摘要：本文簡單的闡述了歐姆龍最新的CP1H PLC和SmartStep Z系列伺服電機在可調式透明膜三維包裝機上的應用及對歐姆龍產品的分析。
關鍵字：三維包裝、高速脈沖、伺服控制

本文以上海某包裝企業的新型LS-300L型氣動可調式透明膜三維包裝機為背景，討論歐姆龍PLC、伺服電機、人機界面等自動化產品在該機包裝控制系統中的應用。LS-300L型三維包裝機主要應用于醫藥、食品、化妝品、煙草等行業，為包裝盒外包裝塑料膜。以前此類產品主要使用三菱、富士、三洋等品牌的產品，現因為該行業內的競爭日趨激烈，材料成本壓力較大，原控制系統逐漸在控制的便利及性價比方面越來越不能滿足客戶的需求。歐姆龍CP1H PLC與SmartStep Z系列伺服、NS系列人機界面的經典組合，為客戶提出了一套完美的解決方案。

LS-300L型氣動可調式透明膜三維包裝機是機、電、氣一體化產品。該機控制系統啟動后，由伺服控制送膜，汽缸依次自動完成推包、切膜、吹氣、折角、上折、下折、整形熱封等物品的包裝動作，主要用于各種盒裝物品的外包裝。包裝折疊部分采用熱封方式粘結，可以起到良好的密封、裝潢、美觀、防潮和防干燥作用。另外有一根易拉線與薄膜粘合后包裝，方便拆封。

一、包裝生產過程中對控制系統有以下的工藝要求：
1） 生產效率，在連續正常生產的情況下，當下膜長度在300mm時，每分鐘包裝25-30個左右；
2） 包裝盒的大小差異很大，當包裝盒的體積很小時，下膜的長度相應也比較短，如果偏差比較大，折角、上折、下折動作后，進行整形熱封時會造成封口處粘合的位置不一致，在測量同一品種的產品時會有差異，影響生產質量，因此對下膜長度精度要求很高；
3） 推包、折角、上折、下折在正常生產過程中應當有相應的保護措施，保證動作與動作之間不會產生沖突，造成機械上的損壞；
4） 推包、折角、上折、下折、整形、下膜、吹氣、切膜等動作次序的配合要合理，保證包裝質量和效果不受影響；
5） 有完整可靠的報警及安全措施，保證安全生產；
6） 包裝速度：20-30盒（條）/分；
7） 包裝材料，熱封玻璃紙或兩面涂層的OPP(BOPP)薄膜。膜厚一般為0.022-0.03mm，使用卷料形式芯子內徑76mm,拆封窄帶寬度為1.2-3mm；


二、系統構成

LS-300L型包裝機的所有機構全部采用氣動組件，全部采用氣動控制，在同行業同類型產品中屬于中高檔機種。該包裝機根據包裝盒的大小長短，只需通過控制系統的人機界面對包裝膜的長寬、伺服電機的速度等進行調整就能夠進行包裝。系統主要采用了歐姆龍的CP1H-X40DT-D PLC、NS5-SQ00/0B-V2人機界面、R7M-Z40030-S1Z伺服驅動器、R7D-ZP04H伺服電機等一系列產品。
CP1H是歐姆龍最新的超高速的一體化緊湊型PLC，它整合了CPM2A和CJ1系列PLC的優點。內置功能，如數字I/O，高速計數、高速脈沖輸出、模擬輸入和輸出提供了極大的靈活性。集成的通信網關功能使CP1H成為第一個符合歐姆龍Smart Platform概念的緊湊型PLC。只需要一個連接，使用CX-ONE軟件包，所有通過以太網、DeviceNet或者串行通信連接到CP1H的設備都能被配置、編程和監視。編程電纜只需要標準的USB電纜，使用快捷、方便。
NS系列觸摸屏是工業級的IT人機界面，具有256色（32768色圖像顯示）、高亮度、寬視角；多語言支持（16種）、用于梯形圖監控和數據傳送、存儲的CF卡；豐富的宏語言功能；具有Ethernet和Controller Link網絡接口，USB打印驅動；增強網絡功能-NS可放置在有網絡連接的所有地方；系列化的智能控件(SAP)－在NS終端上無需編程實現設置、設定、監控等功能；重量輕、扁平外形設計、前面板IP65防護等級。
SmartStep Z系列伺服具有全自動增益調節功能；并且裝備了比以前W系列的增益自動調整更加進一步的自動調整功能。結合客戶的系統只需要表面的2個旋轉開關就能夠完成設定！之后，所有的調整，伺服驅動器都能自動地自己完成。作為驅動類機器的伺服，在小型化方面，更加前進了一步。在歐姆龍產品的體積比率上，實現了60%的小型化，對于加工小部件的小型裝置的伺服以及原先裝置的小型化改造來說，是最適合的。
三、控制系統設計考慮說明：
控制系統的控制有3種工作方式：1）手動操作；2）單動操作；3）自動連續操作。以下對控制系統手動操作方式考慮作簡要說明。
當手動操作時，推料、折角、整形、上折、下折、易拉線、下膜、切膜、吹氣都能獨立動作，其中：
推料：推料－>推料到位－>推料停－>推料回程－>推料回程到位－>推料回程停
折角：折角－>折角折到位－>折角停－>折角回－>折角回到位－>折角回停
整形：整形－>整形開始延時－>時間到－>整形退
上折：上折下降－>上折下降到位－>上折下降停－>上折上升－>上折上升到位－>上折上升停
下折：下折上升－>下折上升－>下折上升停－>下折－>下折下降位－>下折向下停
易拉線：易拉線動作－>易拉線動作延時－>時間到－>復位
下膜：下膜－>伺服動作－>下膜到設定長度后停止
切膜：單獨點動
吹氣：吹氣動作－>定時開始－>定時到－>停
單動操作時，系統完成一次由推料、下膜、吹氣、切膜、折角、下折、上折、整形組成的動作。
自動連續操作是連續的單動操作，在沒有盒子的情況下，會自動停止。在自動運行的狀態下，系統會自動進行計算，然后在人機上顯示。

四、系統的保護及安全措施
1）在手動狀態下，推料只有在折角回程到位、上折上升到位、下折下降到位的時候，才允許推料動作。
2）在手動狀態下，折角只有在推料回程到位、上折上升到位、下折下降到位的時候，才允許折角動作。
3）在手動狀態下，上折只有在推料回程到位、折角回程到位的時候，才允許上折動作。
4）在手動狀態下，下折只有在推料回程到位、折角回程到位的時候，才允許下折動作。
5）當系統由手動操作狀態切換到自動運行狀態或者由自動運行狀態切換到手動運行狀態時，所有的汽缸都自動復位。即推料、折角、整形、上折、下折、易拉線、切斷、吹氣都復位到初始狀態。
6）一旦在自動運行模式下啟動時，系統會自動先進行檢測，確認所有的汽缸是否處在復位狀態，如果沒有處在復位狀態，系統就會報警，同時將所有氣缸復位。
7）為保證氣壓的正常，一旦氣壓不足，系統會有提示信息，告知用戶，氣壓不足，系統不能啟動。
8）整個系統提供兩個急停開關，一旦出現緊急事故時，按下急停按鈕，系統全部停止。所有的操作都禁止，直到故障解除后，將急停按鈕復原后，才能進行所有的操作。
9）伺服一旦出現故障，系統會提示相應的報警信息，提示用戶檢查伺服電機。


五、系統的工藝參數設置及控制畫面


六、系統設定
1、 長度控制
系統的下膜長度是由伺服控制的，SmartStep Z系列的伺服控制非常方便。調整脈沖的分辨率只需調節伺服驅動器上的指令脈沖設定旋轉開關(PULSE)即可，無需用操作器來調節。伺服的動作快慢及動作長度都是靠CP1H PLC發出的脈沖的頻率及數量來控制的。
2、 下膜速度的控制
下膜速度的控制就是CP1H PLC控制高速脈沖的頻率SPED指令來控制的，SPED速度越大，下膜速度越快。
3、 氣缸動作控制
氣缸動作都是由PLC的開關量輸出點控制的，分別控制機器的推料、折角、切膜、上折、下折、整形熱封等動作，動作到位后由光電傳感器反饋給PLC的輸入點。


七、結束語
以上是對歐姆龍自動化產品在LS-300L型氣動可調式透明膜三維包裝機上的應用作了簡要討論。CP1H系列PLC、NS系列觸摸屏與SmartStep Z系列伺服電機的完美結合，在位置控制要求精度較高的包裝行業，具有很廣泛的應用空間。