電機(jī)DRIVE-CLIQ編碼器反饋
五、控制原理
對(duì)于紙箱包裝機(jī)從易拉罐進(jìn)入到進(jìn)瓶器內(nèi)到包裝好的成品紙箱出來(lái)，所有的動(dòng)作全部由機(jī)器自動(dòng)完成，不需要人工干預(yù)，自動(dòng)化程度非常高。在整個(gè)控制過(guò)程中難點(diǎn)主要存在于分瓶控制、噴膠控制、上紙控制三各方面，SIMOTION對(duì)于這三各方面的控制提供了專用的功能，使得原先非常復(fù)雜的控制變得簡(jiǎn)單方便。
1．分瓶控制：
分瓶控制是紙箱包裝機(jī)控制過(guò)程中難度最大的部分。
