牙膏封蓋機(jī)是一個(gè)機(jī)電一體化的產(chǎn)品,其核心是控制系統(tǒng)。該控制系統(tǒng)方案基于DELTA(臺(tái)達(dá))AE系列人機(jī)界面、 SS系列PLC、ASD-A伺服系統(tǒng)等產(chǎn)品的有機(jī)組合,借助其產(chǎn)品的數(shù)據(jù)通訊功能能夠很靈活地構(gòu)造控制方案,它相對(duì)于傳統(tǒng)的D/A模擬量控制具有可靠性更高,控制更的優(yōu)點(diǎn)。以下重點(diǎn)討論各系統(tǒng)如何利用通訊功能以實(shí)現(xiàn)其間的數(shù)據(jù)交換和如何使伺服系統(tǒng)的響應(yīng)速度和機(jī)械的扭矩限制相配,以實(shí)現(xiàn)在牙膏封蓋機(jī)上的牙膏封裝工藝要求。
牙膏封蓋機(jī)的工藝要求和機(jī)械結(jié)構(gòu)
牙膏封蓋機(jī)是牙膏包裝生產(chǎn)線上的關(guān)鍵性設(shè)備,主要用于牙膏灌裝后的封蓋動(dòng)作,其工藝要求如下:(1)封裝速度能夠配合前端灌裝生產(chǎn)線的送料速度,實(shí)現(xiàn)封裝速度可以調(diào)節(jié);(2)能夠?qū)ρ栏嗟姆馍w扭力進(jìn)行設(shè)定,并只有在封裝扭力達(dá)到設(shè)定值后才能繼續(xù)封裝,以保證牙膏蓋的封裝質(zhì)量;(3)能夠?qū)?lái)料的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行檢測(cè),并實(shí)現(xiàn)自動(dòng)送料。牙膏封蓋機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 牙膏封蓋機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)示意圖
控制系統(tǒng)的硬件配置和功能設(shè)計(jì)
通過對(duì)整個(gè)機(jī)械工藝特點(diǎn)和功能要求的分析,確定程序控制單元采用PLC實(shí)現(xiàn),HMI人機(jī)界面作為監(jiān)控單元,選擇SERVO驅(qū)動(dòng)單元作為速度和扭力控制單元,以滿足整個(gè)機(jī)械的電氣控制硬件要求,其電氣系統(tǒng)控制硬件架構(gòu)如圖2所示。

1)PLC程序控制單元
程序控制單元采用DELTA SS系列小型PLC,其主要特點(diǎn)有:
(1)體積小巧,成本更低;
(2)14點(diǎn)主機(jī)設(shè)計(jì),8點(diǎn)數(shù)字輸入和6點(diǎn)晶體管輸出;
(3)內(nèi)建RS232和RS485雙通訊端口,可以采用通訊方式讀取HMI設(shè)定數(shù)據(jù)。
PLC I/O點(diǎn)規(guī)劃如表1所示,PLC與HMI關(guān)聯(lián)M輔助繼電器定義如表2所示。

2)HMI監(jiān)控單元
HMI監(jiān)控單元的主要任務(wù)包括:
(1)模式功能的選擇(運(yùn)行模式M3、監(jiān)控模式M2、參數(shù)模式M1);
(2)控制功能(運(yùn)行M4、停止M5);
(3)監(jiān)控功能(PLC I/O狀態(tài)的讀取、伺服 I/O狀態(tài)的讀取、加工總數(shù)等信息);
(4)參數(shù)設(shè)定功能(封蓋伺服速度設(shè)定、封蓋伺服扭力設(shè)定)。
HMI監(jiān)控單元采用DELTA DOP-A 5.7’系列彩色人機(jī)界面,以實(shí)現(xiàn)對(duì)控制系統(tǒng)的操作、監(jiān)控和參數(shù)設(shè)置等功能,有以下主要特點(diǎn):
(1)256色彩顯示,5.7’ 監(jiān)控界面;
(2)支持雙通訊聯(lián)機(jī)功能,可同時(shí)連接2種不同協(xié)議的控制器,方便架構(gòu)多機(jī)聯(lián)機(jī)網(wǎng)絡(luò);
(3)軟體內(nèi)建與臺(tái)達(dá)PLC和伺服通訊及內(nèi)部協(xié)議,可以方便編程,簡(jiǎn)化設(shè)計(jì);
(4)可以通過多級(jí)密碼設(shè)定功能來(lái)實(shí)現(xiàn)多用戶管理;
(5)內(nèi)建萬(wàn)年歷功能。
HMI 支持雙通訊聯(lián)機(jī)功能,可同時(shí)連接2種不同協(xié)議的控制器。本案使用HMI的COM2與PLC進(jìn)行RS485通訊,用以設(shè)定PLC 程序中的按鈕等元件,并可將PLC的運(yùn)行狀態(tài)反饋在HMI上,此外還使用了HMI的COM1與SERVO進(jìn)行RS232通訊,用以與伺服內(nèi)部寄存器交換數(shù)據(jù),架構(gòu)見可圖2。
該方案的優(yōu)點(diǎn)在于無(wú)需增加任何通訊模塊,其控制功能是在各控制單元硬體和軟體自身通訊功能的基礎(chǔ)上構(gòu)建實(shí)現(xiàn)的,因此可以使成本更低、應(yīng)用更方便、性能更穩(wěn)定。
HMI人機(jī)界面規(guī)劃如圖3所示。
圖3 人機(jī)界面規(guī)劃示意圖

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