牙膏封蓋機是一個機電一體化的產(chǎn)品，其核心是控制系統(tǒng)。該控制系統(tǒng)方案基于DELTA（臺達）AE系列人機界面、 SS系列PLC、ASD－A伺服系統(tǒng)等產(chǎn)品的有機組合，借助其產(chǎn)品的數(shù)據(jù)通訊功能能夠很靈活地構(gòu)造控制方案，它相對于傳統(tǒng)的D/A模擬量控制具有可靠性更高，控制更的優(yōu)點。以下重點討論各系統(tǒng)如何利用通訊功能以實現(xiàn)其間的數(shù)據(jù)交換和如何使伺服系統(tǒng)的響應速度和機械的扭矩限制相配，以實現(xiàn)在牙膏封蓋機上的牙膏封裝工藝要求。

牙膏封蓋機的工藝要求和機械結(jié)構(gòu)

     牙膏封蓋機是牙膏包裝生產(chǎn)線上的關(guān)鍵性設(shè)備，主要用于牙膏灌裝后的封蓋動作，其工藝要求如下：（1）封裝速度能夠配合前端灌裝生產(chǎn)線的送料速度，實現(xiàn)封裝速度可以調(diào)節(jié)；（2）能夠?qū)ρ栏嗟姆馍w扭力進行設(shè)定，并只有在封裝扭力達到設(shè)定值后才能繼續(xù)封裝，以保證牙膏蓋的封裝質(zhì)量；（3）能夠?qū)砹系南嚓P(guān)參數(shù)進行檢測，并實現(xiàn)自動送料。牙膏封蓋機的機械結(jié)構(gòu)如圖1所示。
 

圖1 牙膏封蓋機的機械結(jié)構(gòu)示意圖

控制系統(tǒng)的硬件配置和功能設(shè)計

    通過對整個機械工藝特點和功能要求的分析，確定程序控制單元采用PLC實現(xiàn)，HMI人機界面作為監(jiān)控單元，選擇SERVO驅(qū)動單元作為速度和扭力控制單元，以滿足整個機械的電氣控制硬件要求，其電氣系統(tǒng)控制硬件架構(gòu)如圖2所示。

1）PLC程序控制單元

程序控制單元采用DELTA SS系列小型PLC，其主要特點有：

（1）體積小巧，成本更低；
（2）14點主機設(shè)計，8點數(shù)字輸入和6點晶體管輸出；
（3）內(nèi)建RS232和RS485雙通訊端口，可以采用通訊方式讀取HMI設(shè)定數(shù)據(jù)。

PLC I/O點規(guī)劃如表1所示，PLC與HMI關(guān)聯(lián)M輔助繼電器定義如表2所示。

2）HMI監(jiān)控單元

HMI監(jiān)控單元的主要任務(wù)包括：

（1）模式功能的選擇（運行模式M3、監(jiān)控模式M2、參數(shù)模式M1）；
（2）控制功能（運行M4、停止M5）；
（3）監(jiān)控功能（PLC I/O狀態(tài)的讀取、伺服 I/O狀態(tài)的讀取、加工總數(shù)等信息）；
（4）參數(shù)設(shè)定功能（封蓋伺服速度設(shè)定、封蓋伺服扭力設(shè)定）。

HMI監(jiān)控單元采用DELTA DOP－A 5.7’系列彩色人機界面，以實現(xiàn)對控制系統(tǒng)的操作、監(jiān)控和參數(shù)設(shè)置等功能，有以下主要特點：

（1）256色彩顯示，5.7’ 監(jiān)控界面；
（2）支持雙通訊聯(lián)機功能，可同時連接2種不同協(xié)議的控制器，方便架構(gòu)多機聯(lián)機網(wǎng)絡(luò)；
（3）軟體內(nèi)建與臺達PLC和伺服通訊及內(nèi)部協(xié)議，可以方便編程，簡化設(shè)計；
（4）可以通過多級密碼設(shè)定功能來實現(xiàn)多用戶管理；
（5）內(nèi)建萬年歷功能。

      HMI 支持雙通訊聯(lián)機功能，可同時連接2種不同協(xié)議的控制器。本案使用HMI的COM2與PLC進行RS485通訊，用以設(shè)定PLC 程序中的按鈕等元件，并可將PLC的運行狀態(tài)反饋在HMI上，此外還使用了HMI的COM1與SERVO進行RS232通訊，用以與伺服內(nèi)部寄存器交換數(shù)據(jù)，架構(gòu)見可圖2。

     該方案的優(yōu)點在于無需增加任何通訊模塊，其控制功能是在各控制單元硬體和軟體自身通訊功能的基礎(chǔ)上構(gòu)建實現(xiàn)的，因此可以使成本更低、應用更方便、性能更穩(wěn)定。 

HMI人機界面規(guī)劃如圖3所示。

圖3 人機界面規(guī)劃示意圖