西门子主机6ES7214-1AG40-0XB0参数详细

套标机的用途是给瓶装商品套装彩印商标薄膜。典型的套标瓶装商品是快速消费品，例如瓶装饮料、化妆品、药品、保健品等。根据套标速度的不同，套标机可以分为以下几种：100-150瓶/分、150-250瓶/分、300-400瓶/分、400-600瓶/分、600-800瓶/分。目前市场数量*大的集中在100-400瓶/分的设备上，大于400瓶/分的设备属于高速套标，虽然目前市场份额不大，但由于行业内的竞争日益激烈，使得各厂家都在积极研发自己的高速套标机，速度*高达到800瓶/分，已接近机械系统的运行极限。 

2 高速套标机电控系统分析 

2.1 套标机控制 

套标机控制的难点在于考验PLC及伺服的响应性，生产效率越高，对于PLC发脉冲的频宽和伺服的动态响应性及频宽要求越高。因此在选用DELTA品牌时，PLC的主机选择性能较高的DVP40EH00T2系列主机，也可选择DVP28SV11T。这两款主机是台达2007年推出的小型PLC中性能*高的。分别有4组200KHz的高速脉冲输出通道及4组200KHz的高速脉冲输入通道，同时基本指令的执行时间明显优于业内同档次的PLC。 

2.2 伺服的频宽及动态响应性 

有了性能较高的控制器，接下来要考验则是伺服的频宽及动态响应性。台达A系列伺服的响应频宽为450Hz。在要求生产效率为200-300瓶的范围内有一定的余量。基于以上两点，硬件是完全能够满足效率的要求。但如果生产效率要求在400-600瓶/分或600-800瓶/分的高速套标时，对于PLC及伺服的要求都会非常高。伺服的频宽450Hz是难以完成如此高的响应性的，而对于PLC则针对脉冲的平滑处理要求则更加高，需要将*高运行频率与*低运行频率之间的减速曲线做的比较平滑，还要满足加减速的快速性。针对这样的要求，DVP40EH00T2新增了DPTPO的填表式发脉冲，加减速一共60段。在效率为200-300瓶/分的速度时，可以满足要求；在400-600瓶/分，600-800瓶/分60段的加减速还是不够，应该考虑能够将分段在细一些或加减速的段数可以认为在特殊寄存器中自己定义。如果能够做到这一点，对于高速套标，我们的PLC是非常有优势的。突显非常高的性价比。 

2.3抓色标 

控制上的难点在于抓色标。所谓抓色标即PLC接到色标传感器的信号后，能够非常快速的响应，并立即控制伺服停下来。一方面是考验PLC在执行中断时的快速性，同时也在考验PLC在相同的频率下发脉冲，中断一来，能否稳定、一致、快速的禁止发脉冲。如果PLC不能保证中断执行的快速性、一致性，稳定的将脉冲禁止，则会出现长短标的现象。这对于客户是不能够接受的。同时在高速发脉冲的时候，由于标长比较短，意味着一个完整的标长对应的脉冲当量比较小。如果对于发脉冲不做加减速的处理，当检测到色标时，伺服运行在高速状态，PLC此时发脉冲的频率非常高，则会造成伺服的过冲。切出来的标签会长于一个正常的标长。因此对于PLC发脉冲加减速的处理是非常关键的。即要平滑的加减速又要以较高的频率运行，以满足生产的高效性。这一点对于控制和PLC而言都是有一定的难度。因此如下图所示的曲线是比较合理的。

加速段采用0-π/2的正弦曲线，等分20段进行，每个PLC扫描周期角度增加1/20度；减速采用余弦0-π/2，等分40段，每個掃描周期角度綫小1/40度。如何处理好平滑的加减速的同时保证生产的高效性是做好套标机的关键！对PLC的考验也在于此。目前使用DVP28SV或EH2的主機在穩定狀態下能夠做到300-400瓶/分，效率再高已經比較困難，一方面對於發脈衝指令的平滑有更高的要求，另一方面對於伺服的頻寬也有更高的要求。當然如果在不計成本的條件下，使用DVP20PM與A2的伺服相信效率會有所提高。 

3 高速套标机电控系统设计 

高速套标机生产效率大幅度提高，对控制系统的要求也非常得高。首先对于PLC不仅要求高频宽的脉冲处理能力、脉冲指令的平滑处理能力、中断的响应能力等有很高的要求，同时对于伺服的响应频宽、瞬时的启停的高响应性都有非常高的要求。目前在小型通用PLC中，台达SV/EH2系列提供填表式的发脉冲功能，加减速一共60段，能够实现200-300瓶/分的速度。基于SV/EH2系列PLC的高速套标机控制系统结构如图1所示。基于台达机电产品的套标机硬件配置如表1所示。PLC输入输出定义如表2所示。PLC电控系统原理如图2所示。

 
图1 高速套标机控制系统

表1 硬件配置 

表2 PLC输入输出定义 

 
图2 套标机PLC电控原理

4 控制特色及指标 

4.1同步通讯控制 

分瓶、带瓶、输送、料架的同步通讯控制。取代了一般通过电位器的手动操作。当整机运行速度发生变化时，必须通过人为的手动调节后，才能正常的生产，一方面增加了操作人员的工作量和难度，同时对于操作人员也有一定的要求。需要比较有经验的人员操作。当然使用同步控制器可以完成这样的功能。但通过通讯的方式做同步控制，能够帮助机械生产厂家节省一个同步控制器，降低了设备的成本。分瓶、带瓶、输送、料架的速度调整在自动运行的情况下，速度会跟随主速的变化而变化，达到同步。而在手动操作时，客户可以自己人为的在触摸屏上单独设定不同的速度。非常的人性化而且操作简便。其中同步控制方面，可以选择输送作为主动力，分瓶、带瓶作为从动部分，因此速度同步关系可以通过如下公式进行计算：V2=K1V1（K1为同步比例系数、V1为输送的速度、V2为分瓶的速度），以此类推：带瓶的速度V3=K2V1（K2为同步比例系数、V1为输送的速度、V3为带瓶的速度） 

4.2 高精度自动对标 

针对原来对标时，还需要通过人为的调整色标传感器的位置，以达到切标能切到透明段，操作起来比较麻烦。因此在设计时充分考虑到这样的要求，通过巧妙的程序设计，实现了低速时自动对标的功能。一旦操作完成，即使速度发生改变，只要在允许的范围内变化（通常满足设备的*高运行速度），无需在人为的调整色标传感器的位置。方便、简化了调机的操作。启动前自动以低速运行，开中断禁止发脉冲，达到自动对标的功能。速度在300-400瓶/分时，能将对标精度控制在0.5-1mm。 

4.3 系统整体性能 

当袋长、速度设定完毕，通过循环指令，将转化后的脉冲当量和运行速度按照加速20段、减速40段自动填充到指定的寄存器中。高清晰度、高可靠性的宽屏人机界面，同时为了延长其使用寿命，这款触摸屏还支持USB的鼠标操作，支持U盘的存储、支持以太网、打印以及播放MP3、MP4的强大功能，给设备增添卖点。完善的报警操作，可以方便的记录发生报警时的日期、时间与详细的报警信息。并且方便的进行查询。密码保护，人机、PLC的密码保护双层操作。并且可以根据客户的需求增加是否需要定时停机的功能，方便客户收款等操作，安全可靠。 

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