6ES7515-2UM01-0AB0技术参数

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1 引言

近年来，随着我国自动化技术的提高，工厂自动化也上了一个新台阶。PLC作为一个新兴的工业控制器，以其体积小,功能齐全，价格低廉，可靠性高等方面具有独特的优点。触摸屏的使用则为整个控制系统提供了良好的人机操作界面，因此二者的联合越来越广泛的应用于工业生产的各个领域。 印刷机械关键技术也主要侧重在智能化的提成。在印刷行业中的高速双面印刷机项目中我们选用了台达机电自动化PLC产品对电气进行了改进设计。

2 工艺自动化分析

印刷机是一个精度较高的机械，印刷品的好坏一方面在于机械加工以及安装的精度，另一方面，也取决于水路，墨路的平衡以及合压的准确性。双色机的每一色组，都有水路和墨路装置。为了便于水辊速度的调节，每根水辊都用一个变频器控制，同时，主电机速度也需要变频器调节。在印刷过程中，调版是一个比较繁琐的过程。尤其对多色机来说，各组版对正的精度会对印品产生很大的影响。如果套印不准，印刷品就会出现字面重叠或影像不清。如果使用手动调版，会浪费很多时间，而且精度不高。为了实现自动打版，我们在版辊上安装了电位器，通过电位器将模拟量传送给4A/D，经过PLC处理，可将版辊的转动精度很好地控制在打版范围内。由于自动工作模式下各动作要以一定的顺序工作，机械采用凸轮来控制各动作离合时的角度，电气选用二相增量型旋转编码器来实时测量凸轮的旋转角度，编码器每旋转一周，产生360个脉冲，PLC高速计数器计数720，到零位后复位重新计数。

3 台达机电技术的自动化应用

台达EH系列是一款可扩充高功能型PLC，具有高速度、高性能、涵盖应用层面广泛的特点。在原有的模拟输入输出模块、温度模块的基础上，中达电通今年又新推出几种高性能特殊功能模块，主要针对应用中需要高速**处理的控制场合，包括单轴定位模块01PU、1CH高速计数器模块01HC、2CH高速计数器模块02HC，极大的丰富了PLC应用功能，使其更加适应工业控制环境中的不同需求。

DVP01PU定位控制模块主要可应用于步进或伺服驱动系统之速度或位置控制，具有高200 KHz脉波输出，输出采用高速Line Driver 接口或NPN开集极输出，高噪声抑制；可透过程序指令FROM/TO来读写模块内之资料；模块内建原点复归、寸动运动、单段速定位运动、连续两段速定位运动、变速度运动、手摇轮 (MPG) 输入等八种行程控制模式及梯形曲线和S曲线两种脉波加速曲线； DVP01PU定位控制模块是一个容易使用的独立单轴脉波定位模块，适用于得以接收脉波控制的各种运用场合，由于定位控制的运算有专门的硬件来完成，简化了程序撰写和调试，能够轻松实现工件的**运动定位控制，是PLC较为高阶的应用。

3.1系统原理设计

控制部分以台达的DVP-EH型PLC为技术平台，触摸屏为操作界面，变频器作为执行构件。触摸屏通过COM2口与DVPEHPLC的COM口相连，采用MODBUS协议。PLC通过485口控制四台变频器，支持MODBUS协议。

3.2系统配置设计

台达PLC：DVP64EH00R＋扩展DVP08XP11R。台达触摸屏：DOP-A57CSTD。台达变频器：VFD110B43A；VFD004M21A。框架如图1所示。

图1 印刷机系统配置设计

3.3编程案例

（1）触摸屏显示报警。台达EH系列PLC提供了方便的高速计数功能，使程序编写简单，调试快速。我们将编码器的信号线接入PLC的高速计数端子X0，X1，编码器的复位端子接X2，对应计数器为C251，Y23为主机运行，当编码器两相接错时，触摸屏显示报警M455。

（2）通讯调试。在小型电气控制系统中，设备间的通讯调试是一个难题，但台达PLC与变频器有简洁的通讯指令，一条指令即可解决问题。如读取主变频器的输出频率,先写好通讯协议，然后利用下条指令即可： 其中通讯命令装置地址为01，数据地址H2103，数据长度2个word。两者的通讯省却了中间继电器的控制，减少了故障隐患，再利用触摸屏将PLC中的数据读出，可以方便地监视运转中出现的问题。

（3）画面设计。在人机界面中，设计了7幅画面，包括整体图形，故障显示，机器速度和计数显示，水辊速度显示，调版监控等。故障显示使用指示器，给出位元件即可实现闪动效果，让操作者很方便的知道故障部位，整体感很好。在水辊速度显示中，设计了一个柱状图，可以显示水量增加大小，只需按下柱状图，就可增加水量，同时也可方便监控。触摸屏的应用省略了原有的一些按钮、指示灯、计数器、转速表、时间继电器及润滑程控控制器等元器件，降低了故障率，也减少了接线的工作量。台达的人机编辑软件－TPEditor提供了7个等级密码的保护，有利于使用厂家对某些特定的使用条件进行了限定，保护了用户的利益。因触摸屏有3M的内存，所以设计时在画面中以走马灯的形式提供了大量的报警信息，也设计了多屏PLC输入、输出状态监视画面，在系统帮助里详细介绍了本机电气操作及维修提示，使整机的电气系统操作、使用、维修简单方便。

针对目前包装行业中广泛使用的连续式包装机系统的缺点，例如包装参数修改困难、模具维修不方便、包装成功率较低等，作者在本文介绍了一种用台达工控产品实现的间歇式自动包装机的机电控制系统，此系统实现了可手工修改包装长度，切割打包数目，可自动进行纠偏，并使用触摸屏取代传统的机械按键，使整个包装系统控制更**、外观更优美。
关键词：人机界面 可编程控制器 温度控制器 间歇式包装机

引言

目前，国内的塑料、橡胶等包装行业普遍采用连续型包装机，这种包装机使用成型模具进行包装封口，控制简单，但包装效率和成功率不高，而且模具检修不方便，因此，许多厂家转向开发使用间歇型包装机，降低废品率，提高包装效率，而且可以改变塑料袋包装长度。

本文介绍的包装机主机系统采用台达PLC作为控制系统核心，并以台达其他工控产品相配合，在传统包装机的基础上加以改进，实现间歇式包装，使得包装机包装速度提高，定位更准确，系统更加可靠、稳定，符合、满足现代包装行业的发展要求。

系统结构

图1 包装机系统结构简图

由上面的结构图可以看出，PLC主机是本包装机控制系统的核心。在本系统中，人机交互界面负责主要操作功能按键和系统状态显示：行手自动切换、设置上下膜压封部分加热的目标温度、调压模块输出的对应电压、主拖电机和上下膜电机运行速比、显示当前机器运行中的包装数目、上下膜压封部分的检测温度和目标温度，压封切割状态等；热电偶采集上下膜压封部分的当前温度信息传递给温控模块，温控模块对这些信息进行处理后转移给PLC主机，终显示在人机界面上；主控光标和纠偏光标通过检测包装袋上的光标标志，传递给PLC主机进行处理。

系统设计

按照预定设计要求，本包装机需完成进料、压封、切口、切割、计数等功能，主要包括以下几个部分：

可编程控制器

本系统PLC选用台达DVP28SV11T一台。该主机多可连接16台（左侧扩展8台+右侧扩展8台）模拟、温度、轴控、通讯等特殊扩展模块，内设200kHz四轴独立与脉冲输出二组直线/圆弧插补的运动指令，让位置控制的应用要求可轻易达成。

表1 台达DVP28SV11T技术参数

由表1可以看出，台达DVP28SV11T具有4点高速脉冲输出，可以用于步进电机的驱动；内建RS232通讯和MODBUS通讯协议，可以同时连接人机界面和温度控制器；例外，该PLC支持外围扩展，可以连接DA模块和IO模块。

人机交互装置

本系统HMI选用台达DOP-AS57BSTD一台。人机交互界面通过RS232与PLC主机通讯。

图2 控制系统运行主界面

图3 人机界面与DTC温控模块连接并修改DTC参数

温度控制装置

本系统温控模块选用台达DTC1000V和DTC2000V各一台。温控模块与PLC主机使用MODBUS ASCII进行通讯。

状态读取

图4 MODRD语句说明

使用MODRD语句可以从PLC中读取温控器的状态值，例如当前温度，目标温度等，可以通过改变参数n的值来设置读取的笔数。

需要指出的是，温控器的读取的相关数据储存在PLC主机寄存器的D1070～D1085中，由于是ASCII码数据，PLC会将这些数据转换成HEX即16进制数据存在PLC主机寄存器的D1050～D1055中，而MODRD语句就是将温控器中检测的信息数据读出传递给PLC的D1070～D1085寄存器进行处理。

在本包装机中，我们用MODRD语句读取两笔，分别是当前温度值和目标温度值。

参数写入

图5 MODWD语句说明

读写操作

同MODRD语句类似，MODWR可以实现温控器参数的写入。

图6 MODRW语句说明

用MODRW语句可以通过MODBUS实现对DTC温控器参数的读取和写入。

电机驱动装置

本系统驱动步进电机是通过PLC主机发出PWM脉宽调制信号到步进电机驱动器，经步进电机驱动器来实现驱动步进电机运转的目的。本包装机选用的步进电机驱动器有多细分选择、正反转设置、驱动电流大小等参数可以设置。同时可以由PLC输出点控制步进电机运转方向和驱动步进电机的脉冲个数。

由于本包装机对包装误差要求比较严格，所以在选择步进电机硬件参数上需要特别注意，在PLC程序中也应该做到尽量优化。

图7 PLSY语句说明

在上下电机送膜阶段，上下膜电机一直转动送膜，同时主拖电机一直转动推动压封好的膜及待压封的膜前进，直到主控光标检测到停止位的光标标志，此时全部电机停止转动。

PLSY K1000 D20 Y0

此处，K1000表示脉冲输出频率为1KHz，输出脉冲个数为D20中存储的数值（可以在触摸屏上进行人工设置），Y0为输入点（在本包装机中为上膜电机）。例如设置D20=0，则PLC的Y0一直输出脉冲。

图8 电机正反转实现

默认情况下，电机正转，当步进电机驱动器对应的方向控制接点得电之后，电机反转。在包装机开始阶段的人工牵引上下膜阶段，需要实现电机的正反转来调整膜的位置。

误差调整设计

在本包装机控制系统纠偏功能中，使用了2个光标检测开关，分别检测上膜和下膜的光标标志，若发现二者检测到的开关量变化时间不同步，则说明上下膜存在移位偏差，此时，通过PLC主机程序对滞后膜（上膜或是下膜）对应电机加送脉冲个数，以此来补充滞后距离。

实验发现，以此种方式减小误差的方式有一定限制，需要注意补充脉冲发出的时间段。在运动中补充脉冲或是在上下膜压封阶段补充脉冲，二者具有一定的差距：前种方式可能会影响到压封的效果，因为当主控光标检测到分段标志的时候，立即进入切割环节，同时也是上下膜压封的时间，此时加送脉冲，由于“超前膜已经停止运动，而“滞后”膜的对应的脉冲还未用完，它对应的电机继续转动送膜，这样，容易导致滞后膜发生褶皱，容易导致次品甚至坏品的情况。而在压封阶段（此处主要是指检测到停止位光标，到正式压封前的一段时间内补送脉冲），可以获得较好的效果。

图9 纠偏部分测试程序

本测试程序以上膜超前，下膜滞后为例，通过定时器与计数器配合，实现测量上下膜的偏差时间，由于在送膜的过程中，膜的运转速度基本稳定，可以通过这一偏差时间乘以速度（这个速度可以在机电联合调试的实际得出），从而得到上下膜偏差距离，然后再根据步进电机的细分步数，求得应该滞后的下膜应该补充的脉冲个数