西门子PLC模块6ES7517-3UP00-0AB0

  1 引言

    某超声波设备有限公司主要生产应用于电子等行业超声波清洗设备。以前使用的进口品牌的机电产品。因为行业内竞争的日趋激烈，运营成本压力较大，并且原有的控制系统逐渐在安全保护和控制的便利性上越来越不能满足客户的需求，加之在售后服务方面存在很多问题，导致该公司开始寻找新的合作伙伴。台达机电自动化技术平台的多样化、极高的性价比、优质完善的售后服务体系等成为客户的选择。项目经过一个月的时间对其全自动超声波清洗设备开发成功，在其行业里全自动清洗达到行业，引起了不小的影响，对台达工控产品在超声波清洗行业的推广打下了良好的基础。

    2 系统组成

    超声波清洗设备是电子行业必不可少的工艺装备，广泛应用于硅片清洗等工艺环节。本

    文介绍的全自动超声波清洗系统解决方案基于台达机电一体化自动化技术平台，自动化系统实现了上料、提拉、搬移、下放、下料工艺操作，提高了设备自动化程度和提高了产品的档次。超声波全自动清洗设备由PLC、伺服、机械手、超声波发生器等部分组成，通过PLC对伺服的控制来达到对机械手的高精度控制，使硅片从槽一直到第十槽来达到硅片的清洗。超声波全自动清洗设备的台达解决方案自动化系统采用PLC技术。系统由PLC、触摸屏、运动控制等单元集成，系统架构设计参见框图1。    

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    图1系统架构设计

    3自动化清洗工艺设计

    3.1工艺分析

    本项目清洗设备由10个清洗槽组成。设计采用两个机械手操作，个机械手分管1-8槽，第二个机械手分8-10槽，其中第8槽为公共槽，下放由个机械手完成，提拉由第二个机械手完成。具体工艺如下：

    个清洗篮从上料架提出，放至槽，经过1槽工艺时间，篮子从槽放至第二槽等待，然后机械手从第二槽位置挪到上料架位置，再提一篮放至第槽，接着机械手挪到第二槽位置，把第二槽中的蓝提出放至第三槽，然后退回到槽把槽中的篮子放至第二槽，在回到上料架，从上料架位置提篮放至槽，然后机械手移至第三槽，把篮子从第三槽放到第四槽，然后在第二槽放至第三槽，槽放至第二槽，上料架到槽，再移至第四槽，第四槽的篮子移至第五槽，然后第三槽到第四槽。。。。。。，以此来推一直到第八槽，然后第二个机械手动作把第八槽移至第九槽，第九槽工艺时间到，然后放到第十槽，同时个机械手第7槽放至第八槽，八槽工艺时间到，第八槽放到第九槽，个机械手按照前面步骤，一直到上料架放到槽，第十槽工艺时间到，第二个机械手把第十槽篮子提出放到下料架，完成一个篮子中硅片的清洗，放好后等待第八槽中篮子的工艺时间，第二个机械手取第八篮放至第九篮……..，第二个机械手与个机械手动作逻辑独立，唯一有关系的就是确保第8槽有篮子的时候，个机械手不能过去放篮子，同理没有篮子的时候，第二个机械手不能去取篮子，两个机械手不能同时出现在第八篮的上方，否则会出现不可预知的结果，损坏部件。

    3.2算法优化设计

    可以看出以上如果按平时一般的思路一步一步写的话，会非常的繁琐，如果要一步步写的话，程序量非常的大，而且这只是其中一种模式，如果全都是一步步写的话，估计程序两会大于16K，使之出现EH2程序容量不够写的情况，所以不得不使用更好的思路来写程序。经过考虑采用双循环的思路写程序，外循环为前面槽的目标位，内循环为当前槽的目标位，这样所有逻辑都是以循环中的目标值来确定，这样程序量大大的减少，程序控制在6000步以内。

    （1）正常清洗模式：此模式按前面的工艺处理。

    （2）下班处理模式：在正常模式中如果按下下班处理模式，上料架不再上篮，等到第1个篮搬到第二个篮，直接搬第七槽搬到第八槽，以此类推，直到所有篮子全部出槽。

    （3）故障处理模式：由于电器或机械出故障发生时，必须有一个故障处理模式，那故障处理首先机械手回到原点位置，然后从第八篮搬到第九篮，然后等待九槽工艺时间，时间到搬第九槽到第十槽，同时个机械手第七槽搬到第八槽，然后再调用下班模式，进行故障处理。

    （4）数据处理：由于槽的尺寸都是不一样的，那在编写程序时数据处理工作量是很大的，在数据处理时相同的依据就是我双循环的数据。

    4结束语

    本项目的技术难点之一就是一些逻辑及数据细节的处理非常的繁琐。通过重点的分析和对应设计，对于程序空间优化给出比较细致的讨论。

 3 台达自动化解决方案

    3.1控制系统的组成

    根据模切工艺的控制要求，基于台达机电自动化技术平台的模切机控制系统由台达PLC、人机界面、变频器、伺服控制器等单一自动化平台集成：

    （1）台达的伺服控制器：B系列1KW中惯量伺服；

    （2）台达的变频器：VFD022B43A；

    （3）台达的PLC:DVP12SC；

    （4）台达的人机界面（HMI）:DOP-A57BSTD。

    3.2人机界面

    系统中的触摸屏用于人机交互操作（设置参数/状态状态等）；PLC主要作为伺服定长控制和变频器模切以及定长裁切控制的控制元件；伺服系统用于定长控制；变频器用于模切控制。另外还用张力控制器控制收放卷的恒张力。主监控操作画面参见图1和图2。   

图1主监控操作画面（1）

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图2主监控操作画面（2）

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    3.3运动控制

    （1）伺服系统运行强度。系统要求伺服能频繁启停，且保证高速高精。每分钟启停在240次以上，精度在0.1MM以下。经调整参数我们B系统伺服完全能满足要求。  （2）变频器运行强度。系统要求变频器能快速起停以提高模切速度，以及保证停止时模切头不会过冲。通过放大变频器功率（2.2KW变频器+1.5KW电机），增加变频器的刹车电阻。变频器加减速时间可以调整到0.1秒。保证快速启停。

    3.4调试与运行

    （1）张力限制。收放卷张力合适才能保证伺服定长精度，才能确保收放卷电机的长寿命，否则电机会应发烫严重而影响使用寿命。

    （2）减低负载提高精度。伺服定长好能设定加减速时间的PLC指令，这样可以降低伺服负载和提高定长精度。

    （3）减速时间。变频器加减速时间一定要短，才能提高生产效率和停机不会过冲。

  1 引言

    模切压痕属于印（刷）后（期）加工的一项重要生产工艺，用于各类印刷品压切成单个图形或表面的整饰加工，模切质量的好坏直接影响整个产品的市场形象。

图1主监控操作画面（1）

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    在众多印后设备品种中，我国模切机产品的技术和产业化已经达到较高的水平。国内已经可以制造包括全自动平压平模切机在内的商标模切机、不干胶商标模切机、圆压圆模切机、圆压平模切机、平压模切压痕机等产品。近年来，已经可以制造联动线上的模切单元，如：柔性版印刷机、凹版印刷机、不干胶印刷机、瓦楞纸印刷开槽机等设备的模切单元。制造全自动和半自动模切机的企业也越来越多。其中就有瑞安市鹤翔印刷机械制造有限公司等温州企业。在温州的模切机行业中大多使用日系的伺服系统。瑞安巨丰机械厂使用台达的B系列伺服系统的成功，为台达伺服在温州模切机行业的推广起到了积极推动作用。

    2 模切工艺

    模切机，主要用于纸品类包装装潢工业中的商标、纸盒、贺卡等的模切、压痕和冷压凸作业，是印后包装加工成型的重要设备。模切机的工作原理是利用钢刀、钢线（或钢板雕刻成的模版），通过压印版施加一定的压力，将印品或纸板轧切成一定形状。若是将整个印品压切成单个图形产品称作模切；若是利用钢线在印品上压出痕迹或者留下弯折的槽痕称作压痕；如果利用阴阳两块模板，在印品表面压印出具有立体效果的图案称为凸凹压印，以上可以统称为模切技术。

    模切压痕技术是按模型压痕和按模版压切两种加工技术的综合统称，其原理是在定型的模具之内，通过施加压力的大小，使印刷载体纸张受力陪位产生压缩变形或是断裂分离。模切压痕设备（简称模切机）的主要机件是模切版台和压切机构。被加工板料就是处于这二者之间，在压力作用下完成模切的整饰技术处理。模切压痕版有不同的类型和相对应的压切机构，使模切机分为平压平型、圆压平型和圆压圆型三种基本类型。而平压平模切机又因为有版台及压版的方向位置不同之别，可分为立式和卧式两种。

    模切工艺是包装印刷品常用到的一道工艺，就是用模切刀根据产品设计要求的图样组合成模切版，在压力的作用下，将印刷品或其他板状坯料轧切成所需形状或切痕的成型工艺。压痕工艺则是利用压线刀或压线模，通过压力的作用在板料上压出线痕，或利用滚线轮在板料上滚出线痕，以便板料能按预定位置进行弯折成型。通常模切压痕工艺是把模切刀和压线刀组合在同一个模板内，在模切机上同时进行模切和压痕加工的工艺，简称为模切。工艺介绍模切压痕的主要工艺过程为：上版→调整压力→确定规矩→粘贴橡皮条→试压模切→正式模切压痕→清废→成品检查→点数包装。