自動(dòng)化控制方案在磁力碼垛機(jī)上的應(yīng)用

劉紅峰/文

自動(dòng)化控制方案在磁力碼垛機(jī)上的應(yīng)用

劉紅峰/文

磁力碼垛機(jī)是以磁力吸附鐵質(zhì)罐體，并按一定排列順序?qū)⒐摅w堆碼放在托盤(pán)（木質(zhì)、塑料）上的自動(dòng)堆碼設(shè)備。它可將貨物堆碼多層并推出，便于叉車(chē)運(yùn)至倉(cāng)庫(kù)儲(chǔ)存。本文主要介紹了磁力碼垛機(jī)產(chǎn)品的特點(diǎn)、控制原理，并在此基礎(chǔ)上介紹了臺(tái)達(dá)自動(dòng)化控制方案在龍門(mén)磁力碼垛機(jī)上的應(yīng)用。

磁力、碼垛機(jī)、定位、自動(dòng)控制

隨著經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展和國(guó)民生活水平的提高，罐裝飲料的需求也日益增加。這為灌裝裝備行業(yè)的發(fā)展帶來(lái)了機(jī)遇，同時(shí)也使該行業(yè)面臨一個(gè)急需解決的問(wèn)題：如何降低灌裝產(chǎn)品碼垛環(huán)節(jié)的人工成本。傳統(tǒng)的碼垛環(huán)節(jié)，需要大量人工進(jìn)行物品堆棧，人力成本高且危險(xiǎn)性大。為降低人工成本，目前通用的解決方案是通過(guò)導(dǎo)入自動(dòng)化碼垛設(shè)備，來(lái)提高生產(chǎn)的自動(dòng)化程度，減少人力的使用。

磁力碼垛機(jī)作為自動(dòng)化碼垛設(shè)備之一，采用可編程控制器 (PLC) 為運(yùn)算核心，通過(guò)人機(jī)界面進(jìn)行人機(jī)交互，實(shí)現(xiàn)智慧化操作管理，方便掌握,亦可大幅減少勞動(dòng)力和降低勞動(dòng)強(qiáng)度。本文將對(duì)該設(shè)備的具體應(yīng)用做詳盡的介紹。

一、磁力碼垛機(jī)簡(jiǎn)介

碼垛機(jī)可依照需求編組方式和層數(shù)，完成對(duì)罐體、料袋、膠塊、箱體等各種產(chǎn)品的堆棧。自動(dòng)碼垛機(jī)按智能化水平可分為機(jī)器人碼垛(如圖2)和機(jī)械式碼垛兩種。本文所介紹的是龍門(mén)磁力碼垛機(jī)，它屬于機(jī)械式碼垛機(jī)，如圖1。

磁力碼垛機(jī)的一大優(yōu)點(diǎn)就是采用最優(yōu)化的設(shè)計(jì)，可在較短時(shí)間里將產(chǎn)品物料高效地堆出緊密、整齊的垛形。相對(duì)于人工碼垛，磁力碼垛機(jī)具有如下優(yōu)勢(shì)：（1）效率高；（2）工藝水平高，即碼垛整齊度高；（3）對(duì)環(huán)境要求低；（4）可降低人工成本；（5）可提高企業(yè)形象等。

圖1：龍門(mén)磁力碼垛機(jī)

二、 控制原理

本文介紹的磁力碼垛機(jī)為龍門(mén)式碼垛機(jī)，它由水平行走機(jī)構(gòu)、起升機(jī)構(gòu)、載貨臺(tái)及傳送機(jī)構(gòu)、機(jī)架和電氣設(shè)備等基本部分組成。其中載貨臺(tái)使用的大磁力永磁體，可通過(guò)對(duì)其位置的控制來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)鐵質(zhì)罐體吸附和釋放。

1．主要工藝環(huán)節(jié)：收集、排列、分罐、吸罐、碼罐、自動(dòng)計(jì)算堆碼層數(shù)等。其中前三個(gè)環(huán)節(jié)由傳送機(jī)構(gòu)來(lái)完成，稱(chēng)為前端處理；后三個(gè)環(huán)節(jié)由磁力碼垛機(jī)來(lái)完成，稱(chēng)為碼垛處理。

2．工藝流程：傳送機(jī)構(gòu)將灌裝完畢的罐體傳送到排列機(jī)構(gòu)處。排列機(jī)構(gòu)會(huì)依據(jù)碼垛托盤(pán)的大小將罐體整理成與之對(duì)應(yīng)面積的罐體列隊(duì)。在需要碼垛時(shí)，分罐機(jī)構(gòu)會(huì)將整理好的罐體列隊(duì)輸送到磁力碼垛機(jī)磁力吸盤(pán)下。磁力碼垛機(jī)會(huì)將罐體列隊(duì)整體吸起，提升，平移，計(jì)算垛體高度，下降，放罐，回原位等待下一次循環(huán)。待垛體達(dá)到設(shè)定層數(shù)時(shí)發(fā)出完成提示。

圖2：機(jī)器人碼垛機(jī)

圖3：控制系統(tǒng)架構(gòu)

圖4：PLC程序功能塊

三、控制系統(tǒng)架構(gòu)

根據(jù)控制工藝流程，臺(tái)達(dá)提供的系統(tǒng)控制主要電氣組件，如表1，控制系統(tǒng)架構(gòu)，如圖3。

四、程序說(shuō)明

該方案程序主要由PLC程序和HMI程序構(gòu)成。下面就上述兩種程序進(jìn)行說(shuō)明。

圖5：部分自動(dòng)程序

1．PLC程序

PLC程序采用ISPSoft 來(lái)編寫(xiě)，主要是考慮到該軟件的功能塊和變量定義功能。上述兩點(diǎn)對(duì)后期的調(diào)試有很大幫助。程序中共分7部分，編寫(xiě)功能塊，如圖4。

其中的主要工藝程序使用步進(jìn)梯形圖編寫(xiě)。根據(jù)工藝要求編寫(xiě)的動(dòng)作程序分為10個(gè)動(dòng)作和9個(gè)變換條件，如圖5。

表1：控制系統(tǒng)主要電氣組件

程序分為手動(dòng)程序、自動(dòng)程序、數(shù)據(jù)處理和報(bào)警處理等,下面簡(jiǎn)要介紹程序中的手動(dòng)和自動(dòng)部分。此處須注意以下幾點(diǎn)：（1）水平和提升軸要緩啟緩?fù)＃ㄍㄟ^(guò)加減速來(lái)實(shí)現(xiàn)）；（2）自動(dòng)動(dòng)作時(shí)各動(dòng)作之間的間隔要合適；（3）自動(dòng)計(jì)算高度的方法和外部檢測(cè)設(shè)備的配合等等。

（1）手動(dòng)部分程序，如圖6。

（2）自動(dòng)程序中基本采用順序功能圖 (SFC)來(lái)實(shí)現(xiàn)，圖7只是一小部分程序。

圖6：動(dòng)作程序

圖7：部分手動(dòng)程序

圖8：人機(jī)界面接口設(shè)計(jì)

2．HMI畫(huà)面

在人機(jī)界面（HMI）接口的設(shè)計(jì)中，主要體現(xiàn)的是終端客戶(hù)的操作習(xí)慣和設(shè)備廠對(duì)設(shè)備調(diào)試的掌控。HMI主要分為手動(dòng)接口、自動(dòng)接口、參數(shù)設(shè)置等，如圖8。

五、結(jié)語(yǔ)

由于人工成本的不斷提高和罐裝飲料需求量的增加，迫使設(shè)備生產(chǎn)廠家要不斷完善現(xiàn)有設(shè)備和研發(fā)新的設(shè)備。以上工控理念和創(chuàng)新思維，可以高度滿(mǎn)足此需求。通過(guò)應(yīng)用臺(tái)達(dá)自動(dòng)化控制方案的磁力碼垛機(jī)，控制精度高，操作簡(jiǎn)單，提高了整體工作效率，受到客戶(hù)認(rèn)可。

作者單位為臺(tái)達(dá)集團(tuán)——中達(dá)電通股份有限公司