1 引言
套标机的用途是给瓶装商品套装彩印商标薄膜。典型的套标瓶装商品是快速消费品，例如瓶装饮料、化妆品、药品、保健品等。根据套标速度的不同，套标机可以分为以下几种：100-150瓶/分、150-250瓶/分、300-400瓶/分、400-600瓶/分、600-800瓶/分。目前市场数量*大的集中在100-400瓶/分的设备上，大于400瓶/分的设备属于高速套标，虽然目前市场份额不大，但由于行业内的竞争日益激烈，使得各厂家都在积极研发自己的高速套标机，速度*高达到800瓶/分，已接近机械系统的运行极限。
2 高速套标机电控系统分析
2.1 套标机控制
套标机控制的难点在于考验PLC及伺服的响应性，生产效率越高，对于PLC发脉冲的频宽和伺服的动态响应性及频宽要求越高。因此在选用DELTA品牌时，PLC的主机选择性能较高的DVP40EH00T2系列主机，也可选择DVP28SV11T。这两款主机是台达2007年推出的小型PLC中性能*高的。分别有4组200KHz的高速脉冲输出通道及4组200KHz的高速脉冲输入通道，同时基本指令的执行时间明显优于业内同档次的PLC。
2.2 伺服的频宽及动态响应性
有了性能较高的控制器，接下来要考验则是伺服的频宽及动态响应性。台达A系列伺服的响应频宽为450Hz。在要求生产效率为200-300瓶的范围内有一定的余量。基于以上两点，硬件是完全能够满足效率的要求。但如果生产效率要求在400-600瓶/分或600-800瓶/分的高速套标时，对于PLC及伺服的要求都会非常高。伺服的频宽450Hz是难以完成如此高的响应性的，而对于PLC则针对脉冲的平滑处理要求则更加高，需要将*高运行频率与*低运行频率之间的减速曲线做的比较平滑，还要满足加减速的快速性。针对这样的要求，DVP40EH00T2新增了DPTPO的填表式发脉冲，加减速一共60段。在效率为200-300瓶/分的速度时，可以满足要求；在400-600瓶/分，600-800瓶/分60段的加减速还是不够，应该考虑能够将分段在细一些或加减速的段数可以认为在特殊寄存器中自己定义。如果能够做到这一点，对于高速套标，我们的PLC是非常有优势的。突显非常高的性价比。
2.3抓色标
控制上的难点在于抓色标。所谓抓色标即PLC接到色标传感器的信号后，能够非常快速的响应，并立即控制伺服停下来。一方面是考验PLC在执行中断时的快速性，同时也在考验PLC在相同的频率下发脉冲，中断一来，能否稳定、一致、快速的禁止发脉冲。如果PLC不能保证中断执行的快速性、一致性，稳定的将脉冲禁止，则会出现长短标的现象。这对于客户是不能够接受的。同时在高速发脉冲的时候，由于标长比较短，意味着一个完整的标长对应的脉冲当量比较小。如果对于发脉冲不做加减速的处理，当检测到色标时，伺服运行在高速状态，PLC此时发脉冲的频率非常高，则会造成伺服的过冲。切出来的标签会长于一个正常的标长。因此对于PLC发脉冲加减速的处理是非常关键的。即要平滑的加减速又要以较高的频率运行，以满足生产的高效性。这一点对于控制和PLC而言都是有一定的难度。因此如下图所示的曲线是比较合理的。
加速段采用0-π/2的正弦曲线，等分20段进行，每个PLC扫描周期角度增加1/20度；减速采用余弦0-π/2，等分40段，每個掃描周期角度綫小1/40度。如何处理好平滑的加减速的同时保证生产的高效性是做好套标机的关键！对PLC的考验也在于此。目前使用DVP28SV或EH2的主機在穩定狀態下能夠做到300-400瓶/分，效率再高已經比較困難，一方面對於發脈衝指令的平滑有更高的要求，另一方面對於伺服的頻寬也有更高的要求。當然如果在不計成本的條件下，使用DVP20PM與A2的伺服相信效率會有所提高。
3 高速套标机电控系统设计
高速套标机生产效率大幅度提高，对控制系统的要求也非常得高。首先对于PLC不仅要求高频宽的脉冲处理能力、脉冲指令的平滑处理能力、中断的响应能力等有很高的要求，同时对于伺服的响应频宽、瞬时的启停的高响应性都有非常高的要求。目前在小型通用PLC中，台达SV/EH2系列提供填表式的发脉冲功能，加减速一共60段，能够实现200-300瓶/分的速度。基于SV/EH2系列PLC的高速套标机控制系统结构如图1所示。基于台达机电产品的套标机硬件配置如表1所示。PLC输入输出定义如表2所示。PLC电控系统原理如图2所示。
图1 高速套标机控制系统
表1 硬件配置
表2 PLC输入输出定义
图2 套标机PLC电控原理
4 控制特色及指标
4.1同步通讯控制
分瓶、带瓶、输送、料架的同步通讯控制。取代了一般通过电位器的手动操作。当整机运行速度发生变化时，必须通过人为的手动调节后，才能正常的生产，一方面增加了操作人员的工作量和难度，同时对于操作人员也有一定的要求。需要比较有经验的人员操作。当然使用同步控制器可以完成这样的功能。但通过通讯的方式做同步控制，能够帮助机械生产厂家节省一个同步控制器，降低了设备的成本。分瓶、带瓶、输送、料架的速度调整在自动运行的情况下，速度会跟随主速的变化而变化，达到同步。而在手动操作时，客户可以自己人为的在触摸屏上单独设定不同的速度。非常的人性化而且操作简便。其中同步控制方面，可以选择输送作为主动力，分瓶、带瓶作为从动部分，因此速度同步关系可以通过如下公式进行计算：V2=K1V1（K1为同步比例系数、V1为输送的速度、V2为分瓶的速度），以此类推：带瓶的速度V3=K2V1（K2为同步比例系数、V1为输送的速度、V3为带瓶的速度）
4.2 高精度自动对标
针对原来对标时，还需要通过人为的调整色标传感器的位置，以达到切标能切到透明段，操作起来比较麻烦。因此在设计时充分考虑到这样的要求，通过巧妙的程序设计，实现了低速时自动对标的功能。一旦操作完成，即使速度发生改变，只要在允许的范围内变化（通常满足设备的*高运行速度），无需在人为的调整色标传感器的位置。方便、简化了调机的操作。启动前自动以低速运行，开中断禁止发脉冲，达到自动对标的功能。速度在300-400瓶/分时，能将对标精度控制在0.5-1mm。
4.3 系统整体性能
当袋长、速度设定完毕，通过循环指令，将转化后的脉冲当量和运行速度按照加速20段、减速40段自动填充到指定的寄存器中。高清晰度、高可靠性的宽屏人机界面，同时为了延长其使用寿命，这款触摸屏还支持USB的鼠标操作，支持U盘的存储、支持以太网、打印以及播放MP3、MP4的强大功能，给设备增添卖点。完善的报警操作，可以方便的记录发生报警时的日期、时间与详细的报警信息。并且方便的进行查询。密码保护，人机、PLC的密码保护双层操作。并且可以根据客户的需求增加是否需要定时停机的功能，方便客户收款等操作，安全可靠。
1 引言
点胶机是专门对液体体进行控制，将液体点滴、涂覆、灌封于产品表面或产品内部的自动化机器。点胶机主要用于产品工艺中的胶水、油以及其他液体的粘接、灌注、涂层、密封、填充、点滴、线形/弧形/圆形涂胶等。自动点胶机在工业制造中越来越得到广泛的应用，小到手机、镜头、IC封装、LCD、LED、笔记本电脑、数码相机、SCP、BGA、二极管、三极管、精密机械等；大到飞机、汽车、机械制造等，都需要精密的点胶设备支持。点胶还是SMT（表面贴装技术）PCB印制电路板制基本工艺流程。SMT流程由点胶-贴装（固化）-回流焊接-清洗-检测等工艺环节组成。其中，点胶工艺作用是将焊膏或贴片胶漏印到PCB的焊盘上，为元器件的贴装和焊接做准备，位于SMT生产线的*前端。
2 点胶机运动控制
2.1 点胶工艺
流体点胶广泛应用于批量生产中，产品的质量是由生产过程决定的，而不是仅依靠质量检查部门来保证。因而，生产过程中人式控制操作的环节越少，造成的生产不一致性越少，返式和退货率越低。点胶机及其配件的配套体系能控制点胶过程均一稳定和较高的一致性。使用高品质的点胶系统可以避免因为操作式技术水平参差不齐和生产中的换班对产品质量和产能造成的影响。点胶技术能保证流体点胶量的均一稳定，从而保证了*终产品质量的可靠一致性。
2.2 点胶控制
（1）直观方便的图形操作界面。点胶过程中速度和轨迹可以调整。编辑和教导式录入轨迹参数，操作简单方便。采用教导踩点的方式产生加工文件，可进行单步调试。单步或自动加工方式。采用配方格式保存加工文件，方便通过计算机修改。可保存多组点胶工艺。
（2）点胶精度高，轨迹均匀,出胶稳定，效率高。多维自由度空间轨迹运动。采用软件插补，可实现快速直线、圆弧插补及各类复杂轨迹运动。可在任意点设置进枪、退枪、开枪、关枪等操作。
3 20PM运动控制PLC解决方案
3.1 运动控制PLC简介
台达DVP-20PM00D是一款具有运动控制专用功能的可编程控制器。DVP-20PM00D的*大特点是PLC主机直接提供电子凸轮功能，或者说DVP-20PM00D是内置电子凸轮功能的PLC,所以有些场所直接称呼DVP-20PM00D为台达20PM运动控制器。
20PM具有2路500KHz的输入与输出，在电子凸轮功能中定义X轴为从轴，编码器输入轴为主轴，当定义好CAMTable后，从轴依据定义的曲线跟随主轴运动。采用高速双CPU结构形式，利用独立CPU处理运动控制算法，可以很好地实现各种运动轨迹控制、逻辑动作控制，直线/圆弧插补控制等，点胶机数控系统正是利用了20PM运动控制器的电子凸轮功能很好的解决了复杂高精度点胶轨迹实现问题。20PM的主要特点：
（1）20PM适用于高速、高精度、高复杂的运动控制场合；
（2）多段速执行及中断定位；
（3）64K 大容量, 内置Flash存储体；
（5）两组差分脉冲输出，*高脉冲输出达500KHz；
（6）两组手摇轮控制；
（7）内置电子凸轮功能，轻松实现绕线、飞剪、追剪等应用；
（8）支持PLC顺序逻辑控制及NC控制(G 码与M码)。
3.2 运动控制解决方案
全自动数控点胶机基于台达20PM00D运动控制型PLC、DOP-B07S200触摸屏、01PU-H2驱动器、步进电机等实现3轴控制功能，配置如表1所示。0PM00D控制两轴构成X/Y坐标系统，采用G码完成直线或圆弧插补完成轨迹运动，定位点胶位置，另外01PU控制一轴Z轴为独立运动，控制点胶枪，实现了设备的点动、原点回归、半自动及自动运行，并且通过配方功能实现了轨迹形状任意。用户可以在人机界面上设定点胶做动作,外部有一个急停按钮。
步进电机的驱动力和步进驱动器的细分度、接受脉冲的方式。步进电机启动器的细分度能提高精度。20PM是差动脉冲输出，所以对应的步进驱动器也要选择差动脉冲输入的型号。我们选择步进启动器细分度为200，步进电机40000个脉冲1转达到要求的精度。需要了解步进电机转1圈皮带直线前进多少距离，还有皮带运动的正反方向。导轨上需要安装左、右极限开关和原点回归的近点信号开关，这些信号对应的要接到20PM和01PU相应的端子。然后做*小步进试验，发出10个脉冲检测到2条（0.002毫米）的动作，这就是*小误差，经过实际运行，点胶运动完全符合精度要求。
表1 数控点胶机设备配置
4 数控系统编程
20PM有专门的编程软件PMSoft 1.03。启动时通过新建一个程序实现的。
4.1 初始化
上电初期启动正方向脉冲初始化X/Y/Z轴的基本参数，如图1图、2所示。
图1 运动方向初始化
图2 工作模式初始化
01PU是特殊模块需要用bbbb/TO指令对其操作。需要注意的是FROM/TO指令比较占用扫描时间不要使用太多，一次就把需要的赋值的参数设置好，而且不要使用一直赋值指令。参考20PM编程手册和特殊模块编程手册，需要设置的基本参数有：
（1）发送脉冲的方式：脉冲加方向20PM 的X轴赋值K16给D1816,Y轴赋值K16给D189601PU用TO指令赋值K16到CR#5；
（2）原点回归速度；
（3）寸动速度：可以小些；
（4）X/Y/Z轴工作模式：左右极限停止模式；
（5）减速度、加速度设定可以根据实际设定。
4.2 坐标定义
根据需要可以做上电自动原点回归动作，回归后坐标置0，如图3所示。
图3 坐标定义
4.3 HMI 控制及显示X/Y/Z轴寸动程序
如图4所示，M5/M6控制X轴正向/反向寸动，M7/M8控制Y轴正向/反向寸动，M13/M14控制Z轴正向/反向寸动。
如图5所示，HMI只需要做6个置位按钮对应M5、M6、M7、M8、M13、M14，再做6个数字显示对应的现在位置寄存器就可以实现在HMI上控制显示X/Y/Z轴坐标位置。再做一个按钮把X/Y/Z轴的现在位置赋值给特定的寄存器，就可以用这些寄存器作为运动控制的位置坐标，实现对运动的自由编辑。
图4 寸动控制
图5 HMI变量链接
4.4 运动控制启动程序
首先向D1868中赋值H8003选中运动子程序0X3，然后启动运动子程序。触发条件可以用外部开关信号触发，如图6所示。
图6 运动控制系统启动
4.5 运动子程序编写
编程树形图如下所示：
子程序主要完成G码运动控制。要灵活运用Z0变址寄存器来实现，我们把运动数据放在D2000开始的寄存器里如图7所示。
图7 G码运动数据
我们这里用到的G码有G01直线运动、G02顺时针圆弧插补运动控制、G03逆时针圆弧插补运动控制。可以看到我们需要G码选择2个字、X坐标2个字、Y轴坐标2个字、半径2个字、速度2个字，备用2个字。相当于1条运动指令我们需要12个字。所以我们只需要执行一条运动指令后Z0加12，在把新的数据赋值到D3500-D3508里面就可以了。让程序在子程序里循环检测，检测到D2000Z0为1的时候调用G01、为2时调用G02、3时调用G03、4时用FROM/TO指令完成对01PU的运动控制，直到检测到G码D2000Z0为0跳出子程序，如图8所示。
图8 码运动控制
4.6 人机界面HMI程序
主要包括对D2000以后的寄存器赋值和显示的功能，这里可以用配方配合。还有在HMI上点动设置好X/Y/Z的坐标下载到D2000以后的寄存器里。可以在根据需要在做个当Z轴到指定坐标后Y0输出，让胶水动作。
用台达Screen Editor2.00.05里选择-工具-32配方-新建1个100×6的配方，在上面的地址栏填数据的起始地址1@D2000，然后里面填好需要的数据。做个新界面做一些数据显示的框地址从RCP0开始对应D2000，用RCPNO和RCPG选择组数和配方数。用控制区第5个字的第2位和第3位控制配方的上传、下载，如图下所示：
5 结束语
使用20PM能很好的实现点胶机的功能。编辑和踩点式录入轨迹参数、速度可以自由设定，界面操作简单方便。经过测试我们画出的圆达到半径1.5毫米不会走形，完全满足用户要求。整个设备的精度还和机械设备有关系，比如：如果用伺服电机代替步进电机、丝杆代替皮带的话，可能在高速点胶过程中精度更稳定。实践证明20PM在运动控制中稳定可靠，本案例可以应用到相关机械设备