西门子PLC模块6ES7518-4FP00-0AB0
制袋机PLCHMI伺服电机
1 引言
项目原型基于小型制袋封切机开发外销出口型新机。原制袋宽度为600-1000mm。由于该机型送料胶辊惯量较小，送料电机采用130步进电机经过减速可实现传动，使用单片机进行位置控制。新机型制袋宽度提高到1500mm，送料胶辊惯量大幅增加，考虑到既能满足精度和速度的要求又有较大的瞬间转矩，送料系统改用伺服电机。由于用PLC开发周期较短而且抗干扰性、灵活性好，所以采用PLC+HMI作为控制系统。同时可实现中英文操作画面，满足设备出口的要求。
2 封切机机工艺
2.1工艺结构
封切机机由机身、上下切刀、变频传动机构、上下送料胶辊、伺服传动机构、放料架、放料直流电机、可调色标检测架、可移动操作箱、电控箱等单元构成。
2.2封切机工艺过程
（1）空白定位运行方式：忽略色标信号，送料长度为设置袋长，送料完成后剪切并计袋数，循环动作直至袋数达到设定值，停机并延时至设置时间，以等待收料设备或操作人员收集袋料后，再次启动并循环工作。
（2）色标定位运行方式：送料长度为设置袋长，在此期间的色标信号忽略，继续送出偏差长度的袋料，检测色标信号，定位于色标信号，定位完成后剪切并计袋数，循环动作直至袋数达到设定值，停机并延时至设置时间，等待收料设备或操作人员收集袋料后，再次启动并循环工作。若误检次数达到默认值，则停机并报警。
工作流程如图1所示。
图1控制流程简图
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3 FD1500型封切机机电系统设计
3.1传动系统设计
（1）切刀传动系统。切刀传动系统为交流变频器拖动三相异步电机，由面板电位器调速，PLC控制切刀启动与停止。传动轴上安装2只霍尔开关，分别检测切刀低位和送料/切刀高位。开关1：切刀低位信号，该信号为送料停止信号。若送料时检测到切刀低位信号则表示系统超速，需报警并停机。开关2：收到切刀低位信号后的ON信号为送料信号，是送料电机的启动信号；第二次ON信号为切刀高位信号，是高位停机时的停机信号。
（2）送料传动系统。送料传动部分为交流伺服系统，采用同步带1：2减速传动。动力选用台达中惯量2KW伺服电机。具体型号：驱动器ASD-A2023M，电机ASMT20M250。
(3)控制精度计算。通过以下计算得出单个脉冲对应的送料长度，即为控制精度。
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系统要求0.2mm定位精度，现计算得出控制精度为0.0314mm，因机械定位误差不大于0.1mm，所以：定位精度+机械误差=0.1314mm<0.2mm，定位精度满足制袋机系统要求。
（4）高脉冲输出频率计算。用户要求高送料速度为180m/min，由此可计算得出系统所要求的脉冲输出频率，以此为PLC选型的重要依据。
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3.2PLC与HMI选型
（1）输入信号统计。在色标传感器检标时，由于袋料上所印刷的色标不同，故亮通（LightOn）、暗通(DarkOn)均有可能。无论亮通或是暗通，在检测到色标信号时都需要PLC作出中断响应，所以需要把色标传感器的LightOn与DarkOn都接入PLC。色标信号：2点；低位信号：1点；高位/送料信号：1点，共4点DI信号。
（2）输出信号统计。脉冲输出（Pulse+Sign）：2点（Y0，Y1）；切刀动作：1点；冲孔动作：1点；蜂鸣器：1点；共5点DO信号。
（3）其它功能。可输出大于系统所要求频率（95541pps）的脉冲；2点外部中断回应。
基于以上考虑，PLC选择DVP-20EH00T。具体功能参数为：200Kpps脉冲输出，8点外部中断回应。同时与HMI通信可使用RS485连接，抗干扰能力优于一般的RS232通信方式。HMI选用台达DOP-A57GSTD高性价比触摸屏，通过图3可见触摸屏操作更为直观方便。大部分操作在HMI上进行，从而可减少外部按钮开关、指示灯的使用，只保留急停按钮等必要设备。
机电一体化封切机电系统原理如图2所示。
图2新旧机型HMI操作面板对比
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3.3PLC程序设计要点
主体程序使用逻辑顺序控制，除此之外的编程重点如下：
（1）使用浮点运算。为减小计算误差，如袋长脉冲数、偏差脉冲数等重要数据的计算，均使用浮点运算。经过验证，计算误差小于0.001mm。
（2）袋长脉冲送料使用DPLSR可调加减速脉冲输出指令，反复修改并验证启动频率与加减速时间设置的合理性。完成袋长脉冲之后，使能色标检测，以忽略袋料中间部分的色标误检。检测到色标时，响应外部中断，执行中断程序置位M1334以停止CH0脉冲输出。可设置亮通（LightOn）中断或是暗通（DarkOn）中断。精简中断程序的内容，尽量减少中断对扫描周期的影响。
一、控制架构
根据控制工艺选择台达控制构架。
本系统选用台达小型PLC（60ES200T）、变频器（VFD-B）、B系列触摸屏（B05）、伺服驱动器（ASD-B2-1021）。触摸屏用来设定初始化参数和监控输出状态，并用作报警输出，一旦出现异常动作，立即跳出警报原因，让客户轻松地排查故障，PLC作为控制核心，处理所有的工艺动作流程。
从下图电气系统架构中可以看到，PLC的COM1口使用RS232方式连接DOP；COM2口通过 RS485口连接变频器作通讯，ES2两路高速脉冲给伺服做定位用。
ES2特点：
内建8点高速输入（2点100KHZ,6点10KHZ）
内建4轴高速脉冲输出（2点100KHZ, 2点10KHZ）
内建3个通讯端口（1个232，2个485通讯口）
特殊运动控制指令（可变速脉冲输出，遮没功能、对标功能，闭回路定位功能，填表式脉冲输出，）这些功能使得ES2在此系统编程中能够得心应手。
ASD-B2特点
系列支持17位的高分辨率编码器，满足机器设备高精度定位控制及平稳低速运转的应用需求；可以降低扭矩的变动幅度，提升电机的高度；优异的高速性能表现：速度响应频宽为550Hz,命令整定时间可达1ms以下；自动共振抑制功能能很容易寻找到系统共振点并能合理衰减。
二、 工艺流程
下面介绍自动状态。
自动状态切蛇皮袋有分为定长切和色标抓取切。
色标状态：自动启动－－－－输送电机启动－－－－送袋伺服快速送预置长度－－－－送袋伺服慢速－－－－找到色标－－-立即快切—搓袋延时－－－－搓袋完毕，切完返回－－-夹具压紧袋子－－－－拉袋伺服快速拉到指定位－－-输送气缸压下拉袋返回—袋子缝纫位到—缝纫袋子启动－－-剪刀位到—缝纫完毕剪刀动作。
无色标为切定长状态，自动状态类似。
由于在不同袋子长度或材质不同需要开放下列触摸屏的设定，这样任何袋子都可以方便生产。
手动状态下：各个驱动输出可独立控制，方便生产出现异常时手动调整。
自动状态下：按下自动启动后，系统就开始按工艺流程顺序执行，通过人机自动记录测量和保存数据，方便分析，直至人工将其停止。。
三、 操作流程
a) 在触摸屏上设定好各项运转初始化参数。
b)开机后原点归位：按原点复归，让俩颗伺服电机各回到其原点位置。
c)自动启动：一切准备好后按自动启动按钮，系统就开始自动运行,按工艺流程顺序执行。
d)自动停止：中途按下停止后，该循环结束后系统即停止，不再循环动作下去。
e)急停：停止所有，中断程序，紧急情况下使用。