西门子6ES7223-1BF22-0XA8参数介绍1 引言 液体灌装机广泛应用于食品，饮料，化工，医药等行业，是目前应用非常广泛的包装机械之一。现代社会对于灌装设备的安全要求越来越高，要求灌装出的食品、饮料、药品或其他化工产品整齐、美观且具有良好的包装质量，相应的灌装机运行稳定性，维护的方便性，灌装的精度、速度是衡量灌装机控制系统好坏的重要性能指标。 传统的继电器控制设备不仅体积大，耗电多、效率低且故障率高，已无法满足现代生产快速反应、jingque度高且连续稳定运行时间长的要求。可编程序控制器（简称PLC）是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。具有通用性好，可靠性高，安装灵活，扩展方便，等一系列优点，基于PLC和变频器等机电产品的控制系统可以很好地满足当前现代生产的需求。 台达目前可为客户提供PLC控制器、人机界面、变频驱动器、伺服驱动器、数控系统等系列自动化产品，可以向客户提供完善可靠的机电一体化解决方案。本文介绍的系统实现灌装机的机械结构装置与PLC、变频调速、人机界面等现代自动控制技术手段的完整结合，形成机电一体化。 2工艺分析 以瓶装饮料为例，液体灌装机的工艺如下：用以装液体的瓶子通过拨瓶星轮由冲瓶机导出并传送至灌装机。进入灌装机的瓶子由瓶颈托板卡住瓶口保持，并通过升降机构在凸轮作用下实现上升与下降。灌装机采用重力灌装方式，瓶口上升顶开灌装阀开始灌装，当物料上升到堵住回气孔位置时结束灌装。灌装结束后瓶口下降离开灌装阀，瓶子通过过渡拨轮进入旋盖机。旋盖机上的止旋刀卡住瓶颈部位，保持瓶子直立并防止旋转。旋盖头在旋盖机上保持公转并自转，在凸轮作用下实现抓盖、套盖、旋盖、脱盖动作，完成整个封盖过程。落盖导轨上设有防止反盖通过及反盖取出机构，同时装有一组光电开关，当落盖导轨上无盖时会自动停止机器运转，可以有效的避免无盖瓶的出现。同时，落盖导轨上还设有旋盖机进瓶检测开关，与落盖导轨和拨盖盘连接处的锁盖气缸连锁控制瓶盖的排出，保证无瓶时停止喂盖，减少盖子的损耗。 基本流程为：冲瓶机导出瓶子--à灌装机-à上升-à重力灌装-à下降-à进入旋盖机封盖-à进入传输带。系统需设置检查点防止空送、漏盖、漏瓶或者上盖错误等。 3 设备结构介绍 此设备结构如下图，由电机驱动动高精度食品级的不锈钢齿轮泵，通过PLC控制变频器的速度来jingque控制灌装量的多少，主要用于饮料等液体的灌装。 图1 设备全图 图2 齿轮泵结构4、电气架构图及选型说明： 根据客户的设备小巧紧凑的特点，我们给客户配置了以下产品 1. PLC: DVP14SS11R2*1 2. 人机界面：TP04GAS2 或 DOPAS57BSTD 3. 变频器: VFD007EL21A 4. 其它电气配件 图3 电气架构图选型说明： 台达EL变频器体积小巧，功能强大，并内置EMI滤波器，十分适合用在食品及药机行业，EL内置面板，且所有型号变频器都具有RS485接口，通讯协议为的MODBUS ASCII/RTU，通讯接口为RJ11/RJ45，通过485通讯，可以节约客户成本，减少客户外部的接线，还可以实时了解变频器的状态（如输出电流，频率，故障代码）。本文中变频器的频率通过台达14SS11R2 PLC通讯给定，通讯协议为38400，7，E，1，ASCII码；运行停止考虑到安全问题，通过外部端子控制。 选用14SS的原因，首先客户是被其“小身材”吸引，从上图还以看出，客户的设备由于常常是一条大生产线上的一个工作站，因此整体设计得十分紧凑，14SS在设备中占用的空间十分小；其次，14SS还标配两个通讯口，一个RS232和人机界面通讯，另一个RS485口和台达EL变频器通讯，相得益彰，既充分利用了各产品的功能，成本是也没有增加。如果选用其它厂牌PLC，要不加装通讯卡，要不加DA模块，才可控制变频器的速度，无论从成本上，还是安装的尺寸上，都不经济。而全套台达产品，可以给客户提供更灵活的功能组合，更佳的性价比。 5、设备工作原理及程序说明 灌装模式分为手动和自动两种模式。 手动模式下，按一下启动键，变频器以设定的高速频率运行，同时PLC开始计数，当计数值达到低速爬行的值后，通讯控制变频器以低速运行，直到计数值到达设定的容量后，变频器停止，灌装完成，等待下一次启动信号，此模式主要用于试生产。 自动模式，和手动过程一样，只是当一次灌装结束后，不需再按启动按钮，而是等待设定好的时间后，再自己启动，适合和生产线配合使用。 人机界面根据终客户的要求可以配台达的TP04G文本，也可配台达的触摸屏产品。界面主要用于设置工作模式（手动/自动）和运行参数，主要是运行速度，爬行速度，速度切换点。界面的设计以方便人员操作为首要因素。以下以触摸屏介绍操作画面。 主画面： 直观显示当前的参数设置，并可随时调整，如工作模式，灌装量，速度，并且以柱状图显示液位当前的状态，对操作人员来说，醒目方便。主画面如图4所示： 图4 主画面低速爬行点设置画面： 对于不同容量的瓶子，低速爬行点是不同的。设置画面如图5所示： 图5 爬行速度及速度切换点设置特殊参数： 齿轮泵运行一段时间后，其密封性能会下降，导致灌装量有偏差，因此，在程序中，我们提供一个系数给客户微调，以消除此问题。特殊参数设置画面如图6所示。 图6 特殊参数设置画面自学习功能： 为了方便客户换产品时，不知道当前容器的容量时，我们在程序中加入的学习功能。首先，客户先进入人机界面的学习画面，然后一直按住启动键，电机就一直以一定速度运行，同时文本或触摸屏上显示当前实时的灌装量，当瓶子快灌满时，松开启动按钮，再按人机界面上的保存按键，灌装量就保存了下来。这种功能尤其适合为异型容器。 自学习功能设置画面如图6所示。 图7 自学习功能设置画面PLC程序： 由于客户要灌装的产品种类很多，如果换了产品要重新输入参数，对客户来说费时以费力，因此，我们在PLC程序中为客户做了20组配方。台达触摸屏本身也提供配方功能，而且功能十分强大，可以节约PLC的程序和空间。在此设备中，配方之所以做PLC中，是因为客户的界面有时会换文本，为了程序的统一，就全做在PLC中了。PLC做配方的功能实际是通过变址寻址功能实现的，并且做成了子程序。在此程序中，用了很多子程序，目的有2，一是可以使程序模块话，方便维护；二是，子程序只在需要时（如修改参数后）才被主程序调用，因此，可以使设备在正常工作中，PLC的扫描周期短，可提高灌装的精度。 其标准梯形图程序如图8所示： 图8 标准梯形图程序画面主菜单画面如图9所示： 图9 主菜单画面6 结束语 通过使用全套产品，使该设备电气架构简单，功能丰富，性价比也很高。从去年开始，该机已批量采用台达产品，性能稳定可靠，得到终客户的认可。并且由于设备厂的客户多在海外，得知台达提供全球联保的品质服务，这进一步加强了客户的信心与满意度。 1 引言 焊接是常见的金属连接工艺。钢管管件的数控焊接用于单根钢管的焊接和分支钢管的焊接，实现工艺过程的自动化，对于焊接工艺的精密加工具有十分重要的意义。 钢管管件数控焊接的核心问题是焊接点运动轨迹控制，设备外观如图1所示。数控焊枪根据工艺加工要求实现上下前后2轴运动控制。数控管件夹具平台用于固定需要焊接的钢管，本身可以做单轴的水平面旋转，同时平台本身可以在X-Y平面上，做X水平，Y垂直及圆弧的运动，构成3轴运动控制。本文以数控管件夹具平台3轴运动控制设计为主，对于焊枪水平和垂直焊接不予赘述。 图1 数控焊接机2 数控工艺分析 2.1 单根钢管焊接 单根钢管焊接比较简单，只需中间夹具做一圆周运动即可,这个运动命名为同心圆，如图2所示。 图2 单根钢管焊接2.2 分支钢管焊接 图3为分支钢管的焊接，在焊接过程中，不仅要求中间夹具要做圆周运动，底座X-Y,平台也要同步反向旋转，才能完成分支钢管的焊接，这个运动命名为偏心圆，要求数控系统实现三轴的螺旋插补，如图4所示。偏心圆焊接轨迹的控制复杂程度远远大于同心圆轨迹。 图3 分支钢管的焊接 图4 数控焊枪的三轴螺旋插补轨迹3 20PM运动控制PLC解决方案 3.1 运动控制PLC简介 台达DVP-20PM00D是一款具有运动控制专用功能的可编程控制器。DVP-20PM00D的大特点是PLC主机直接提供电子凸轮功能，或者说DVP-20PM00D是内置电子凸轮功能的PLC,所以有些场所直接称呼DVP-20PM00D为台达20PM运动控制器。 20PM具有2路500KHz的输入与输出，在电子凸轮功能中定义X轴为从轴，编码器输入轴为主轴，当定义好CAM Table后，从轴依据定义的曲线跟随主轴运动。采用高速双CPU结构形式，利用独立CPU处理运动控制算法，可以很好地实现各种运动轨迹控制、逻辑动作控制，直线/圆弧插补控制等，多轴数控管件焊接机正是利用了20PM运动控制器的电子凸轮功能很好的解决了复杂轨迹控制等问题。20PM的主要特点： （1）20PM适用于高速、高精度、高复杂的运动控制场合； （2）多段速执行及中断定位； （3）64K 大容量, 内置Flash存储体； （5）两组差分脉冲输出，高脉冲输出达500KHz； （6）两组手摇轮控制； （7）内置电子凸轮功能，轻松实现绕线、飞剪、追剪等应用； （8）支持PLC顺序逻辑控制及NC控制(G 码与M码)。 3.2 运动控制解决方案 总体控制方案采用了两套台达20PM系列运动控制PLC，其中20PM00M为内涵三轴的运动控制功能的PLC，实现工件夹具平台三轴复杂螺旋插补偏心圆焊接轨迹, 对于常规PLC是完全是难以想象的。 图5 20PM00M接线原理3.3 运动控制编程 20PM支持的G 代码功能如下：G0 高速定位；G1 双轴或三轴联动直线插补；G2 顺时针圆弧插补（设定圆心位置）；G3 逆时针圆弧插补（设定圆心位置）；G2 顺时针圆弧插补（设定半径长度）；G3 逆时针圆弧插补（设定半径长度）；G4 停顿时间；G90 设定坐标系统；G91 设定相对坐标系统。 DVP20PM特色。64K步程序容量,100段运动程序，满足不同加工需求；在20PM中大可设置100种运动轨迹，同时利用64K的程序容量，预先将需要执行的各种不同运行曲线的G码存储在PLC中，当需要加工某种规格时，可以采用文本显示器、触摸屏等来调用。支持G码的直接汇入，当采用CAM软件生成文本格式的G码后，可利用PMSOFT的汇入菜单直接汇入到PLC运动程序中。也可通过HMI,利用U盘导入文本格式的G码。支持手摇轮应用，可做一些手动的调整。具备电子原点返回模式，在20PM内存中加入了原点记忆功能，只要设定了电子原点，即使设备断电，在下次上电后也可以轻松找到原点位置。可连结EH2主机与所有扩充模块，20PM可以灵活配置，即可以接在EH2主机后作为专门定位扩展模块，也可以做为主机连接其它的模拟量等特殊功能模块。支持PLC顺序语言及定位语言(G 码与M码），实现了通用PLC与数控技术的一个完美结合。配置运动轨迹的离线仿真功能，在实际加工前利用该项功能可以检查运动程序是否存在问题，可及时解决减少错误发生，参见下图。4 偏心圆焊接轨迹编程 4.1上电参数初始化 把X,Y,Z的机械参数，及焊枪的上下轴，前后轴机械参数填到相关设置寄存器里如（D D1900;等），如图6所示。 图 6上电参数初始化4.2 手动程控 手动控制X,Y,Z轴，及焊枪的上下轴，前后轴。先把各轴的手动速度等参数写入相关寄存器如图7所示。图8为把手动命令放到五个轴相关的命令寄存器。需要注意的是20PM00M三轴运动控制器为主机，20PM00D两轴运动控制器作为扩展模块，他们之间的通信通过FROM,TO指令进行读写。主机的CR0-CR199,对应扩展的D1500-D1599。 图7 手动速度参数 图8 手动命令参数4.3 自动控制 利用配方功能，如配方1，为工件1，为同心圆，速度为4，半径为20，角度为30，也即D2000=1, D2002=40, D2004=200, D2006=300, 如配方2，为工件2，为偏心圆，速度为4.8，半径为21，角度为40，偏心距为58,也即 D2000=2,D2002=48,,D2004=210,D2006=400,D2008=580 在O100循环程序中根据D2000的内容值,分别调用不同的运动子程序 运动子程序共有四种 D2000=1,调用OX1,为同心圆控制,G00 ZD3000 FD3002(D3000为根据角度半径计算D3002为速度) D2000=2,调用OX2,为偏心圆控制,G02 XD3010 YD3012 ZD3014 RD3016 FD3020(D3010,D3012为根据角度半径计算的坐标D3020为速度) D2000=3,调用OX3,焊枪垂直控制 D2000=4,调用OX4,平台水平运动 通过配方功能可实现所需的工件,比如配方10,为工件10,为偏心圆，速度为5.8，半径为31，角度为60，偏心距为50,也即 D2000=2,D2002=48,,D2004=310,D2006=600,D2008=500 如果启动运行会自动调用相关的运动子程序及相关参数，如图9所示。 图9 自动控制5 结束语 台达DVP20PM00D产品是一款同时具有逻辑控制和位置控制的功能强大的PLC，可以灵活、高速、jingque的完成平面两轴及三轴运动控制， DVP20PM00D出色的控制功能具有良好的发展前景，可以广泛应用于木工机械、焊接机械、切割设备以及半导体加工设备等等，例如液晶切片机、双轴立车、焊接轨迹控、点胶轨迹控制、龙门数控钻床、火焰切割机等广泛的机电控制领域