西门子S7-1200在包装机上的电子凸轮应用

工艺介绍：

枕式包装机具有体积适中、结构紧凑、包装速度高、运转平稳及操作方便等诸多特点，包装成品外形美观大方，横封及纵封纹路整洁清晰。枕式包装机有机械凸轮与电子凸轮两种。枕式包装机主要分为横封刀、膜、拨差这三部分。







拨叉工艺：

拨叉轴属于送料轴，产品经过拨叉或者传送带送到包装机中进行包装，拨叉轴需要与膜轴进行同步，包装每包产品的位置固定并且正好处于中心，防止切料。

拨叉工艺段主要功能有拨叉追踪：采用被动回零方式，每段拨叉经过传感器位置时进行被动回零。



膜轴工艺：

1.定长：定长状态下就是在一个周期内运行固定长度。

2.色标：在包装膜上有每个固定的位置会有一个标志（色标），要求刀每次都需要切到色标上，这就不但需要刀膜的同步，还要对色标进行追踪补偿，如果切点不在色标位置时系统需要自动调整保证在几包之内切到色标位置。



刀轴工艺：刀轴属于横封轴，也是切断轴，刀轴是整个控制的重点.刀与膜轴需要配合，膜轴跑过一个产品的长度刀轴必须转一圈，并且刀轴在切点位置时应该与膜轴的速度同步。因为膜轴的长度时改变的，所以刀轴如果是线性轴的话也需要改变长度，所以刀轴变成了凸轮轴。



该项目采用1台1215PLC加1块CM1241通讯模块，驱动采用4台低惯量0.75KW的V90PN型伺服控制器。触摸屏采用KTP700.



1215通过工艺对象控制4台V90伺服，V90采用3号报文。



1200的电子凸轮功能

将刀的整个运行周期看成一个周期，在这个周期内刀运行一圈，膜运行一个固定距离（设定膜长），拨叉运行一个工位。其中一段为同步段，同步段内刀的线速度基本与膜的线速度保持一致，可以通过参数微调速度的关系，同步区域可以通过屏幕设定获得。通过同步区的设定自动获得非同步区的相关设定。需要保证两段的时间相加正好是一个周期的时间。



色标追踪功能

为了保证包装成品袋上商标图案的完整，通常在制作包装材料时印刷上用于定位的色标。使用这种印有色标的包装材料时，可用光电开关(电眼)对色标进行跟踪定位，通过控制系统驱动伺服系统并按照色标之间的距离自动调整，达到包装成品商标图案完整性。



拨叉追踪功能

为了保证包装物在包装袋的中心位置，需要保证拨叉送料的位置与包装膜的每包的相对位置保持一致，需要通过电开关(电眼)对拨叉进行位置校准，通过比较色标点对应的拨叉位置来比较拨叉的位置是否需要调整，通过差值计算调整速度的增大或者减少，来补偿位置的差值。原理与色标补偿一致。



防空包功能

当检测到无料信号时此时膜轴与刀轴不立即停止，而是再运行画面设置的拨叉个数之后说明此时空包到达入料位置，刀轴与膜轴定位停车，等待来料信号后，通过启动的斜坡时间算出不同速度下的拨叉到达什么位置启动刀轴与膜轴正好可以使进料位置保持不变。





防切功能

通过750报文读出实时扭矩，通过扭矩的比较进行防切操作，防切后刀自动反向定位刀定停点，膜轴及拨叉向前移动一个袋长，整机停车。处理完切料状态后，直接开启包装机无需调整可以正常运行。



定长时袋长波动很大

最开始采用2段速度后，同步区与非同步区通过取出刀的两个位置,因为反馈的实时性难以保证导致，同步区与非同步区的对应关系会有所变化，使得长度波动很大。改动后采用一个切入点通过定时功能，基本保证了每转的同步区与非同步区的时间，使得袋长基波动很小在1MM左右

色标补偿时切点不停的在色标点两侧波动

采用色标补偿功能时，切点的波动很大。后来进行逐一分析，首先发现了定长的波动问题，定长的不稳定会导致色标补偿的不稳定。解决了定长波动大之后，效果优于之前，但是仍然会有波动。再次分析觉得是因为反馈的实时性太差，导致读取位置值时的数值不准确，从而导致位置差值计算不准。此种原因是因为1200RT通讯的时间不能保证实时性。所以通过建立一个脉冲轴，轴的数据与膜轴的参数保持一致，通过色标点与刀切点对应的脉冲轴的位置差值，判断膜轴与刀轴的相对位置，此时脉冲轴相当于一把标尺



调试过程中主要是S7-1200PROFINET 控制V90 伺服驱动器进行模拟电子凸轮的控制。通过添加工艺对象进行组态，将刀的运行轨迹分为两个区段，一段为同步区，另一段为非同步区。通过添加虚轴实现色标位置偏差的校准。

此种案例从应用上看有一定的推广性，有大量的速度不快但是客户为了机械简单采用电子凸轮的应用，1500T的产品对于此种客户来说价格太过昂贵，所以可以通过此种1200的方案实现客户成本的降低，可以进一步的拓展客户的深度与广度，做到包装机行业高中低端都有可行的方案可够客户选择。