本文介紹了SYSMAC NJ系列新一代PLC在16軸直線灌裝機上的應用奈懒，通過現(xiàn)場調試及試生產遭商，系統(tǒng)滿足了客戶的要求屯阀，運行效果良好缅帘。

1引言
        直線飲料灌裝機主要用于灌裝各種各樣的瓶裝飲料，適合于大中型飲料生產廠家难衰。直線飲料灌裝機主要包括進瓶钦无、抓瓶逗栽、灌裝、擰蓋失暂、抓瓶彼宠、出瓶等幾個步驟，在進瓶階段趣席，通過帶有10個固定夾的皮帶一次帶入10個瓶兵志，在第一個抓瓶階段，10個抓手同時把10個瓶抓入輸送鏈宣肚，在灌裝階段萝轰，2組10根罐裝管分2次向10個瓶中罐液體，在擰蓋階段好阎，一個伺服帶動10個擰蓋機構進行擰蓋疹咕，在第二個抓瓶階段，把裝滿的10個瓶從輸送鏈中抓出环胸，送上輸出皮帶铲恃，在出瓶階段，輸出皮帶送出已罐瓶进裹，直線飲料灌裝機的系統(tǒng)框圖如圖1所示四雏。

[DividePage:NextPage]

    傳送帶電動機由變頻器控制，實現(xiàn)無級變速霹孙，達到系統(tǒng)經濟運行的目的咪干。電機啟動1s后，進瓶氣缸縮回舰褪、開始進瓶皆疹，3s后出瓶處氣缸伸出擋住空料瓶。進瓶處設置光電開關檢測進瓶個數占拍，當達到相應數量后傳送帶電動機停止略就。灌裝頭下降到瓶口，由通過觸摸屏輸入的時間晃酒，使PLC控制灌裝頭的開啟時間表牢。灌裝結束后，灌裝頭上升贝次，夾瓶裝置放松崔兴、上升。出瓶處氣缸縮回蛔翅，傳送電動機又開始轉動敲茄，1s后進瓶處氣缸縮回，光電開關又開始檢測進瓶個數山析。出瓶動作流程如圖4所示堰燎。

        在本項目中掏父，需要研究的重點課題有以下幾點：（1）電子凸輪代替時序控制；（2）暫停功能引舱；（3）工位判斷鹏亥；（4）回零停止；（5）急停保護猬蕉；（6）曲柄的線性處理脾飘；（7）凸輪表的變換。其中薄好，暫停功能和曲柄的線性處理是客戶以往舊設備未能實現(xiàn)的功能短连。
3系統(tǒng)解決方案
        3.1方案配置（見表1）
        表1 系統(tǒng)方案配置表

        3.2系統(tǒng)功能實現(xiàn)
        （1）電子凸輪代替時序控制
        以“進瓶水平”（MC_BottleInHorizontal）為例，主軸為虛軸翘辑，從軸為實軸狭龄。時序圖如圖5所示。

[DividePage:NextPage]

    從圖6可以看到，主軸為0的時候书幕，從軸也是0新荤，而根據時序圖的要求，從軸的“0”應該在主軸的“285”台汇。顯然這樣的動作是不正確的苛骨。這樣編制凸輪表的原因在于，NJ的電子凸輪表的起始點必須為兩個“0”苟呐，即主軸痒芝、從軸都從0開始，如圖7所示。

圖7 NJ電子凸輪表

        解決這個問題的辦法是對編制好的凸輪表進行“偏移”肛精，偏移的程序如圖8所示烹驰。

圖8 偏移程序

        通過MasterOffset將主軸向后偏移280，這時的動作時序和凸輪形狀就與工藝要求相符了夕涧，但要注意的是，這時的從軸起始位置不為0寒肋，會造成起始速度“無窮大”刹讹，從而引發(fā)伺服報警。將MasterScaling設置為280易麻，就可以將從軸的起始點推遲到“主軸280”的位置职予，當主軸啟動時，從軸并不啟動秽祷，而是等到主軸到達280位置時再啟動螺煞，這樣就可以實現(xiàn)客戶的工藝要求了。
        （2）暫停功能
        這套系統(tǒng)相比以前用CS矗寂、CJ來做的系統(tǒng)而言碳胳，一個很重要的亮點就是可以很容易的實現(xiàn)“暫停功能”，具體程序如圖9所示沫勿。

圖9 暫停功能程序1

        虛軸的啟動采用速度控制指令挨约，以360為周期循環(huán)運動，見圖10产雹。

圖10 暫停功能程序2

        當需要暫停設備時诫惭，只需執(zhí)行MC_Stop指令即可。當再次啟動時蔓挖，只需再次執(zhí)行MC_Velocity指令夕土，設備會從當前停止的位置繼續(xù)運行。暫停的好處是瘟判，當操作人員需要暫時停止設備怨绣，做簡單處理，后面又需要快速恢復生產狀態(tài)時荒适，不需要重新尋原點梨熙。對生產效率的提高幫助很大。
        （3）工位判斷
        每排模板上應該夾住10個瓶子進行灌裝刀诬、加蓋锯忱、整蓋、擰蓋健吃、判斷缺蓋等工序闰妓，但由于各種客觀情況（風道等問題），并不能保證每次都夾滿10個瓶子。當少于10個瓶子的時候过腰，整排都不能進行任何操作骗采，否則設備會產生嚴重故障（比如無瓶加蓋會卡住模板）。解決這個問題的辦法是橄看，采用位移指令進行工位判斷词趾，具體程序如圖11所示。

圖11 工位判斷程序

[DividePage:NextPage]

    （4）回零停止
        當按下停止按鈕后硅跌，各軸的最終停止位置必須是自己的“原點”审陌，這樣，在下一次啟動時闲涕，就不需要重新全體尋原點了（全體回零時間較長）疤格。另外一方面，如果各軸都在原點的話剖毯，絕對不會出現(xiàn)“撞車”的現(xiàn)象圾笨，否則如果其中一根軸不在原點就停止動作，其它的軸在回零過程中很容易撞上它逊谋±薮铮回零停止的方法采用Cam_Out指令，程序如圖12所示胶滋。

圖12 回零停止程序

        如圖12程序所示谍婉，當需要停止主拖動軸時，必須要等待主拖動當前動作完成后镀钓。根據虛軸的位置判斷穗熬，當虛軸處于90到140之間時，主拖動處于停止狀態(tài)丁溅，這時執(zhí)行MC_CamOut指令唤蔗，就可以將這個從軸順利脫出凸輪表。
        在啟動和停止過程中窟赏，必須特別注意一個問題妓柜，那就是回零停止和啟動過程一樣，必須要按照嚴格的順序來執(zhí)行棕健。例如寸纠，停止時，“出瓶”早于“主拖動”秕肚，“主拖動”早于“進瓶”帮课，而進瓶時剛好相反。這樣才能保證在下次啟動時袭吗，出瓶工位的瓶子剛好被抓出八泡，而進瓶工位則是空的趾马，剛好可以開始放瓶。如果不按照順序啟動锚揍，則會使進瓶工位“有瓶”狀態(tài)下打開模板毁察，導致瓶子掉落；或者出瓶工位“有瓶”防养，但不抓瓶尚染，導致瓶子轉到機器底下。這些都是不允許的按辱。
        （5）急停保護
        對于“撞車”的保護笼踩，是整個系統(tǒng)設計中非常重要的一部分。如果所有軸都能夠嚴格按照自己凸輪曲線進行運動亡嫌，并且沒有掛進凸輪的軸也能夠正常動作的話，“撞車”原則上是不會發(fā)生的掘而。但由于伺服故障挟冠、氣缸故障等諸多因素的產生，會使得“撞車”發(fā)生的概率增加袍睡。
        “撞車”的情況可以分為兩大類知染，一類是“凸輪動作”內部碰撞，另一類是凸輪動作與非凸輪動作之間的碰撞斑胜。例如：進瓶抓瓶機構與進瓶皮帶之間控淡，由于進瓶抓瓶的原點位于進瓶皮帶上方，下移放瓶時需要水平和垂直兩根軸同時動作止潘，才能繞過皮帶掺炭。如果此時進瓶水平軸由于種種原因沒有動作，只有垂直軸在動作凭戴，氣爪將直接砸在皮帶上涧狮，造成設備嚴重的損壞。這屬于凸輪動作內部撞車逆酣。再例如：當擰蓋機構進行擰蓋時刹越，擰蓋爪抓在瓶子上，如果此時拖板提前開始動作殖锹，則會將瓶子拉壞靡循，甚至將模板掀翻。這屬于凸輪軸與非凸輪軸之間的碰撞席磕。為避免這些問題的產生铣滥，編寫了一系列程序，部分程序如圖13所示照窥。

圖13 進捕如、出瓶模板的空間保護程序

        圖13所示兩段程序是對進切拳、出瓶模板的空間保護，當模板被氣缸頂起時揩池，模板絕對不能拖動孽倒，否則會被掀翻。這里依舊采取通過對主軸位置的判斷泪桥，來判斷從軸救鲤。當主軸位置處于320和360之間時，模板被氣缸頂起秩冈，同時由模板開合軸將模板分開本缠。如果此時氣缸突然下降，模板將來不及合攏入问，而被掀翻丹锹。此時可通過MC_ImmediateStop指令完成急停操作。
        （6）曲柄的線性處理
        整套設備采用了多個曲柄機構芬失，比如灌裝楣黍、擰蓋升降等等。根據曲柄機構的特性棱烂，當伺服勻速旋轉時租漂，曲柄機構的垂直速度并不是勻速的，并且垂直位置也不是線性變化的颊糜。而灌裝機構需要一個相對穩(wěn)定的速度（主要是防止液體飛濺）哩治，和一個線性的標定（可以通過對伺服位置的設定，直接標定灌裝量）衬鱼。解決速度基本恒定的方式如下：
IF 30>=MC_Fill1.Act.Pos OR (180>=MC_Fill1.Act.Pos AND MC_Fill1.Act.Pos>150) THEN
    Fill1_Velocity_Out:=LREAL#1*灌裝1速度HMI;
ELSIF (60>=MC_Fill1.Act.Pos AND MC_Fill1.Act.Pos>30) OR (150>=MC_Fill1.Act.Pos AND MC_Fill1.Act.Pos>120) THEN
 Fill1_Velocity_Out:=LREAL#0.8*灌裝1速度HMI;
ELSIF (80>=MC_Fill1.Act.Pos AND MC_Fill1.Act.Pos>60) OR (120>=MC_Fill1.Act.Pos AND MC_Fill1.Act.Pos>100) THEN
 Fill1_Velocity_Out:=LREAL#0.5*灌裝1速度HMI;
ELSIF 100>=MC_Fill1.Act.Pos AND MC_Fill1.Act.Pos>80 THEN
 Fill1_Velocity_Out:=LREAL#0.3*灌裝1速度HMI;
END_IF;

[DividePage:NextPage]

    用以上公式扫矾，可以在灌裝伺服到達各個位置時，給予不同的速度序机，通過對角速度賦予“多段速”來實現(xiàn)垂直速度的基本恒定诈绷。再通過每10ms寫入一次速度的方式，來實現(xiàn)速度的變換圃星。解決位置可標定的方法如下：
糾偏角度轉弧度:=DegToRad(REAL#15);
Fill1_Feed_rad:=ACOS(臨時數字1);
Fill1_Feed:=RadToDeg(Fill1_Feed_rad)-REAL#15;
臨時數字:=REAL#3.14*REAL#16*REAL#7.5;
臨時數字1:=COS(糾偏角度轉弧度)-HMI氣缸1進給量/臨時數字;
通過平面解析幾何和三角函數運算怒央，求得伺服角位置和曲柄垂直位置之間的線性關系。
最終實現(xiàn)丘苗，觸摸屏上面可以直接設定以“毫升”為單位的灌裝量值项请。
        （7）凸輪表的變換
        凸輪表編制好以后，每根軸都會按照自己的凸輪表數據進行重復運動梦迂。但是肚轴，如果更換了產品（主要是瓶子大小有變化），個別軸的動作就要發(fā)生變化豫阻。例如：把220mm高的瓶子換成了300mm稠还，那么出瓶放瓶時伞缺，氣爪距離傳送帶的高度就要增加，這就要求凸輪表可以通過程序進行變換叁丧，程序如下：
FOR IndexOutUp := UINT#10#0 TO UINT#10#360 DO
IF IndexOutUp<=UINT#10#70 THEN
    Cam_BottleOutUp[IndexOutUp].Distance:= Cam_BottleOutUp00[IndexOutUp].Distance*2*BottleOutUpFeed1;
 ELSIF IndexOutUp>UINT#10#70  and IndexOutUp<=UINT#10#85 THEN
      Cam_BottleOutUp[IndexOutUp].Distance:= (Cam_BottleOutUp00[IndexOutUp].Distance-0.5)*2*(BottleOutUpFeed2 - BottleOutUpFeed1)+BottleOutUpFeed1;
 ELSE
   Cam_BottleOutUp[IndexOutUp].Distance:= Cam_BottleOutUp00[IndexOutUp].Distance * BottleOutUpFeed2;
END_IF;
END_FOR;
        在上述程序中啤誊，Cam_BottleOutUp00[IndexOutUp].Distance是出瓶頂升凸輪表的點，IndexOutUp是FOR循環(huán)語句的循環(huán)變量拥娄，通過FOR循環(huán)語句蚊锹，將凸輪表內的若干個點依次更改，再通過如下指令進行保存稚瘾，這樣牡昆，這根從軸就會按照新的凸輪表來進行運動了。

4結束語
        通過系統(tǒng)現(xiàn)場調試及客戶的試生產摊欠，所有控制要求的解決方案都得以驗證丢烘，滿足客戶的改造需求，并且效果良好些椒。

（歐姆龍自動化（中國）有限公司 FAE中心 王琦播瞳、陳志杰）

聲明：本網站所收集的部分公開資料來源于互聯(lián)網，轉載的目的在于傳遞更多信息及用于網絡分享摊沉，并不代表本站贊同其觀點和對其真實性負責，也不構成任何其他建議痒给。本站部分作品是由網友自主投稿和發(fā)布用六、編輯整理上傳，對此類作品本站僅提供交流平臺红狗，不為其版權負責烂锤。如果您發(fā)現(xiàn)網站上所用視頻、圖片暂呈、文字如涉及作品版權問題架暗，請第一時間告知，我們將根據您提供的證明材料確認版權并按國家標準支付稿酬或立即刪除內容辜辰，以保證您的權益约粒！聯(lián)系電話：010-58612588 或 Email:editor@mmsonline.com.cn。