套標機介紹

全自動套標機是一種將筒狀收縮標簽（PET PVC OPS材質）自動切斷，通過控制系統將標簽準確套入容器的包裝機械，后道配合熱收縮工序（蒸汽收縮爐/電熱收縮爐），將標簽收縮固定在產品套標的位置。全自動套標機的應用降低了工廠套標收縮環節的工作強度，提高了生產效率及降低了人工成本。

圖1 套標機

套標機廣泛應用于飲料、啤酒、化工、醫藥、膠帶等行業，尤其在飲料生產線連線生產中的運用Zui為廣泛，是飲料生產廠家生產中必不可少的包裝設備。結合市場客戶需求開發出了各種類型的套標機設備。這些套標機運用較廣，解決了長期以來非標產品無法自動套標的困境，大大提高了生產效率。

套標機的工藝過程

套標機的水平方向有一個傳送帶，由變頻器控制，負責輸送瓶子。在傳送帶上方，安裝了一個光電信號，用于檢測瓶子，當檢測到瓶子后，立即啟動切標電機，切標電機迅速將標簽切斷，切斷之后的標簽會正好落到下面的瓶子上。

切完標簽以后，切標電機立即停止，切標電機停止以后，立即啟動送標電機。送標電機有兩種運行方式，一種方式是按照定長的方式運行，每次運行一個標簽的長度。另一種是按照色標運行，送標電機啟動以后，等待色標信號，當檢測到色標信號后，立即停止，這種方式也能保證每次送一個標長，這種方式精度更好，并且不會產生累積誤差。送標電機每次輸送的標長的精度是整個設備的關鍵點，標長的精度越高越好。

整個設備的控制核心是控制切標伺服電機和送標伺服電機。另外，還需要控制幾個變頻器。輸送帶需要變頻器控制，設備入口的分瓶螺旋需要變頻器控制，還有放卷電機也是變頻器控制。

套標機的技術指標

本套標機要求標長的精度為正負0.5mm，額定生產速度為25000瓶/小時。

套標機的需求分析

本套標機的額定生產速度為25000瓶/小時，相當于6.9瓶/秒。每瓶的生產時間為144ms。標簽的長度為200mm左右。如果檢測色標信號的誤差為1ms，就會產生大約1.38mm的誤差。

所以必須采用中斷的方式控制脈沖輸出，在中斷服務函數中啟動和停止脈沖輸出。不能在OB1直接調用運動控制指令，OB1的掃描周期會影響控制精度。

S7-200 SMART CPU有兩種方式可以實現發脈沖控制伺服電機功能，第一種方法是配置運動控制向導后，使用GOTO指令，第二種方法是使用PLS指令。在本應用中推薦使用PLS指令，因為PLS指令與輸入中斷結合起來會更加靈活。

小貼士

硬件及軟件需求

1. 硬件要求

ST20/ST30/ST40/ST60固件版本V2.7

2. 軟件要求

STEP 7-Micro/WIN SMART V2.7

切標電機控制

切刀結構

一共有四把切刀，由一個切刀伺服電機控制，電機旋轉一圈，切刀也旋轉一圈。切刀切完標簽以后，必須停在這個圓圈的外面，這樣才能保證上面的標簽正常通過，否則會阻擋標簽的運行。

圖2 切刀結構

在刀盤旁邊，安裝了一個光電，通過這個光電控制切刀電機的停止。理論上來說，切刀每次需要旋轉一圈，如果按照每次固定旋轉一圈的方式運行，可能會產生累計誤差。通過檢測光電的方式，就不會產生累計誤差。

運行方式

工藝上要求切標電機的運行速度越快越好，速度越快，切標的速度就越快。切標電機的啟動條件是進瓶光電，當檢測瓶子的光電檢測到信號時，立即啟動切標電機。切標電機的停止條件也是一個光電信號，在切刀的旁邊安裝了一個光電，當切刀運行到起始位置時，光電會檢測到信號，此時切標電機立即停止。

切刀電機要求速度越快越好，加減速時間越短越好。所以使用PLS單段管道化方式運行，不設置加減速，脈沖頻率設置為Zui大值65535，這樣可以達到Zui快運行速度。

為了實現更快的響應速度，需要將輸入信號的輸入濾波時間設置的小一些，本項目中將進瓶光電和切刀光電的輸入濾波時間設置為1.6us。

切刀啟動的實現方式

客戶在以前的時候，在檢測到進瓶光電信號以后，加了一個延時，延時一段時間以后，再啟動切標電機，延時的目的是為了補償高速和低速之間的誤差。我們在做的時候，取消了這個延時，將進瓶光電的上升沿關聯到INT0，在中斷服務程序中啟動控制切刀電機的PLS指令，這樣可以保證Zui快的響應速度，只要這個響應時間足夠短，高速和低速之間誤差就會越小。

圖3 進瓶光電位置調整機構

因為進瓶光電的位置是可調整的，通過調整進瓶光電的位置，就可以調整切標的時機，保證標簽切斷之后正好落到下面的瓶子上。下圖中紅線圈出來的部分就是進瓶光電的位置調整機構。

圖4 切刀啟動中斷服務程序

切刀停止的實現方式

切刀的停止是通過切刀光電進行控制的。如果這個切刀光電安裝的位置合適，那么檢測到切刀光電后，切刀立即停止，停止的位置就是合適的，切刀會轉到圓孔后面，不會遮擋標簽向下運行。如果這個切刀光電的位置安裝的位置不合適，當切刀電機檢測到切刀信號立即停止后，切刀就會遮擋標簽向下運行。

客戶說他們的工人在安裝的時候，無法保證這個光電的安裝位置，所以要求我們在程序中增加一個offset，當檢測到切刀光電時，切刀電機不要馬上停止，而是再旋轉一個角度后停止，這個角度由用戶在觸摸屏上就行設置。這個角度可以保證切刀旋轉到合適的位置，保證切刀不影響標簽向下運行。

在切刀運行過程中，當檢測到切刀光電時，再運行一個設定的角度后停止。此時就需要用到運動控制超馳功能。S7-200 Smart從固件版本V2.7開始，支持運動控制超馳功能。PTO功能允許單段“超馳”。新的脈沖串配置將超馳正在輸出的脈沖串。正在運行的PLS指令可由其它PLS指令超馳。觸發超馳后，CPU直接將速度或脈沖計數改為目標速度或目標脈沖計數，到達新位置。PLS控制字第四位用于配置是否開啟超馳功能。

將切刀光電的上升沿關聯到中斷服務函數INIT1,直接編寫新的PLS指令來超馳掉原來的PLS指令。新的PLC指令的頻率與原來保持一致，脈沖數為用戶設置的偏移角度。

圖5 切刀停止中斷服務程序

送標電機控制

送標電機運行方式

送標電機每次運行一個標簽長度。送標電機的啟動條件是切刀電機的停止信號，當切刀電機停止后，立即啟動送標電機。

送標電機有兩種運行方式，一種方式是按照固定的標長運行，每次運行一個固定的標簽長度。另一種方式是按照色標信號運行，設備中安裝了一個色標光纖傳感器，用于檢測色標信號，當檢測到色標信號上升沿時，送標電機立即停止。

圖6 色標光纖傳感器

為了實現更快的響應速度，需要將輸入信號的輸入濾波時間設置的小一些，本項目中將色標光電的輸入濾波時間設置為1.6us。

送標電機啟動的實現方式

為了快速地啟動送標電機，同樣使用中斷的方式啟動送標電機。將控制切刀電機的PTO脈沖計數完成信號關聯到中斷服務函數INT3，在中斷服務函數中通過PLS指令啟動送標電機的PLS指令。

圖7 送標電機啟動中斷服務函數

送標電機的控制方式同樣采用PLS單段管道化的方式，不設置加減速，直接按照Zui大速度運行，這樣可以實現Zui大的生產速度。

送標電機停止的實現方式

如果送標電機使用固定長度的運行方式，那么當PLS脈沖計數完成時，自動停止，不需要單獨控制。PLS指令的脈沖頻率設置為Zui大值65535，脈沖數設置為標長對應的脈沖數。

圖8 送標電機停止中斷服務函數

如果采用色標的控制方式，將色標信號的上升沿關聯到中斷服務函數，在中斷服務函數中停止PLS指令。