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      基于PLC的沖壓裝墊機的設計與實現

      放大字體  縮小字體 發布日期:2020-03-07 18:54:44    瀏覽次數:12    評論:0
      導讀

      主要闡述了基于PLC的沖壓裝墊機的設計與實現,在包裝行業中往往需要向包裝盒內加裝隔墊,使用伺服沖壓成型入盒的方式能夠快速有效地實現這一動作,同時采用通訊擴展方式增加外設伺服軸,使得系統控制更加精準。

      0 引言

      隨著全國勞動力成本的日益增加,尤其是在日化包裝行業中,由于產品的產量巨大,需要大量的人力投入,同時由于行業工種性質,大部分人力都花在了重復勞動上,于是越來越多的自動化設備被運用到包裝行業中[1]。在乳品行業從自動開箱機之后到自動裝箱機之前需要對空箱填充隔板用以固定奶包防止運輸過程中的晃動,而由于隔板的形狀各異同時在高速包裝系統中對節拍有著嚴苛的要求,傳統的做法往往是在開箱機與裝箱機之間增加人工填充隔板,這就必然導致了人力成本的上升。為實現全線自動化,設計了一套自動沖壓裝墊機,能夠有效地解決這一問題。

      1 沖壓裝墊機的工作原理及硬件架構

      1.1 沖壓裝墊機的工作原理

      基于可編程邏輯控制器(Programmable Logic Controller,PLC)的沖壓裝墊機利用變頻電機帶動運輸鏈板,將開好的空箱送進裝墊系統,同時在運輸線上設置有多個氣缸,通過氣缸在不同條件下的動作將空箱分割送入裝墊工位。利用皮帶傳送線將預壓的紙墊送入吸墊工位,通過旋轉伺服配合真空吸盤將紙墊送入送墊工位,通過兩套送墊伺服將紙墊送至沖壓工位上,此時沖壓伺服動作,通過模具上下合模的方式將紙墊一次成型并送入空箱中,此時鏈板前端氣缸松開,將成品送出。

      1.2 沖壓裝墊機的硬件架構

      本次設計選用的是西門子200-SMART系列PLC,其延續了S7-200PLC的諸多功能,同時編程界面也較為簡潔,易于被工程師們所接受。通過PLC本身自帶的IO點以及擴展的IO點來控制變頻器以及氣缸、真空發生器的動作,同時由于本次使用的主PLC為ST60型,其最大支持3路PWM脈沖輸出,即最多能夠帶3個脈沖軸,而本例使用的伺服數量為4只,所以通過GET/PUT功能,使用西門子內部S7標準通信協議在原有的系統架構基礎上通過另一PLC(型號為ST30)帶動第四軸運行。沖壓裝墊機的硬件架構,如圖1所示。

      圖1 沖壓裝墊機硬件架構

      2 沖壓裝墊機的軟件設計

      2.1 主程序

      沖壓裝墊機的軟件編程采用了結構化編程的方式,通過嚴謹的結構框架,將不同的程序塊連接起來,同時制作了標準元件功能塊對執行元器件進行控制,使控制過程更加清晰易讀。主程序包含IO映射、伺服參數設置、報警處理以及系統層控制[2]。通過IO映射將PLC的IO點映射到V地址空間內,這樣做的優點在于程序中不再直接使用硬件點,當有硬件IO點故障損壞時,僅需要更改映射點而無需對整個程序進行變更;伺服設置對伺服的位置及速度等參數進行設置并存儲在相關的保持型寄存器中;報警處理將不同的報警信號進行歸類處理同時出發PLC的相應機制[3];系統層控制為控制程序的核心組成,其中包括自檢、初始化、自動、手動以及各單元的機構控制。沖壓裝墊機的主程序,如圖2所示。

      圖2 沖壓裝墊機主程序

      由主程序可以看出,在設備運行前需要對伺服參數進行相關的設置,由于本裝墊機為專用機,不存在多型號紙墊復用的情況,故而可以將相關參數固化并寫入初始數據表中。設備上電后,系統開始自檢檢測是否存在伺服及變頻有報警等情況并及時報警,自檢完成后會觸發初始化動作,此時氣缸及真空復位初始狀態,伺服軸開始執行回原動作,并移動至初始位置,初始化完成后等待自動啟動命令,在觸發自動運行后,設備進入自動運行狀態。

      2.2 伺服參數設置程序

      伺服參數設置關系到軸運行的準確性所以顯得十分重要,在對伺服參數進行設置時,由于使用的是安川脈沖型增量式伺服,所以在上電后伺服軸無法知曉自身位置,此時其默認當前位置為零位,這與設定位置不相符,所以在對伺服軸進行相關設置前需要手動對伺服進行回原操作。在回歸原點后,在確認修改參數的情況下通過參數設置將不同位置的參數值賦給相應的寄存器。若觸摸屏上取消修改參數,按鍵被按下,則將參數設置寄存器清零。伺服參數設置流程[4],如圖3所示。

      圖3 稱重單元程序流程

      伺服參數設置程序的核心程序段如下:

      //%%%%%%%%%%%%%%%%%% 伺服參數設定%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%

      //翻轉伺服SV1執行參數設定

      LD h_確認修改參數:V9008.0

      AW= h_元件編號:VW9060,+101

      LPS

      A SV1_找原完成:V5501.5

      LPS

      AW= h_參數設定編號:VW9064,+101 //位置參數設置

      MOVR SV1_當前位置:VD5504,SV1_位置1坐標:VD5540

      AENO

      = L63.7

      LRD

      …//2、3、4號位置設置相同

      LPP

      AW= h_參數設定編號:VW9064,+110 //速度參數設置

      MOVR h_SV1_定位速度:VD9080,SV1_運行速度:VD5530

      AENO

      O L63.4

      MOVW+0,h_參數設定編號:VW9064 //參數設置完成

      Network 2

      //橫移伺服SV1取消參數設定

      LD h_取消修改參數:V9008.1

      AW= h_元件編號:VW9060,+101

      MOVR SV1_運行速度:VD5530,h_SV1_定位速度:VD9080

      AENO

      MOVW+0,h_參數設定編號:VW9064

      2.3 自動生產程序設計

      自動生產單元為整個系統層控制的核心,其包括對料倉的控制、翻轉取墊機構的控制、移墊機構的控制、升降機構的控制以及紙箱定位機構的控制[5]。自動運行程序段采用置位復位運行的形式,在每一程序段前串聯暫停功能,當系統一般報警觸發暫停時,程序將運行至當前節點,在設備故障排除重新啟動后會在當前節點向下繼續運行而不需要重啟后運行。自動生產程序流程,如圖4所示。

      自動生產程序的核心程序段如下:

      //生產運行條件

      LD s_自動生產:V3001.3

      A s_H_初始化完成:V3007.6

      AN a_嚴重報警V8000.2

      = s_生產條件:V3002.1

      //料倉控制//料倉執行動作

      AN t_s3料倉氣缸脈沖:T44

      圖4 剔除單元程序流程

      TON t_s3料倉氣缸脈沖:T44,+10

      LPP

      A CY1_復位完成:V4500.7

      = CY1_A_動作:V4500.0

      LPP

      AN CY1_復位完成:V4500.7

      = CY1_A_復位:V4500.1

      //翻轉取墊機構控制

      A s3_翻轉取墊中:M10.2

      AN 暫停重啟延時:T110

      A ZK1_抽真空完成:V5101.1

      //升降沖壓機構控制

      A SV2_在位置2:V5682.1

      A s3_紙箱就位:M11.5

      O s3_沖壓完成:M12.3

      ALD

      3 結語

      沖壓裝墊機具有結構簡單、控制方便以及運行效率高等特點,在實際運行過程中全速運行模式下能夠達到每分鐘沖壓30個紙墊的速度,完全滿足了生產需求。在實際調試過程中發現,上文提到的通過通訊方式增加的第四軸在初始化過程中需要對其進行斷使能操作,否則第四軸將無法進行初始化操作。沖壓裝墊方式是一種新型的裝墊方法,相比于傳統的人工裝墊有著速度快、精度高等優點,在未來的包裝應用中將會得到越來越廣泛地運用。

      參考文獻

      [1]唐家會.自動包裝機械控制系統的研究與開發[D].武漢:湖北工業大學,2017.

      [2]高雙喜.基于Qt/Embedded的伺服測試平臺軟件的研究與設計[J].軟件導刊,2012(9):53-57.

      [3]陳瑤.面向流程工業的報警管理系統研究與應用[D].長沙:湖南大學,2013.

      [4]楊峰,董穎懷,薛威,等.基于Clipper控制器數控伺服系統的PID參數整定[J].制造業自動化,2016(9):118-121.

      [5]王仁乾,王媛媛,吳如春,等.懸鏈斗卸船機升降機構兩種調速方式比較[J].2012(12):55-56.


       
      (文/小編)
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