S7-1500T在智能旋盖设备的应用

时间：2020-07-31

一、项目介绍

对于包装行业来说，普通的旋盖机很*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，不便于维护和产品换型。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，能够较好的把产品包装好，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产品的生产需要。不但让产品外观更加漂亮，提高了商品的档次，更加重要的是良好的包装避免了产品泄露，保证了产品的质量和生产效率。

二、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，对不合格产品进行剔除。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，较高速度为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。

三、控制系统构成

1、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4 s，即从抓盖到旋紧，再到抓取位置，整个动作时间为4 s。根据机构模型通过SIZER进行选型配置，如下图：

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1091 rpm/min，较大扭矩约为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300 rpm/min，扭矩值在1Nm。

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。

四、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，由于产品规格会有不同，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，根据旋盖产品的规格不同，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3 s ~ 4 s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）。

五、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200 pcs/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。

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