西门子PLC模块6ES7214-1AG40-0XB0
主要运用OMRON位移传感器对胶水涂布机中涂布胶水层厚度进行检测，利用PLC、伺服组成完整的系统实现胶水涂布厚度的自动调整。有效的提高胶水涂布机涂布胶水层厚度的精度。
关键词：位移传感器； 胶水涂布机； 可编程控制器
1 引言
该厂家专业生产胶水涂布机，胶水涂布机是给纸张，塑料薄膜表面进行涂胶的机器。其机器工艺首先将材质通过胶槽，出胶槽时受上下高精度夹辊来控制其涂布在材质上的胶水层厚度，然后通过烘箱，对胶水进行烘烤，使其牢固涂覆在材质表面，视客户要求在后道进行切割成不同宽幅或冲压成不同形状。图1为设备的生产流程示意图。
图1 设备的生产流程示意图
2 存在的课题点
现有机型一般采用通过控制两夹辊的间距，来控制涂布在材质表面的胶水层的厚度。设备实际使用根据生产产品的不同，胶水涂布的厚度从10丝到27丝不等。虽然使用高精度夹辊来控制涂布胶水的厚度，但是涂布胶水的实际厚度由夹辊两边各装一块丝表检测夹辊的间隙来控制，操作人员根据丝表反馈来调节控制其胶水通过夹辊的厚度，受到机械特点和振动等影响，涂布在材质上胶水层厚度无法保证较高的精度。
胶水涂布机涂布胶水层厚度检测有以下的工艺要求：
(1)被检测对象为运动部件：胶水涂布的厚度从10丝到27丝不等。材质在工作时以1～5m/min的速度连续运行；
(2)非接触式检测：由于胶水层具有粘连性，检测必须为非接触式检测；
(3)检测对象胶水层为透明物体，材质也有可能是透明塑料或黑色材质；
(4)要求新设备的胶水层涂布厚度的精度能控制在±1丝。
3 解决方案
针对上述问题，我们选用欧姆龙ZS-L位移检测传感器，由于它的检测的准确性和可靠性，它具有较高的抗干扰性和良好的环境适应性，对被检测的物体，具有较高的检测灵敏度，可以呈模拟量连续输出，亦可以通过通信的方式和上位机进行通信，远程控制或输出检测值。利用红色激光点使检测情况一目了然，并且具备安全开关功能，可满足现场控制的要求。与可编程控制器（PLC）、上位机监控（SCAD）组合成一套自动控制系统(见图2)。
本系统在涂布胶水材质两边分别使用一台ZS-L高精度移检测传感器检测涂布的胶水层厚度，其检测的实时值给PLC，再由PLC反馈给伺服系统，通过两边伺服来分别实时调整夹辊间隙。能有效的排除人为的误差和机械误差同时自动化检测和调整能极大提高生产品精度。考虑到设备含有多台大型风机和大型加热器，模拟量在传输过程中有可能有干扰影响，所以*终采用通讯方式采集涂布的胶水层厚度。
图2 系统构成示意图
根据要求选用ZS-LD40T 0.5M（ZS-L系列传感头)，ZS-LDC11（ZS-L系列传感器控制器）和ZS-XPT2 （PLC/PT连接用RS232C电缆）各2套，其中ZS-L40T传感头的精度：
光学方式：正反射型；
检测距离：40±2.5mm；
光束形状：线光束；
光束直径：2000×35μm；
分辨率 0.4μm ；
由于外接两套伺服，六路模拟量输入，四路模拟量输出，所以，主控采用晶体管输出型的CP1H-XA40DT-D，另添加CJ1W-MAD42一只，满足模拟量输入输出的要求。由于需要两个RS232C串口用于ZS-L位移检测传感器与PLC通讯，另需一个RS232C串口与触摸屏连接，再有一个RS485串口与上位机连接，所谓配置叻CP1W-CIF01两只和CJ1W-SCU41-V1一只。考虑到PLC与ZS-L位移检测传感器利用FB进行连接，必须使用串口网关功能，连接使用的是CP1H 本体上第二的串口和CJ1W-SCU41-V1 的第二的串口分别建立RS232通信连接。图3为改进系统示意图。
图3 改进系统示意图
利用ZS-L位移检测传感器检测涂布的胶水层厚度，普通模式中，输出的检测距离是激光头到材质间实际距离，然而实际是要测出胶水在材质表面的厚度，这就需要使用ZS-L移检测传感器的归零输入模式，在该模式下，可以定义一个基准点，之后就可以得出实际检测点到基准点距离，而不是实际检测点到检测激光头的距离。如此就可以测出达到胶水层厚度的**变化值。
此时CP1H通过通信实时采集胶水层厚度变化值，提供给伺服予以调整胶水涂覆夹辊个高度，保证胶水涂布在材质上的厚度控制在±1丝的误差以内。
结合客户要求，控制方式上使用定时均值调整方案。我们设计并完成实际应用印刷业高精度胶水涂布机系统，就是这样一个生产自动化控制的实例(见图4)。
图4 控制方式原理图
在定时均值调整方案中，根据ZS-L位移检测传感器激光头离夹辊可以测量出实际距离，根据编码器反馈可以测算出材质线速度，通过实际间距和线速度可以测算出ZS-L位移检测传感器测出实际厚度反馈的滞后时间，这时就可以比较滞后时间前实际夹棍间距与ZS-L位移检测传感器测出实际厚度间的差值（另需去除材质厚度）。根据差值输出给伺服系统，来调整夹辊的间距，用以调整涂覆在材质表面胶水的厚度。
实际设备安装完毕后对部分材质进行了试运行，结果比较满意，胶水厚度的涂覆精度能够达到设计要求。图5是设备完成图。
图5 设备完成图
4 结束语
可以分享的是使用CP1H 本体上第二的串口和CJ1W-SCU41-V1 的第二的串口分别建立RS232通信连接，都应设为串口网关模式。利用CX-P中自有的OMRON ZS FB功能块，建立ZS-L位移检测传感器与CP1H的通信。
实际现场调试时，ZS-L位移检测传感器在测量透明材质上的胶水时，即使使用玻璃检测等模式都不是十分理想，需要反复调整参数，材质在检测点的必须紧密附着，位移检测传感器**与检测点成一体化安装，以保证检测精度和防止机械上的干扰。
3G3MZ系列为欧姆龙*新推出的高功能紧凑型矢量控制变频器。这款产品作为小型变频器，欧姆龙将其定位于中端产品，凭借其先进的矢量控制技术、丰富的高附加功能、及有竞争力的性价比在业界引起极大反响。
3G3MZ系列变频器主要针对国内的 OEM 客户开发设计，其开环矢量控制，实现高精度高转矩；内置EMI噪声滤波器，有效提高系统可靠性；大幅度降低噪音干扰，避免电磁干扰其他设备导致误动作；带旋钮的操作器，并可自由移动，使用简单；支持Modbus、Profibus-DP、Devicenet、CANopen多种通信功能，内置PID 调节、自动节能、UP/DOWN、多段速控制、同步控制等高附加功能在包装行业、纺织行业、恒压供水等多个行业上有着广泛的应用。
恒压供水系统应用案例如下：
恒压供水是指在供水网中用水量发生变化时，出口压力保持不变的供水方式。以往的变频调速恒压供水设备，往往采用带有模入/模出的可编程控制器或PID调节器，PID算法编程难度大，设备成本高，调试困难。采用3G3MZ变频器，通过内置的PID 调节器，无需再另加控制器，即可实现恒压供水的自动化控制，再辅助以其他软启动/软停止功能，自动节能功能等该系统在风机泵类负载中有明显的节能优势。
3G3MZ参数设置步骤：
1、 多功能模拟输入设置
设定是通过A1 端子电流输入还是电压输入
切换多功能模拟输入的电流输入/ 电压输入时，需在设定n4.19 的同时切换多功能模拟输入方式切换SW 
电流输入范围：0 ～20mA（出厂设置为电流输入4 ～20mA）；电压输入范围：0 ～ 10V
2、 PID控制设置 
1) PID目标值输入选择 
设定为4，由变频器参数（nA.11）确定目标值
2) PID反馈值输入选择 
设定为2，多功能模拟输入A2 端子/ 负特性
输出频率增加（电机转速增加）→反馈值减少（检测器的输出电压/ 电流减少）
3) PID 控制的调整功能 
P 控制：输出与偏差成比例的操作量。但只靠P 控制不能使偏差为零。
I 控制：输出对偏差进行积分的操作量。在使反馈值与目标值一致时有效。但无法适应急剧的变化。
D 控制：输出对偏差进行微分的操作量。可对急剧的变化尽快作出响应。
在nA.02( 比例增益) 中设定“0.0”时， PID 控制不动作。（不仅是P 控制，整个PID 控制全都无效）；在nA.03( 积分时间) 中设定“0.0”时， I 控制不动作；在nA.04( 微分时间) 中设定“0.00”时， D 控制不动作。
当供水系统压力波动较大出现超调时，减小PID的比例值；反之动态响应较慢则增加该值。
4)反馈值调整用增益
为了使检测器发出的反馈信号符合PID 控制的目标值和电平，使用该项功能。 
基本上根据确认的电压值（电流值），用下式进行计算。
增益设定值=10V/ 反馈信号电压值（或=20mA/ 反馈信号电流值）
5)PID 控制休眠功能（nA.14 ～ nA.16）
PID 控制过程中变频器的输出低于一定频率时，可使PID 控制休眠。 
PID 控制休眠：输出频率低于nA.15 的值并且超过nA.14 的检测时间持续一段时间后，转移到休眠状态。
PID 控制休眠后重新起动：PID 计算结果的频率指令超过nA.16 的值时，从0Hz 开始重新起动。
请务必设定为nA.15< nA.16，尽量空开频率的间隔。否则切换到PID 控制休眠的次数会过于频繁。
启动后，当用水量增加管网压力小于设定压力时，由压力变送器反馈的压力信号通过变频器内置PID处理后，使变频器输出频率增大，电机转速升高；当用水量减少管网压力大于设定压力时，由压力变送器反馈的压力信号通过变频器内置PID处理后，使变频器输出频率减小，电机转速降低；随着反馈压力的变化，变频器输出频率随之变化以维持管网压力稳定，实现一个闭环控制系统。