欧姆龙官网

欧姆龙PLC在自动旋盖机上的应用
 
1行业介绍
自动旋盖机（automatic capping machine），通过自动化运输将瓶盖输送到瓶口，并通过智能控制机械运转对瓶盖进行自动拧紧。该设备替代了传统人工的旋盖，大大提高生产效益，而且设备工作灵巧方便，旋盖速度快，产品合格率高。该设备应用范围广，在国内外市场常用于食品、制药、化妆品、润滑油和农药等行业的不同瓶型的旋盖。
 
 
2系统设计方案
2.1 方案背景
自动旋盖机目前所使用的控制系统方案大多数PLC+HMI。在与其他厂牌的产品进行对比，发现欧姆龙的PLC和触摸屏在性价比方面优势较大，所以该控制系统采用了以FATEK欧姆龙的FBs系列PLC为控制核心，以FATEK欧姆龙的Unicon系列HMI为操作核心，以FATEK欧姆龙的FID系列变频器以及A3系列的伺服系统为运控核心。
2.2 客户需求
根据客户要求，自动旋盖机要达到快速送料，以及快速旋盖，一分钟能旋20个产品以上。并在触摸屏上有调试时的参数设置以及使用时的相关参数设置使设备达到相应的运行要求。自动旋盖机具体功能要求如表2-2。
要求1
快速送料。
要求2
快速取盖、夹盖，理直管子放入瓶口和预旋，需要直线插补。
要求3
时间延时、产品选择、工作速率的参数可调。
要求4
触摸屏的中英文切换。
要求5
要有警报和复位。
要求6
预旋后的产品由搓轮旋紧。
表2-2自动旋盖机具体功能要求
2.3 解决方案
自动旋盖机主要用于完成送料，取盖，理直气管插入瓶口，预旋，拧紧等工作。根据设备的动作及工艺要求，所以方案包括硬件设计和软件设计。硬件设计包括硬件配置、机械结构和电气控制等三部分，系统软件设计包括设备的工作流程控制、PLC的I/O端口分配和PLC的程序设计等三部分。自动旋盖机设计参数如表2-3。
设计参数
控制系统
欧姆龙PLC
操作界面
欧姆龙HMI
伺服驱动
欧姆龙伺服
变频器
欧姆龙变频器
工作效率
一分钟20个以上
旋盖的产品种类
3种
自动旋盖机设计参数表2-3
根据上述设计参数，本方案控制系统采用欧姆龙FBS系列PLC控制器，主要控制旋盖机的取、放、旋等流程；伺服系统采用禾川伺服驱动器及电机，主要控制3轴的同动以及动作顺序；上位机采用欧姆龙经济型HU系列HMI操作界面，提供中英文切换、自动操作、手动调试和参数设置等界面，用户可根据自身对旋盖机的需求进行相应的操作和参数的调整。
3系统硬件设计
3.1 硬件配置
自动旋盖机的系统硬件由欧姆龙FBs-60MCT2-AC PLC控制器、欧姆龙HU070L-00 HMI触摸屏、欧姆龙FID-E10-000421S变频器、欧姆龙伺服驱动器及其电机、气缸、传感器、接近开关和外围输入输出线路组成。自动旋盖机系统硬件清单如表3-1，自动旋盖机系统硬件配置如图3-1。
硬件明细表
欧姆龙PLC控制器
1台
欧姆龙触摸屏
1台
欧姆龙伺服
3台
欧姆龙变频器
2台
气缸
7台
传感器
若干
接近开关
若干
电气部件
若干
机械部件
若干
表3-1 自动旋盖机硬件明细表
 
图3-1 自动旋盖机硬件配置图
3.2 电气控制
自动旋盖机的电气控制的核心是欧姆龙PLC，对伺服、气缸和变频器元件等执行单元的控制。自动旋盖机PLC接线原理如图3-2。

4系统软件设计
4.1 工艺流程
自动旋盖机的工艺流程主要包括四部分：运输机构、定位机构和预旋机构，旋紧机构这四个部分的动作为一个动作周期；根据传感器给PLC信号来确定上盖和瓶身的位置，从而实施取放拧动作，并最终拧紧运输出去。全自动工艺流程如图4-1。
 
图4-1 自动旋盖机工艺流程图
4.2 控制流程
4.3 PLC功能指令应用
参数设置指令
自动旋盖机设备上需要用到3台伺服，因此涉及到脉冲输出的参数，在欧姆龙PLC程序中要用到专门的参数设置指令（FUN141），欧姆龙FUN141指令的参数设置方式采用表格的形式进行参数编辑。欧姆龙PLC设置参数如表4-1，欧姆龙PLC设置参数程序如图4-3
欧姆龙PLC 141指令参数设置（第一组伺服）
名称
数值
名称
数值
单位设定
0（机械）
最高速度设定
20000
脉冲数/1转
12500
起始/结束速度
1
移动量/1转
83333
最小设定单位
1
欧姆龙PLC 141指令参数设置（第二组伺服）
名称
数值
名称
数值
单位设定
0（机械）
最高速度设定
20000
脉冲数/1转
12500
起始/结束速度
1
移动量/1转
360000
最小设定单位
1
欧姆龙PLC 141指令参数设置（第三组伺服）
名称
数值
名称
数值
单位设定
0（机械）
最高速度设定
20000
脉冲数/1转
12500
起始/结束速度
1
移动量/1转
100000
最小设定单位
1
表4-1欧姆龙PLC设置参数表
 
 
图4-3 欧姆龙PLC设置参数程序
脉冲输出指令
设置完141指令的参数后，就需要用到欧姆龙PLC脉冲输出控制的高速脉冲输出指令（FUN140），欧姆龙FUN140指令的命令设置方式是采用表格的形式进行命令编辑。在自动旋盖机的PLC程序中使用欧姆龙脉冲输出指令可以方便的实现对3个轴的单轴高速定位控制，从而提高设备完成产品的合格率。仅以1轴为示例，欧姆龙PLC脉冲输出控制程序如图4-4，欧姆龙PLC脉冲输出控制设置表格如图4-5。
 
自动旋盖机在某段位置需要用到直线插补，因此欧姆龙PLC直线插补控制指令（FUN147）就能满足设备要求。欧姆龙FUN147指令的命令设置方式跟FUN140指令一样都是采用表格的形式进行命令编辑；使用欧姆龙直线指令可以很好的实现对3轴进行插补定位控制。欧姆龙PLC直线插补控制程序如图4-6，欧姆龙PLC直线插补控制设置表格如图4-7。
 

5实施结果
通过现场调试，自动旋盖机的旋盖效率能达到每分钟旋盖20个以上，并有3种不同大小类型的盖选择，经过一段时间的运行，设备运行稳定，故障率低。经上所述得出高性价比的欧姆龙PLC以及触摸屏在自动旋盖机上得到了很好的应用。