西门子PLC模块6ES7516-3UN00-0AB0型号规格

西门子PLC模块6ES7516-3UN00-0AB0型号规格

1 前言

立式包装机设备主要用于加工塑料包装袋及各种规格的生活塑料袋，早期的设备采取的是刹车离合器等控制机构，后来改进为步进系统控制装置，现在又发展成为PLC及伺服电机加变频调速为主的控制机构，目前，伺服控制已成为行业的应用趋势。

深圳市雷赛机电技术开发有限公司针对国内立式包装机现状推出了专用伺服控制解决方案，在国内某包装机设备公司得到成功应用并广泛推广。该方案采用了雷赛ACS806全数字化交流同步伺服驱动器、ACM交流永磁同步伺服电机，配合客户端的触摸屏、PLC、变频器、变频电机等元器件，构成一整套完整的伺服解决方案。

图1 立式包装机设备图及包装袋样品图

根据设备工艺要求选择了低惯量高转速的雷赛ACM602V36伺服电机作为主要运动机构，保证了包装制袋机在频繁启停时运动的平稳性与快速响应性，使伺服电机的一次送料转速能够满足切刀上下运行的时间要求，同时简化了机械机构，解决了原机械设备效率低、定位精度低、能耗大、自动化水平低、浪费材料等缺点。

2 控制原理

图2 设备电气原理图

图2为包装机设备电气原理图，整个设备工艺过程主要分为抬刀、定位、封切三个部分，整个工艺过程由热封切刀、伺服装置、变频装置、牵引皮辊、承切皮辊联动完成。

热封切刀安装在传动轴上，该轴由变频装置驱动，做上下往复运动；伺服装置驱动牵引皮辊，按照一定的速度，保证热封切刀在离开承切皮辊并再次到达承切皮辊之前，将所设定长度的塑料袋送过切刀；随后，热封切刀到达承切皮辊，将塑料袋封口，并切开。

*人机界面：触摸屏，界面上可设置定长封切或色标封切、切袋长度、送袋速度等，当选择为定长封切时，色标封切无效。

*PLC：核心程序的载体，控制各执行机构的运转与协调。根据伺服机构的机械传动比、伺服驱动器的电子齿轮比、伺服电机编码器的线数以及出料辊的周长，PLC程序计算出伺服驱动器接收一定数量的脉冲，伺服电机驱动出料辊转动，带出一定长度的胶袋，实现定长控制。

*色标传感器：到位信号，负责时间的判断与控制信号的发出。

*主变频装置：负责热封刀的连续上下运动，同时控制出袋速度与效率。

*伺服驱动装置：由驱动器、伺服电机构成，作为主要运动机构，主要任务是完成定位精度的控制，严格执行来自PLC的脉冲指令控制，同时，保证在频繁启动负载下自身运动的平稳性与快速响应性，使伺服电机的一次送料转速满足切刀上下运行的时间要求。伺服性能直接反映了这台设备的整机性能与质量。

3 工作流程

包装机设备的工作流程如下：

1）设备上电，温控器控制封刀处加热器进行加热；

2）送料变频器驱动送料电机以设定的速度输送塑料薄膜，送料感应器检测到送料端放卷的塑料薄膜足够时，送料电机停止送料；

3）温度达到预设值，温控信号导通，主变频器驱动主电机通过机械传动装置控制切刀和封刀的上下往复运动；

4）切刀每向上运动一次，伺服信号导通一次，伺服电机驱动出料辊夹着塑料薄膜带转动一次，切刀和封刀下切，胶袋形成 ；

5）设定个数到达或按停止键时，当前胶袋形成后停机，切刀和封刀停在高位停车处。

4 伺服系统应用与实际调试数据

    本机采用雷赛ACS806伺服驱动器，驱动单元采用美国TI公司新DSP芯片、大规模可编程门阵列(CPLD)和智能化功率模块(IPM)，集成度高、可靠性好。驱动单元具备标准位置控制，可接收脉冲信号，同时具备了主电源过压欠压、过流、过载、编码器异常、位置超差等多项在线检测与诊断，使控制过程一目了然。  

       伺服电机为雷赛ACM602V36三相永磁同步伺服电机，宽调速比，恒转矩输出，三倍过载能力，额定转速3000rpm，配置2500线编码器。  

       本机只需使用一套伺服系统就能完成其主要功能，图3为该包装机伺服配置。

图3 雷赛伺服驱动器配置图

4.1 包装机系统预估值

该包装机设备基本参数如下：

辊轴直径：36mm ；袋长精度：小于0.5mm；机械减速比：1：4

根据以上信息，计算电机转速和系统分辨率：

（1）电机转速预估：

此机送料辊直径r=36mm，圆周长为，

若以500mm长的袋子为例，则一次制袋成型送料辊需转动的圈数为： ，若每分钟制袋120个，则每分钟送料辊需转动：，同时，送料辊与伺服电机存在1:4的减速比，故终伺服电机的转速为：

（1）

（2）系统分辨率预估：

伺服编码器为2500 ppr，经驱动器四倍频后，精度为10000ppr,则伺服电机的精度可等效为；又电机输出到出料辊有4:1的减速比，则出料辊实际检测精度为： ，对应的长度分辨精度为：

     （2）

故其预估偏差远远小于系统精度设置值0.5mm。

4.2 包装机实际调试数据

现场调试，客户端参数如表1所示：

表1 某客户端实际调试参数表

1 引 言

　　现场总线技术适应了工业控制系统向分散化、网络化、智能化发展的方向，它一经产生便成为全球工业自动化技术的热点，受到全世界的普遍关注。Rockwell自动化公司自1971年就开始生产了基于DeviceNet现场总线的PLC，用于汽车生产线控制。随着公司的发展，Rockwell在工厂自动化控制、微处理器、无线电、航天飞机、**通信系统和全球定位系统等领域成绩显著。罗克韦尔自动化为用户提供了覆盖从车间级设备的控制到企业级生产控制和信息管理的全方位的工业网络解决方案--网络集成自动化为基础的企业信息系统。如今，罗克韦尔自动化致力于扩展基于CIP的自动化控制的产品规模。CIP是三层网络设备网，控制网，和Ethernet/IP网共享的应用层，可以帮助实现在一系列设备上实现通用控制、配置、数据收集和共享。还可以为自动化用户带来巨大的效益：降低成本，增加易用性，产品和网络集成变得更为轻松，同时能支持多家供应商提供的设备的互操作，提供了设备连接的便利性。

1.1 EtherNet/IP 工业以太网

　　EtherNet/IP由两个重要的国际组织ODVA和ControlNet International于2000年共同推出，是使用TCP/IP协议的真正意义上的标准工业以太网，一经推出已得到了全球近百家供应商的支持，目前已有上百种EtherNet/IP产品可供用户选择，包括过程控制器、PLC、I/O、变频器、软启动器、视觉产品、条码扫描设备、称重设备、电力智能监控单元、过程总线FF链接设备、交换机等，并且广泛应用于汽车、食品饮料、电力、化工、水处理、采矿、冶金、建材和轮胎等各个行业。

1.2 控制网网络ControlNet

　　ControlNet基于改型CANBUS技术，可以作为沟通逻辑控制和过程控制系统，传输速率为5Mbps.控制网网络是一种高速确定性网络，用于对时间有苛刻要求的应用场合的信息传输。它为对等通信提供实时控制和报文传送服务。它作为控制器和I/O设备之间的一条高速通信链路，综合了现有各种网络的能力。控制网是一种现代化的开放网络，它提供如下功能：对在同一链路上的I/O、实时互锁、对等通信报文传送和编程操作均具有相同的带宽。对于离散和连续过程控制应用场合，均具有确定性和可重复性功能。

1.3 设备网现场总线DEVICENET

　　DeviceNet基于CANBUS技术，用于PLC与现场设备之间的通讯网络。它可连接开关、拖动装置、固态过载保护装置、条形码阅读器、I/O和人机界面等，传输速率为125-500kbps。设备网络通过一个开放的网络，将底层的设备直接和车间级控制器相连，而无需通过硬线将它们与I/O模块连接。世界范围的150多个销售商积极支持敞开式设备网销售者协会（ODVA）基于CAN技术的网络。这种64个节点、多支路的网络，允许用一根电缆去连接500m以内的设备并远至用户的可编程控制器，无需用导线把每一个设备和一个I/O机架连接起来，总之所有这一切可以减少导线的费用并方便安装。

2 汽车白车身焊装线系统

　　汽车焊装线是将各车身冲压件装配、焊接成白车身的机器人系统集成生产线，结构上分成地板线和主拼线，地板线主要是将前底板总成、后底板总成、发动机舱总成焊接拼合成车身下部地板，而主拼线是将地板线、车身左右侧围、前后顶横梁、顶盖组合成一个完整的白车身，各工位由相应的焊装夹具、上件系统、点焊设备、输送系统、点焊机器人、机器人控制系统及电气辅助设备等组成。车身拼接完成后，通过在线测量工位完成关键点精度检测，并与车型数模进行比较后得出外形尺寸公差，检查质量，然后车身下线送至调整线进行外观检查、车门、发动机仓盖、行李箱盖及其他工件的安装，至此完成了汽车焊装的过程。

　　(1) 奇瑞汽车焊装线项目控制网络结构介绍（见附图）：

　　该项目是奇瑞新车型的车身焊装线系统，设计思想体现了新时代自动化控制系统的设计思路，整个焊装线主要是由51台KUKA机器人点焊机器人系统和相关机械设备组成，输送设备包括滚床、往复杆、链式输送机、夹具、EMS小车等，控制设备包括7套GUARD LOGIX PLC系统及相关的模块，附图是整个系统内一套PLC控制区域的框架图。

附图 一套PLC控制区域的框架图

　　(2) 控制方案介绍

　　奇瑞汽车焊装线系统使用了GUARDLOGIX 安全控制器系统作为主控制器，其综合了ConTROL LOGIX平台使用的高性能和灵活性，集成了安全控制特性的高等级（安全集成等级3），编程方法简单灵活。点焊机器人使用德国KUKA公司KR200系列通用机器人安装工频点焊枪实现车身部件的点焊熔合，机器人通过PCI接口卡实现DEVICENET接口的MASTER/SLAVE通讯方式，分布式I/O系统采用了1734 POINT IO、1732 ARMOR BLOCK I/O实现设备信号的输入和输出控制，安全回路使用DEVICENET SAFETY总线、SAFETY IO模块实现安全信号的输入输出控制，输送设备电机采用POWER FLEX（40、70、80）系列变频器通过总线控制，连线简洁并减少了差错。生产安全区域控制使用了安全光栅、安全雷达扫描器、安全毯、安全门开关等安全设备实现对现场操作人员的保护。汽缸、定位销、锁紧机构等气动元件使用阀岛实现集成控制，防护等级达到IP65。人机操作界面使用PANEL VIEW 触摸屏实现控制区域内设备状态、故障报警、机器人状态信息的显示，机械设备手动操作功能的实现。

　　(3)主要设备型号见附表

附表 主要设备型号

3 结束语

　　(1)RSLogix5000软件的基于标签TAG的数据库管理技术使用起来确实方便,它是真正采用标签技术寻址的PLC,在上位机通讯中与PLC逻辑中每个模件都有唯一的名称,同一变量可以有不同的标签进行表示，控制器的标签对全部任务都是可见的,这种方式比传统的编程软件提高了效率、减少了繁杂的命名、地址标记过程。

　　(2)GUARDLOGIX PLC控制器集成了安全PLC的功能，编程调试都在同一套软件内完成，为程序员提供了熟悉易用的编程环境，硬线连接也改变以往需要总线接口的方式从而实现无缝连接。

　　(3)PID模块的使用非常的简单方便,功能很完善,包括软手动和硬手动的切换、PV-SP跟踪等功能,可以方便的实现手自动的无扰切换。

　　(4)AI(4-20mA)I/O模块对采样的数据可以进行量程转换,不再需要在HMI或PLC逻辑中做量程转换,并且每通道可以设置高低报警值,从模块中直接输出报警信息。AO(4-20mA 0~10V)模块通过写入实际值即可输出对应模拟量信号,也可以实现量程转换