西门子S7-1500T在包装行业智能旋盖设备的应用

2020/6/19 17:24:01 人评论 次浏览 分类:PLC应用  文章地址:/tech/3156.html

本文从项目背景、S7-1500T控制系统构成、S7-1500T选型依据及理论计算、控制系统功能和调试等方面介绍在包装行业智能旋盖设备上西门子PLC应用

1、项目介绍

对于包装行业来说,普通的旋盖机很容易对盖子造成磨损,更甚者会造成盖子变形,形成旋紧的假象。旋盖经过一段时间后,盖子逐步恢复形状,旋紧力大幅下降,就会出现泄漏的质量问题。而且机械结构复杂,不便于维护和欧宝娱乐登入换型。而全自动旋盖机的出现,能够根据工艺需求设定旋盖角度以及扭矩,能够极好的把欧宝娱乐登入包装好,做到精准旋盖,不伤瓶,不损盖。同时方便维护以及满足不同规格欧宝娱乐登入的生产需要。不但让欧宝娱乐登入外观更加漂亮,提高了商品的档次,更加重要的是良好的包装避免了欧宝娱乐登入泄露,保证了欧宝娱乐登入的质量和生产效率。

2、机型简要工艺介绍

该智能旋盖设备是集进瓶、理盖、上盖、旋盖、出瓶与一体。采用爪盖定位旋盖。在旋盖过程中无伤瓶无伤盖现象,旋盖效率高,可以装自动充氮,自动剔除损盖装置。

理瓶机将瓶子按固定朝向码放后送出,放置在输送带上,其中输送带与旋盖机通过齿轮同步,再通过机械分瓶装置将瓶子等距间隔开后进入旋盖机。旋盖机对应四个不同的工位,等料,抓盖,取盖,拧盖。理盖机通过振动盘将瓶盖理好,通过光电信号和气缸动作将瓶盖推送到取盖处,等待旋盖头取盖。最后进入检测工位,对不合格欧宝娱乐登入进行剔除。对于检测到无瓶或、无盖、赌瓶时会延时进入等待状态。


采用伺服旋盖系统,最高速度为200瓶/分(12头),扭矩智能控制,实现多样化柔性旋盖。本机设计为6头旋盖机,每个旋盖头的工作节拍为4s。


零部件的适用寿命长、运转平稳、噪音低、适用范围大、旋盖率高。


3、西门子S7-1500T控制系统构成

①系统结构网络图:
S7-1500T控制系统结构网络图


②选型依据及理论计算:

客户对单个旋盖头的运动节拍是4s,即从抓盖到旋紧,再到抓取位置,整个动作时间为4s。根据机构模型通过SIZER进行选型配置,如下图:
机构模型通过SIZER进行选型配置

提升电机直接通过同步带连接到丝杆负载,通过SIZER计算得出,电机所需的转速约为1091rpm/min,最大扭矩约为4.05Nm,正常扭矩值在1.57Nm的范围内。旋盖电机直接通过同步带连接旋盖爪头,电机所需的转速约为300rpm/min,扭矩值在1Nm。

SIZER计算

由于6个提升轴,需要根据1个外部编码器的实际位置同步走凸轮曲线,因此作为同步轴,6个旋盖轴和1个主轴均作为定位轴,按照工艺对象资源占比分配,同步轴占160,定位轴占80,外部编码器占80,每个凸轮占20,而1515SP PC2 T的运动控制资源有2400,满足工艺对象的资源数量。而客户还需要通过PC系统来运行自己的分析软件对数据进行监控和管理,因此,选择了带PC功能的1515SP PC2 T。


4、控制系统完成的功能

根据控制对象的要求,较详细地介绍控制系统实现的功能。
该设备核心的控制对象就是旋盖装置,由于欧宝娱乐登入规格会有不同,传统的机械凸轮在更换模组时费时费力,成本高,不便于安装、调试以及维护。参照以往的机械凸轮模组,分成等料位,抓盖位、取盖位、拧盖位四个工位。

采用电子凸轮工艺曲线,根据旋盖欧宝娱乐登入的规格不同,我们可以应用LCamHdl库,在运动控制器中生成灵活的凸轮曲线,将6轴旋盖的提升部分定义成6个同步轴工艺对象,关联到以外部编码器定义成的主轴上。而外部编码器定义的主轴实时反馈整个旋盖装置360°范围内的运动位置。将6轴旋盖的旋盖部分定义成6个定位轴工艺对象,在拧盖过程中按工艺要求旋拧瓶盖,同时启用了固定停止检测功能,当旋盖装置达到预设的扭力值后,则停止旋盖。


性能指标:
单轴旋盖的运动周期节拍控制在3s-4s之间,扭矩控制精度在±0.3Nm,旋盖合格率≥99.8%(容器口中心偏差小于1mm,容器口面高度偏差小于1mm)。

5、控制效果

真正实现了智能化的旋盖包装,较原有的机械凸轮机构,引入了电子凸轮工艺和工艺配方,可以大大提高生产效率,丰富产线结构多样化,高效。若将旋盖头加装至12头后,效率能达到200pcs/min。扭矩控制精度在±0.3Nm,设备相对运行平稳,无抖动。

西门子TIA平台的全套系统解决方案,包括1515SP PC的应用,为后期在PC侧开发WinCC相关应用提供了可能。

作者:西门子 陈斌

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