摘要：本文介紹了西門子S7-200SMARTPLC、SMARTLINE觸摸屏以及SINAMICSV20變頻器在套標機上的應用，闡述了設備工藝流程、控制系統的配置選型、軟件設計和實現的功能。經測試，該方案能完全滿足高速套標機的各項技術要求，運行穩定，性能良好。

1引言

套標機是一種將熱縮塑膠商標桶卷自動切斷，準確套入容器的包裝機械，配合后熱收縮工序，將標簽完好地固定于容器適當位置。

上世紀90年代以來，我國的快速消費品包裝工業得到了迅速發展，快速消費品企業的生產集中度和自動化程度在不斷提高，包裝設備在向大型化、快速化、高效化、自動化方向發展。套標機作為后段包裝技術含量較高的設備之一，其優良的高速穩定性能，獨特的靈巧化設計，人機協和的安全模式，得到了廣大客戶的充分肯定。套標機的使用大大降低了套標環節的人力物力，現已廣泛應用于啤酒飲料、化工、醫藥等行業。

2套標機工藝原理

2.1套標機結構

從工藝功能的角度進行劃分，套標機的結構可分成以下9單元。并如圖1所示。

(1)供料組：由變頻器帶動供料電機旋轉，用以傳送標簽膜料;

(2)電眼架組：使用光纖電眼傳送信號，提供下標伺服做定尺寸輸送，電眼位置可高低調整;

(3)驅動組：采用雙驅送料機構，由下標伺服電機驅動。用于固定中心柱和下標動力傳動;

(4)刀盤組：采用同步輪機構，由伺服電機驅動，當進瓶光電7給出信號時，切刀電機帶動刀片旋轉一周將標簽切斷;

(5)刷下組：采用同步調整機構，將刷下兩組傳送輪調整至中心柱下方與滾輪輕微接觸，待標簽通過時以較高轉速將標簽套入瓶子;

(6)分瓶螺桿：將欲套標瓶做等距分開，進入帶瓶組，速度由變頻器控制，與輸送帶同步;

(7)照瓶電眼：檢測是否有瓶子通過，當有瓶子經過時輸出訊號使切刀開始旋轉，左右位置可以調整;

(8)輸送帶：使用變頻器調整輸送帶速度，以適用于各產能的速度匹配;

(9)帶瓶組：采用兩側同步傳動，標簽高低與夾瓶定位各一只手輪調整，目的使瓶子輸送時不搖晃和控制套標簽高度，速度由變頻器控制，與輸送帶同步。

2.2套標機工藝流程

當輸送帶上有瓶子經過照瓶電眼時，由伺服控制的切標電機會將標簽切斷，切標完成后下標伺服電機開始動作，等到光纖信號到來時停止送標，同時刷下料輪會將已經切斷的標簽刷下套入瓶子上，完成一次動作。具體工藝流程如圖2所示。

3硬件系統設計

3.1硬件系統分析

本系統需要兩路高速脈沖輸出，分別控制切刀和下料伺服;一路高速計數器，用于控制切刀停止的位置，切刀停止位置應不影響下標的動作，否則會造成堵標。

以往套標機的調速方式普遍采用電位器控制，用三個電位器分別控制輸送帶電機，定位皮帶電機和螺桿電機，供料電機的速度因為不經常調節，所以用變頻器本身自帶的電位器調速。每次輸送帶速度變更時，都需要重新調節螺桿和定位皮帶的速度。調節時主要依靠調試人員的技術經驗和不斷的放瓶測試，才能使其線速度基本同步。本項目中設備的I/O清單如表1所示。

3.2硬件系統設計

在本項目的電控方案中，選用西門子SMART解決方案，包括S7-200SMARTPLC、SMARTLINE觸摸屏和SINAMICSV20變頻器。根據上述I/O需求，總共12DI/12DO，選用CPUST40(24DI/16DO)即可滿足需求。SINAMICSV20變頻器通過USS協議與PLC進行通訊，不僅控制更加方便，也節省了PLC的I/O點。通過計算可將電機角速度轉化為輸送帶線速度。PLC和觸摸屏通過以太網進行通訊，只需要在觸摸屏上輸入生產速度，其他電機將會自動進行線速度同步。該方案大大縮短調試時間，降低調試難度。硬件結構如圖3所示，主要硬件配置表如表2所示。

4軟件系統設計

4.1運動控制配置

S7-200SMART集成了三路100kHz的高速脈沖輸出，在本系統中切刀伺服占用Q0.0，下標伺服占用Q0.1。打開Micro/WINSMART集成的運動控制向導，配置軸1和軸2，選擇單向相對脈沖，最大速度50K，最小速度1K，加減速時間30ms，然后生成子程序。

4.2高速計數配置

S7-200SMART集成了4路高速計數器，在本系統中只使用了高速計數器HSC0，用于接收切刀的脈沖輸出，占用輸入點I0.0。打開Micro/WINSMART集成的HSC向導，配置HSC0，選擇工作模式0，預設值為80000，當前值為0，計數方向向上，勾選PV=CV時中斷，步數1，然后生成。當切刀伺服啟動后檢測到刀盤原點光電時，利用外部中斷快速更新高速計數器HSC0的當前值和目標值，目標值等于當前值加上偏置值。PV=CV中斷時停止脈沖輸出，同時啟動下標伺服。

4.3USS通訊

S7-200SMART自帶庫文件USS協議，只需調用USS功能塊即可實現PLC與西門子變頻器的通訊。通過USS_INIT進行通訊參數初始化設置，包括與變頻器通訊的波特率，激活的變頻器個數，所占用的端口等，通信參數必須與變頻器設置的一致，否則無法通訊。每次通信參數的更改都需要重新執行此命令，本項目中的通訊參數固定，所以只上電執行一次。通過調用USS_CTRL指令可以直接控制變頻器的啟動、停止以及頻率，每條USS_CTRL指令只能控制一臺變頻器。

4.4SINAMICSV20變頻器的配置

設置V20變頻器的連接宏為Cn010—USS控制，分別設置螺桿、皮帶、供料、輸送帶變頻器地址P2011[0]為1、2、3、4。同時，設置應用宏為AP030—傳送帶控制，SINAMICSV20可自動配置適合傳送帶應用的控制參數。

5結束語

套標機裝備制造行業內普遍采用三個電位器分別控制其中三臺變頻器，在本項目中取消了電位器，直接在觸摸屏中輸入生產速度，電機的同步線速度交由PLC計算，并通過通訊的方式將頻率送入變頻器，減少了PLC的點數需求，減少了配線，調試更加方便。經過測試，套標的速度以及套標的穩定性完全達到了高速套標的要求。采用西門子SMART解決方案，設備檔次有了很大的提升，為售后服務也提供了巨大的便利。