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ELAU -施耐德公司(SchneiderElectric)旗下的子公司，专业从事工业自动化控制技术的研发和制造。开发出一系列的伺服电机、驱动装置、职能电机以及人机界面等自动化产品。在多种工业领域ELAU卓有成效，得到客户的广泛赞同和认可，其产品广泛用于包装、饮料、医药、化妆品、烟草、造纸、纺织经编、机械、机器人等行业。今天介绍下ELAU伺服控制系统及伺服电机在高速热熔胶贴标机的解决方案

1 工艺简介 
1.1 机械机构图

说明：

该机器可以分为3个部分：1、瓶子输送部分，包括输送链道，主转轮。主转轮带动入口芯轮及出口芯轮运转。2、送标部分，包括2个标转盘，张力控制部分及送标轮。3、标签转移及标签涂胶部分，包括切刀转鼓，标签转鼓。其中切刀转鼓，标签转鼓运转是靠主转轮通过一定的齿轮传动来实现。涂胶部分包括胶水泵、涂胶台及胶液循环系统。

所需的主要传感器及汽缸有：第1部分有6个传感器用于检测瓶子的密度，根据这些信号来决定机器的运行速度，1个空瓶检测传感器，1个入口阻挡器汽缸。第2部分有1个色标传感器，1个送标确认传感器，每个标盘各有一个标签剩余量检测传感器，1个张力限位报警传感器，1个压标轮汽缸。第3部分包括1个贴标确认传感器，若干个温度检测传感器，1个涂胶汽缸。

各部分电机有 ：M1 ：链道输送电机。M2：主电机。M3 ：真空泵。M4 ：胶水泵。M5 ：送标伺服电机

1.2 工艺说明

   该切标机高速时速度要求24000瓶/小时。精度要求为切点偏差 <= +/-1mm ，同时根据客户的不同要求，要求适用于多种规格的标签和速度要求，根据机械结构的不同，速度要求更快。并根据实际情况要求速度平滑的在高、中、低速间切换，送标伺服电机要求在低速时实现无瓶不送标，瓶子断续进入机器时要求平滑的在送标与不送标间切换，且不能出现伺服抖动及不能影响切标精度。

机器上电以后，设备自检无故障后方可进行自动、手动或点动模式操作。自动运行时，主电机运转，带动主转轮、切刀转轮、入口芯轮及出口芯轮运转。瓶子进入机器，在入口处有检测瓶子的传感器，用来决定伺服电机是否送标和胶水汽缸是否涂胶。在确认有瓶子进入以后，系统内部进行移位操作，等瓶子到一定位置后伺服开始送一个标，切刀把这个标切下以后转移到标签转鼓上，标签转鼓转到涂胶位时，涂胶汽缸前进涂胶，同时瓶子在与标签转鼓上的标签相遇时自转，裹上标签以后进入出瓶芯轮，完成一次贴标。

1.3 技术难点

该类型机器的主要难点是，由于外界各种因素如张力波动、压标轮打滑、标签拉升等的影响，对切标精度都会造成影响，在高速24000瓶/小时时平均每送一次标的时间约为150ms，要保证精度为+/-1mm，若按照一个标长300mm来计算，500us就可以走1个mm，这就要求控制器有足够快的色标捕捉时间和执行速度，而用ELAU的C400控制器支持最快色标捕捉反应时间15us，支持最快用户扫描周期250us，完全能符合这样的要求。

2 方案介绍 
2.1 系统架构图

HMI通过Modbus TCP/IP协议与ELAU C400控制器通讯，主电机变频器、输送链道变频器、胶水泵变频器可以通过Canopen协议直接和控制器通讯，或通过控制器的模拟量输出控制其速度，不需要变频控制的电机直接用控制器的数字量输出来控制，扩展IO也可与控制器通过Can相连，送标伺服通过运动总线SERCOS通讯。

2.2 配置介绍

2.2.1、控制器选用ELAU PackDrive C400系列，该控制器内部集成了PLC逻辑控制、运动控制等功能，用户可以根据需要自主配置任务的扫描周期和任务等级，并自带20个DI,16个DO,2个AI,2个AO,16个可记忆输入。

2.2.2、电机采用SH140系列电机，驱动器用MC-4系列。运动总线为SERCOS光纤高速数据总线。

2.2.3、 触摸屏可以选用施耐德或Proface等，可以与ELAU控制器通过Modbus TCP 协议通讯。

2.2.4、IO模块可以用施耐德OTB/STB系列，变频器选用施耐德ATV31系列，与ELAU控制器通过CANopen协议通讯。或者可由客户自主选择I/O型号及变频器型号，变频器还可以通过ELAU的C400控制器自带的模拟量输出来控制其速度，扩展I/O还可以通过Profibus-DP或Pacnet 来和C400通讯。

2.3 功能要点介绍

  2.3.1 功能概述

该方案能满足客户的高速24000瓶/小时，切点偏差 <= +/-1mm的精度要求，同时根据客户机械结构的不同，速度能达到更高并适用于各种规格的标签。并根据时间情况自动平滑的在高、中、低速间运行，伺服电机可以平滑的在5条不同的加减速曲线间切换，在低速时可以实现无瓶不送标。

机器运行时若出现报警，机器会根据报警等级，自动减速停机或立即停机，遇到紧急情况时，可以通过急停按钮，紧急停止机器。急停通过安全电路来实现，可以保证更高的安全等级。

机器有点动操作模式，在点动模式下可以完成自动下的全部动作，用于调试机器。

外围人机交互界面可以显示实际状态、产量、热熔胶温度等讯息，在故障时，各类报警及如何处理讯息一目了然，方便用户在遇到故障时根据讯息迅速排除故障，操作界面友好。在数据配方上实现密码安全管理，同时在数据配方上有互锁及防误操作功能，防止因误操作导致的机器误动作。在调试或换标时可以手动启动或点动启动机器，操作方便。

2.3.2 送标伺服电机运动控制功能介绍

在旋转切刀下装有物理编码器，送标电机跟随该编码器的信号，做高速线性运动。各种条件运动曲线如下：

ELAU 的ECAM-4电子凸轮设计软件可以根据客户的机械结构优化生成最优化的凸轮曲线。

3 系统特色

3.1 集成化的功能块结构

ELAU应用软件EPAS-4的优点之一是有很多集成化的功能块，可以直接在程序中调用，极大的方便了程序的开发。如针对该方案有系统特有的色标控制功能块，专门针对于标签、彩膜等需要对长度或位置进行控制的场合。

该功能块主要作用是能自动计算出色标偏差，在输入色标传感器、捕捉的编码器、捕捉值上下限等讯息后，该功能块可以算出实际偏差、是否为有效信号等。在该方案中还可以用到的主要功能块还有数据移位、伺服位置补偿、PID控制等。在ELAU的EPAS-4应用软件中还有很多类似的功能块，用户可以根据需要很方便的进行调用。

3.2 系统硬件性能高

该系统采用运动控制器C400内置高性能Pentum处理器，运算性能强，实时多任务操作系统，支持最快用户扫描周期250us。色标捕捉采用的是控制器自带的TP可记忆输入，最快反应时间为15us，可以补偿捕捉时间，实现无延时捕捉。运动总线采用SERCOS光纤服控制信号输出，速度快，抗干扰能力强。

4 名词注解