永宏PLC在貼標機上的應用
圖1-2貼標機設備圖
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系統設計方案
2.1 方案背景
在與其他廠牌的產品進行對比，
2.2 客戶需求
根據機械結構和工藝要求，貼標機主要需要實現三大部分的功能：A面貼標工序，翻轉折邊工序，B面貼標工序。另外細分的話還需要實現以下多種控制要求：6軸的回原點功能，
貼標機的具體工藝及功能要求如下表2-1：
要求1設備操作簡單易學，觸控式螢幕畫面美觀，可以即時監控設備的運行狀態要求2各個軸的自動尋零點以及偏移功能要求3卷料的Z軸和送料的X軸需要速度、距離的同步要求4能夠實現A面和B面的單動操作，表2-1 貼標機的具體工藝及功能要求
2.3 解決方案
根據控制及工藝要求，貼標機控制方案主要包括系統硬體設計和系統軟體設計；其中系統硬體設計包括硬體（產品）配置、機械結構、氣動控制和電氣控制等四部分；系統軟體設計包括流程控制、I/O配置和程式設計等三部分；貼標機的設計參數如表2-3；貼標機的實物圖如圖2-3-1。
表2-2貼標機的設計參數 圖2-2-1貼標機的實物圖
基於上述各項技術指標，本方案控制系統採用兩台永巨集FBS系列MC定位控制型PLC控制器，主要控制貼標機的所有控制動作；通訊模組採用兩台永巨集FBS-CB5通訊範本來實現主從站PLC之間的高速CPU Link；伺服控制系統採用的是A3系列控制器，分別控制各個軸之間的動作流程；氣動控制系統採用多通道SMC單相電磁閥，
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系統硬體設計
貼標機的系統硬體設計主要包括四部分：硬體設定、機械結構、氣動控制和電氣控制；其中硬體設定主要對電氣產品的配置進行了說明，機械結構主要對結構的組成和結構的解析進行了說明，
貼標機的系統硬體設計架構圖如圖3-1。
圖3-1貼標機的系統硬體設計架構圖
3.1 硬體設定
貼標機選用的是永宏FBs-60MCT2-AC為主機，FBs-40MCT2-AC為從機；同時選用I/O擴展模組FBs-16Y+FBs-20X，以及永宏的2個FBs-CB5的通訊板卡；同時選用永宏
HU102E-00的觸控式螢幕；控制單元採用的是永巨集A3系列的伺服，整套方案能夠説明客戶節約很多系統成本。
貼標機
系統硬體系統清單如圖表3-1。
設計參數實物效果圖控制系統永巨集PLC操作介面永巨集HMI伺服驅動A3伺服氣動驅動SMC電磁閥通訊類型永巨集標準通訊協定工作氣壓0.6MPa-0.8MPa工作效率16S/PCS工作環境溫度5-40度濕度10-90%硬體明細表產品類型產品型號產品數量永巨集PLCFBs-60MCT2-AC1台FBs-40MCT2-AC1台
永巨集模組FBs-CB52台永巨集I/O擴展模組FBs-16Y1台FBs-20X1台
永宏觸控式螢幕HU102E-001台
表3-1 系統硬體系統清單
3.2 電氣控制
貼標機的電氣控制主要分為主電路和控制電路兩部分。主電路使用AC220V供電，火線採用2.5平方的單芯紅色PVC線，零線採用2.5平方的單芯黑色PVC線，地線採用2.5平方的黃綠PVC線；主電路主要供給4個伺服驅動器及2個步進驅動器、主從站PLC控制單元、開關電源、散熱風扇等部件供電，並通過電源指示燈來顯示；控制電路採用24V供電，信號或電源（+）採用0.5平方的多芯紅色PVC線，信號或電源（-）採用0.5平方的多芯黑色PVC線；控制電路主要給觸控式螢幕、電磁閥、感測器和指示燈等控制信號供電；控制電路還採用中間繼電器等電氣部件進行控制電路中間的控制轉換。貼標機PLC主站控制電路原理圖3-2-1，貼標機PLC從站控制電路原理圖3-2-2。
如圖3-2-1貼標機PLC主站控制電路原理圖
如圖3-2-2貼標機PLC從站控制電路原理圖
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系統軟體設計
貼標機的系統軟體設計主要包括三部分：流程控制、I/O點配置和程式設計；其中流程控制主要對工藝流程和控制流程進行了說明，I/O點配置主要對PLC輸入輸出點的配置和伺服引腳接線配置進行說明，程式設計主要對PLC程式和觸控式螢幕程式進行了說明。
貼標機的系統軟體設計架構圖如圖4-1。
圖4-1 貼標機的系統軟體設計架構圖
4.1 工藝流程
貼標機的工藝流程主要分為三大流程：A面貼標工序、翻轉折邊工序和B面貼標工序；這三部分的工藝流程是按照順序進行的，但是這三部分之間也要有互鎖關係（後一個動作沒完成或是卡料了，前面是不能放行的），否者會照成撞機，從而達到很好的工藝效果。貼標機的工藝流程如圖4-1-1。
圖4-1-1貼標機的工藝流程
4.2 控制流程
工藝控制流程一
A面貼標工序：首先復位回原點，啟動，送料檢測到有料且X軸在原點，送料電機啟動、Y軸尋零並偏移、Z軸尋零，完成後X軸偏移指定的位移，等X軸偏移完成後，延時後貼標氣缸下降，進行A面貼標動作，直到完成貼標動作。如圖4-2。
圖4-2 A面貼標工序圖
工藝控制流程二
翻轉折邊工序：首先A面送料電機將產品流出，翻面停止點檢測到有料，送料電機停止、翻面氣缸下降進行吸真空，真空達到設定值後翻轉，機械手過來取料，當折邊停止點檢測到，機械手開始放料並完成折邊工序。如圖4-3。
圖4-3 翻轉折邊工序圖
工藝控制流程三
B面貼標工序：首先送料電機將產品傳送，送料檢測到有料且X軸在原點，送料電機停止、Y軸尋零並偏移、Z軸尋零，完成後X軸偏移指定的位移，等X軸偏移完成後，延時後貼標氣缸下降，進行B面貼標動作，直到完成貼標動作。如圖4-4。
圖4-4 B面貼標工序圖
4.3 PLC功能指令應用
FUN140定位功能指令
1. FUN140（HSPSO）指令的 NC 定位程式是以文字的程式書寫方式來編輯；每一定位點我們稱一步（含輸出頻率、動作行程、轉移條件） ，一個 FUN140 最多可編 250 步定位點，每一步定位點需佔用 9 個暫存器。
2. 將定位程式存在暫存器最大好處是，如果結合人機作機台操控設定，則可將定位程式存入，直接通過設置速度，而且還可以通過改變速度寄存器的值，來進行多段加減速。
高速通訊程式
由於設備需要控制6軸，起初在確定方案時就考慮到使用2個PLC主機進行高速連線通訊，高速通訊採用的是永巨集專用的PORT2通訊口，最高速度可達到912.6kbps；主要用於主站PLC與從站PLC之間的資料共用和動作資訊的互換，高速連線程式分為主站程式和從站程式，主站為永巨集FUN151 MD3模式，從站則只需要將特殊寄存器M1958置1即可。通過指令表格就可以完成程式的編輯，為使用者提供了極大的方便。
FUN140指令多段速應用
由於設備在做貼標的過程中需要2個軸的同步動作，即X軸將產品向前移動，Z軸卷料伺服將標籤送料前進；這就需要X軸與Z兩個伺服同步動作，此時我用X軸的作為基準，Z軸的移動距離與速度是根據X軸來確定的，確認兩者的同步性，通過線性轉換設定一個比值，可調節這個比值來做微調動作，與此同時還需要將特殊寄存器M2000置1（多軸同動）。同時140指令中的多段速使用DRVC連續多段（多段速的最後一步需要使用DRV指令）。
FUN141伺服參數指令
在進行貼標機PLC整體程式設計和規劃時，參數設置程式採用的是永巨集FUN 141（伺服參數設置）指令來對伺服的相關參數進行設置；一條參數指令既能完成參數設置程式的編輯，為程式編輯和調試提供了極大的方便。
4.4 HMI畫面程式設計
功能選擇畫面
貼標機的功能選擇畫面主要用於自動運行、手動運行、參數設定、報警資訊和I/O畫面等畫面的選擇和切換。
手動運行畫面
貼標機的手動運行畫面主要用於1#、2#、3#的氣缸、普通電機、伺服電機點動、正反轉手動控制，並且所有的伺服電機都可以通過參數設定速度。
參數設定畫面
貼標機的參數設定畫面主要用於伺服電機與步進電機的速度和長度的設定與調節，以及多段速的設置。其中還包括氣缸的動作延時。
I/O監控畫面
貼標機的監控畫面主要用於主站PLC與從站PLC的輸入輸出點的線上監控，可以方便用戶隨時觀察到點的線上狀態。
實施結果
通過現場調試，貼標機的運行效率為16s/Pcs，並再進行精度測試，通過外觀檢測，貼標的誤差大約在正負0.5mm；而且貼標機在運行過程中運行平穩、生產效率高；從而提高客戶的生產效率，降低了勞動強度，節約了人工成本，改善了工作環境
FBs-40MCT2-AC為從機；同時選用I/O擴展模組FBs-16Y+FBs-20X，以及永宏的2個FBs-CB5的通訊板卡；同時選用永宏HU102E-00的觸控式螢幕；控制單元採用的是永巨集A3系列的伺服，整套方案能夠説明客戶節約很多系統成本。
貼標機
系統硬體系統清單如圖表3-1。
設計參數實物效果圖控制系統永巨集PLC操作介面永巨集HMI伺服驅動A3伺服氣動驅動SMC電磁閥通訊類型永巨集標準通訊協定工作氣壓0.6MPa-0.8MPa工作效率16S/PCS工作環境溫度5-40度濕度10-90%硬體明細表產品類型產品型號產品數量永巨集PLCFBs-60MCT2-AC1台FBs-40MCT2-AC1台
永巨集模組FBs-CB52台永巨集I/O擴展模組FBs-16Y1台FBs-20X1台
永宏觸控式螢幕HU102E-001台
表3-1 系統硬體系統清單
3.2 電氣控制
貼標機的電氣控制主要分為主電路和控制電路兩部分。主電路使用AC220V供電，火線採用2.5平方的單芯紅色PVC線，零線採用2.5平方的單芯黑色PVC線，地線採用2.5平方的黃綠PVC線；主電路主要供給4個伺服驅動器及2個步進驅動器、主從站PLC控制單元、開關電源、散熱風扇等部件供電，並通過電源指示燈來顯示；控制電路採用24V供電，信號或電源（+）採用0.5平方的多芯紅色PVC線，信號或電源（-）採用0.5平方的多芯黑色PVC線；控制電路主要給觸控式螢幕、電磁閥、感測器和指示燈等控制信號供電；控制電路還採用中間繼電器等電氣部件進行控制電路中間的控制轉換。貼標機PLC主站控制電路原理圖3-2-1，貼標機PLC從站控制電路原理圖3-2-2。
如圖3-2-1貼標機PLC主站控制電路原理圖
如圖3-2-2貼標機PLC從站控制電路原理圖
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系統軟體設計
貼標機的系統軟體設計主要包括三部分：流程控制、I/O點配置和程式設計；其中流程控制主要對工藝流程和控制流程進行了說明，I/O點配置主要對PLC輸入輸出點的配置和伺服引腳接線配置進行說明，程式設計主要對PLC程式和觸控式螢幕程式進行了說明。
貼標機的系統軟體設計架構圖如圖4-1。
圖4-1 貼標機的系統軟體設計架構圖
4.1 工藝流程
貼標機的工藝流程主要分為三大流程：A面貼標工序、翻轉折邊工序和B面貼標工序；這三部分的工藝流程是按照順序進行的，但是這三部分之間也要有互鎖關係（後一個動作沒完成或是卡料了，前面是不能放行的），否者會照成撞機，從而達到很好的工藝效果。貼標機的工藝流程如圖4-1-1。
圖4-1-1貼標機的工藝流程
4.2 控制流程
工藝控制流程一
A面貼標工序：首先復位回原點，啟動，送料檢測到有料且X軸在原點，送料電機啟動、Y軸尋零並偏移、Z軸尋零，完成後X軸偏移指定的位移，等X軸偏移完成後，延時後貼標氣缸下降，進行A面貼標動作，直到完成貼標動作。如圖4-2。
圖4-2 A面貼標工序圖
工藝控制流程二
翻轉折邊工序：首先A面送料電機將產品流出，翻面停止點檢測到有料，送料電機停止、翻面氣缸下降進行吸真空，真空達到設定值後翻轉，機械手過來取料，當折邊停止點檢測到，機械手開始放料並完成折邊工序。如圖4-3。
圖4-3 翻轉折邊工序圖
工藝控制流程三
B面貼標工序：首先送料電機將產品傳送，送料檢測到有料且X軸在原點，送料電機停止、Y軸尋零並偏移、Z軸尋零，完成後X軸偏移指定的位移，等X軸偏移完成後，延時後貼標氣缸下降，進行B面貼標動作，直到完成貼標動作。如圖4-4。
圖4-4 B面貼標工序圖
4.3 PLC功能指令應用
FUN140定位功能指令
1. FUN140（HSPSO）指令的 NC 定位程式是以文字的程式書寫方式來編輯；每一定位點我們稱一步（含輸出頻率、動作行程、轉移條件） ，一個 FUN140 最多可編 250 步定位點，每一步定位點需佔用 9 個暫存器。
2. 將定位程式存在暫存器最大好處是，如果結合人機作機台操控設定，則可將定位程式存入，直接通過設置速度，而且還可以通過改變速度寄存器的值，來進行多段加減速。
高速通訊程式
由於設備需要控制6軸，起初在確定方案時就考慮到使用2個PLC主機進行高速連線通訊，高速通訊採用的是永巨集專用的PORT2通訊口，最高速度可達到912.6kbps；主要用於主站PLC與從站PLC之間的資料共用和動作資訊的互換，高速連線程式分為主站程式和從站程式，主站為永巨集FUN151 MD3模式，從站則只需要將特殊寄存器M1958置1即可。通過指令表格就可以完成程式的編輯，為使用者提供了極大的方便。
FUN140指令多段速應用
由於設備在做貼標的過程中需要2個軸的同步動作，即X軸將產品向前移動，Z軸卷料伺服將標籤送料前進；這就需要X軸與Z兩個伺服同步動作，此時我用X軸的作為基準，Z軸的移動距離與速度是根據X軸來確定的，確認兩者的同步性，通過線性轉換設定一個比值，可調節這個比值來做微調動作，與此同時還需要將特殊寄存器M2000置1（多軸同動）。同時140指令中的多段速使用DRVC連續多段（多段速的最後一步需要使用DRV指令）。
FUN141伺服參數指令
在進行貼標機PLC整體程式設計和規劃時，參數設置程式採用的是永巨集FUN 141（伺服參數設置）指令來對伺服的相關參數進行設置；一條參數指令既能完成參數設置程式的編輯，為程式編輯和調試提供了極大的方便。
4.4 HMI畫面程式設計
功能選擇畫面
貼標機的功能選擇畫面主要用於自動運行、手動運行、參數設定、報警資訊和I/O畫面等畫面的選擇和切換。
手動運行畫面
貼標機的手動運行畫面主要用於1#、2#、3#的氣缸、普通電機、伺服電機點動、正反轉手動控制，並且所有的伺服電機都可以通過參數設定速度。
參數設定畫面
貼標機的參數設定畫面主要用於伺服電機與步進電機的速度和長度的設定與調節，以及多段速的設置。其中還包括氣缸的動作延時。
I/O監控畫面
貼標機的監控畫面主要用於主站PLC與從站PLC的輸入輸出點的線上監控，可以方便用戶隨時觀察到點的線上狀態。
實施結果
通過現場調試，貼標機的運行效率為16s/Pcs，並再進行精度測試，通過外觀檢測，貼標的誤差大約在正負0.5mm；而且貼標機在運行過程中運行平穩、生產效率高；從而提高客戶的生產效率，降低了勞動強度，節約了人工成本，改善了工作環境