紙箱自動包裝機(jī)LC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘 要紙箱自動包裝機(jī)是紙箱包裝的重要設(shè)備，在信息技術(shù)與自動化技術(shù)快速發(fā)展的現(xiàn)代社會PLC技術(shù)已經(jīng)被運(yùn)用到紙箱自動包裝機(jī)上，紙箱自動包裝PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需要選擇PLC技術(shù)，分配I/O地址以及進(jìn)行外部接線安排。現(xiàn)文章主要針對紙箱自動包裝機(jī)PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行研究，并且以紙箱自動包裝噴膠PLC控制系統(tǒng)為例進(jìn)行具體的分析。

【關(guān)鍵詞】紙箱自動包裝 PLC控制系統(tǒng) 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在現(xiàn)代商業(yè)生產(chǎn)流通領(lǐng)域中產(chǎn)品的流通與運(yùn)輸都離不開包裝。在眾多包裝形式中紙箱包裝的應(yīng)用最為廣泛。紙箱自動包裝機(jī)PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)可以彌補(bǔ)傳統(tǒng)紙箱自動包裝的缺陷，使得紙箱自動包裝更加高效。

1 紙箱自動包裝機(jī)結(jié)構(gòu)與工作原理

紙箱自動包裝機(jī)最大的特征就是按照包裝結(jié)構(gòu)形式需求，經(jīng)過壓痕的紙板在進(jìn)行物品包裝的時候自動折疊成為紙箱來進(jìn)行物品的裝載，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)紙箱包裝的效果。紙箱自動包裝機(jī)的設(shè)備結(jié)構(gòu)主要由紙板供給、待裝箱產(chǎn)品輸送、取紙箱板、紙板傳送、紙箱折疊成型、噴膠、封箱粘合等構(gòu)成。其中，紙箱板供給部分由紙箱板儲存庫、紙箱板等待工位、紙箱板水平輸送、紙箱板供給副托叉等，以完成對紙箱自動包裝機(jī)的紙箱板供應(yīng)，以滿足紙箱自動包裝機(jī)對紙箱板的不間斷供應(yīng)需求，使得紙箱板的供應(yīng)更加順暢。待裝箱產(chǎn)品輸送分為兩個部分，其中一部分是變頻調(diào)速控制電機(jī)運(yùn)行速度，使得包裝線上的待裝箱產(chǎn)品可以根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)律來進(jìn)行輸送，其中的缺貨檢測保證待裝箱產(chǎn)品的連續(xù)供應(yīng)。另外一部分是包裝機(jī)的主驅(qū)動通過機(jī)械傳送，按照主機(jī)運(yùn)行的節(jié)奏來進(jìn)行傳輸待裝箱產(chǎn)品。取紙箱板是通過包裝機(jī)伺服點(diǎn)擊驅(qū)動，通過從動的方式來與主驅(qū)動進(jìn)行同步工作，帶有兩組吸盤，兩組吸盤交替取紙板，從而可以提升取紙板的效率。紙板傳送是將紙板通過不同工位傳送到上貨處，動力由主驅(qū)動提供，其中的缺紙板檢測可以保證紙板的充分供給。推貨結(jié)構(gòu)部分是進(jìn)行分貨后的整理，通過推貨桿來進(jìn)行推貨處理，貨在經(jīng)過無動力過渡板時可以排列的更加緊密，進(jìn)而提升包裝質(zhì)量。紙箱折疊成型，噴膠、封箱粘合完成，按照紙箱的結(jié)構(gòu)來確定具體噴膠的位置，封箱粘合的程度要適當(dāng)合理，以保證封箱的質(zhì)量。

2 紙箱自動包裝PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 PLC技術(shù)

紙箱自動包裝機(jī)的主要特點(diǎn)是動作繁雜，十分容易受到外界信號的影響與感染，并且在針對不同產(chǎn)品進(jìn)行包裝的時候需要辨別不同的種類與規(guī)格，這一要求給紙箱包裝設(shè)計(jì)帶來了一定的操作困難。伴隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)與與自動化技術(shù)的發(fā)展，人們開始使用可編程控制技術(shù)，即為PLC技術(shù)運(yùn)用在紙箱包裝機(jī)中，以便對紙箱包裝機(jī)進(jìn)行有效合理的控制。PLC技術(shù)為可編程邏輯控制器，其采用一類可編程存儲器，主要用于內(nèi)部存儲程序、邏輯運(yùn)算、順序控制、定時、計(jì)數(shù)以及算數(shù)操作等面對用戶的指令，并且利用數(shù)字與模擬式的輸入輸出控制不同的機(jī)械設(shè)備或生產(chǎn)過程。PLC技術(shù)是以微處理器為核心的數(shù)字運(yùn)算處理電子系統(tǒng)裝置，主要用于工業(yè)應(yīng)用，能夠控制各種機(jī)械設(shè)備的工作以及生產(chǎn)過程。PLC技術(shù)是計(jì)算機(jī)技術(shù)與傳統(tǒng)的繼電控制技術(shù)融合的產(chǎn)物，彌補(bǔ)了繼電控制系統(tǒng)中機(jī)械接觸點(diǎn)接線復(fù)雜、可靠性較低、能源消耗高、靈活性較差的缺陷，充分利用了微處理器的優(yōu)點(diǎn)，同時對現(xiàn)場操作人員的要求較低。尤其是PLC的程序編制，不是專業(yè)的計(jì)算編程人才也可以使用。PLC技術(shù)使用了繼電器梯形圖為基礎(chǔ)的簡單指令形式，可以使得操作人員通過形象、直觀的畫面來進(jìn)行操作。后期使用的調(diào)試、差錯與維護(hù)也相對簡易。PLC技術(shù)運(yùn)用在紙箱自動包裝機(jī)上只需要進(jìn)行少量的程序編制工作就可以高效的將PLC技術(shù)運(yùn)用到生產(chǎn)實(shí)踐中。

2.2 紙箱自動包裝PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.2.1 紙箱自動包裝PLC控制系統(tǒng)

對于紙箱包裝機(jī)的PLC控制系統(tǒng)來說，主要是根據(jù)待裝箱產(chǎn)品的工藝流程對其中不同的部分進(jìn)行協(xié)調(diào)管理。對于紙箱自動包裝機(jī)控制系統(tǒng)來說，主要控制內(nèi)容就是紙板的供應(yīng)、待裝箱產(chǎn)品的傳輸、紙箱裝箱成型、噴膠封箱等一系列過程。為了高校的完成紙箱包裝工作，并且滿足紙箱包裝的共組哦需求，本次設(shè)計(jì)的PLC自動控制系統(tǒng)包括各類型光電開關(guān)、接近開關(guān)、磁性開關(guān)、電磁閥、內(nèi)部控制系統(tǒng)等。上述結(jié)構(gòu)為PLC自動控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)打下了一定的物質(zhì)基礎(chǔ)。

（1）PLC技術(shù)的選擇。紙箱自動包裝機(jī)主要有兩種工作模式，分別為自動連接與手動連接。自動連接與手動連接需要根據(jù)紙箱自動包裝的實(shí)際需求來進(jìn)行選擇。因此，在使用PLC技術(shù)時也需要結(jié)合實(shí)際情況來進(jìn)行選擇，并且將經(jīng)濟(jì)性因素考慮進(jìn)去。由于紙箱自動包裝機(jī)的設(shè)備輸入點(diǎn)與輸出點(diǎn)之間并不相同，因此操作人員需要結(jié)合相應(yīng)的設(shè)備并且加以利用，以達(dá)到控制伺服電機(jī)的目的。

（2）分配輸入輸出地址。紙箱自動包裝機(jī)在分配輸出、輸入地址任務(wù)的過程中可以按照PLC控制系統(tǒng)的輸入、輸出點(diǎn)數(shù)及其相關(guān)性的控制來進(jìn)行，以便更好的保證紙箱自動包裝機(jī)的正常工作。

（3）PLC系統(tǒng)外部接線安排。PLC外部接線圖的設(shè)計(jì)需要按照紙箱自動包裝機(jī)的輸入點(diǎn)數(shù)、輸出點(diǎn)數(shù)和內(nèi)部控制實(shí)際需求來進(jìn)行接線安排。對于一般控制系統(tǒng)來說，常用的PLC外部接線設(shè)計(jì)需要進(jìn)行合理的優(yōu)化處理，同時兼顧一定的抗電磁干擾功能。

2.2.2 紙箱自動包裝PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)——以噴膠控制系統(tǒng)為例

紙箱自動包裝PLC控制系統(tǒng)中的噴膠控制系統(tǒng)是紙箱自動包裝中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，噴膠控制系統(tǒng)主要是哦用于粘箱式紙箱自動包裝，工作原理是使用熔膠系統(tǒng)將熱熔膠溶解成為液體，然后再使用電磁閥來對噴嘴閥芯進(jìn)行控制。在壓縮空氣的作用下把融化了的熱熔膠呈條狀噴射到紙箱的面上，待熱熔膠溫度下降冷卻后就完成了紙箱的粘合工作。這種通過熱熔膠粘合的技術(shù)不會使用到金屬釘子，更加有助于保證紙箱內(nèi)貨物的安全，尤其是當(dāng)紙箱內(nèi)存儲的貨物為軟質(zhì)物體與液體物體的時候熱熔膠的使用尤其重要，并且也是的紙箱更加堅(jiān)固耐用，有利于紙箱內(nèi)物品的長途運(yùn)輸。另外，由于紙箱的粘合不需要釘子，所以紙箱在回收時更具有環(huán)保效果。同時，這一方法中的熱熔膠縫合控制的水平將會直接影響到紙箱的自動包裝的質(zhì)量。根據(jù)當(dāng)前紙箱自動包裝的要求，PLC技術(shù)下的噴膠控制系統(tǒng)十分有必要，其能夠根據(jù)紙箱規(guī)格大小的不同，靈活的調(diào)整熱熔膠噴射的長度、方式以及時間，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)點(diǎn)、條、霧等不同的出膠形式。一般來說，常用的EVA熱熔膠的噴膠過程中加熱溫度不得超出200攝氏度，否則膠體有可能出現(xiàn)燃燒。EVA熱熔膠的冷卻固化需要在室溫下完成，較為理想的溫度為15攝氏度到26攝氏度，室內(nèi)濕度需要保持在50%。endprint

紙箱自動包裝機(jī)的PLC噴膠系統(tǒng)設(shè)計(jì)：紙箱自動包裝的噴膠過程需要將熱熔膠噴在需要包裝的紙板上，需要精確的控制噴膠的位置、噴膠的長度以及噴膠的時間等具體參數(shù)，如參數(shù)控制不夠合理則會影響到紙箱成型的最終質(zhì)量。PLC技術(shù)下的噴膠控制系統(tǒng)原理如圖1所示。其中，控制器會對溫度與壓力進(jìn)行檢測，以判斷熱熔膠的實(shí)時溫度與壓力，一旦溫度與壓力達(dá)到工作要求，則會驅(qū)動電磁閥轉(zhuǎn)向，壓縮空氣經(jīng)過膠管、膠分配器以及開關(guān)等部件直至噴嘴，處于熔融狀態(tài)的EVA熱熔膠將被噴射到紙箱表面；電機(jī)會持續(xù)帶動噴膠頭不同移動，以便在紙箱表面噴射出既定長度的膠條。在完成膠條噴射后，電磁閥會復(fù)位，壓縮空氣被截止而中斷噴膠工作。通過人際交互界面可以對噴膠過程中的一系列參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。

系統(tǒng)硬件：本次系統(tǒng)設(shè)計(jì)考慮到噴膠加工工藝特點(diǎn)以及性價比，最終選擇日本三菱公司生產(chǎn)的FX1N-40MR PLC作為控制器，作為噴膠系統(tǒng)現(xiàn)場數(shù)據(jù)收集、轉(zhuǎn)換以及控制的設(shè)備。該P(yáng)LC控制器結(jié)構(gòu)緊湊，具有較高的通用性，配置相對更加靈活，不僅僅可以作為單獨(dú)的PLC控制設(shè)備使用，還可以作用I/O子站，與現(xiàn)場總線以及多臺PLC構(gòu)成分布式的大型控制系統(tǒng)，對生產(chǎn)線進(jìn)行批量化的操作。本次設(shè)計(jì)系統(tǒng)中的噴膠控制系統(tǒng)主要用于紙箱的粘合，需要在紙箱的三個受膠面（分別為兩個側(cè)面以及一個頂面）上準(zhǔn)確的按照需求進(jìn)行連續(xù)噴膠以及間斷噴膠。系統(tǒng)中所需要使用的輸入點(diǎn)有激活噴膠輸入點(diǎn)、設(shè)備運(yùn)行輸入點(diǎn)等；系統(tǒng)中所需要使用的輸出點(diǎn)有控制頂噴膠以及側(cè)噴膠的氣閥開關(guān)輸出點(diǎn)、控制頂噴膠馬達(dá)離合器結(jié)合的輸出點(diǎn)，在設(shè)備運(yùn)行中加熱降溫或氣壓不足需要停機(jī)的輸出點(diǎn)等。

系統(tǒng)軟件：PLC控制系統(tǒng)為掃描工作方式，每一個掃描周期分為三個階段，分別為輸入掃描、程序制定以及輸出刷新。在按下設(shè)備開關(guān)后，空氣壓縮機(jī)以及設(shè)備熔膠系統(tǒng)則會進(jìn)行工作，經(jīng)過空氣壓力繼電器以及溫度控制器對溫度以及壓力進(jìn)行檢測，當(dāng)溫度與壓力達(dá)到預(yù)先設(shè)定的數(shù)值時，空氣壓力繼電器與溫度控制器的常開觸點(diǎn)閉合，初步完成噴膠工作的條件；進(jìn)而PLC技術(shù)將獲取控制面板中事前輸入的噴膠方式、噴膠時間、噴膠長度、噴膠量等不同數(shù)據(jù)來進(jìn)行噴膠，同時對噴膠頭的安全門進(jìn)行復(fù)核，保證其處于關(guān)閉狀態(tài)。噴膠進(jìn)行中的溫度高達(dá)150攝氏度，并且在噴膠時處于噴射狀態(tài)，因此需要在噴膠頭周邊裝設(shè)有機(jī)玻璃安全門以保證安全。噴膠頭在正常工作的時候，安全門處于關(guān)閉狀態(tài)，以便保證噴膠的安全進(jìn)行，同時還可以實(shí)時觀察噴膠的噴射狀態(tài)。假如安全門由于故障或其他原因被打開，則噴膠設(shè)備會緊急制動停止，在安全門正常關(guān)閉后點(diǎn)擊復(fù)位按鈕則可以讓設(shè)備繼續(xù)進(jìn)行噴膠。而后，電磁閥得電換向，噴膠頭打開，熔膠會在其自身的壓力下自動噴出。在噴膠粘合的過程中噴膠的程度需要控制電機(jī)拉動噴頭按照預(yù)定軌跡運(yùn)動來完成，電機(jī)的運(yùn)行以及噴膠頭的持續(xù)噴膠能夠噴射出指定長度的膠條。通過PLC可以自由設(shè)定噴膠時間，并且在既定標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)任意調(diào)節(jié)噴膠量。通過，利用PLC可以控制噴膠頭以間歇式的方式在紙箱的側(cè)面噴出任意長度、連續(xù)或斷續(xù)的膠段。噴膠頭的開關(guān)主要由電磁閥的換向來完成。當(dāng)熔膠壓力得到預(yù)先設(shè)定值后，電磁閥的電換向，噴膠頭則打開進(jìn)行噴膠，安全門關(guān)閉；當(dāng)達(dá)到預(yù)先設(shè)定時間后，電磁閥失電轉(zhuǎn)向，噴膠頭關(guān)閉停止工作。圖2為PLC控制噴膠系統(tǒng)流程圖。

系統(tǒng)調(diào)試：噴膠PLC控制系統(tǒng)的調(diào)試分為軟件與硬件調(diào)試兩個部分。其中，硬件調(diào)試主要檢查設(shè)備的電控元件是否正常、線路連接是否正常、設(shè)備的抗干擾手段是否生效；軟件調(diào)試主要對系統(tǒng)進(jìn)行整體調(diào)試，再分模塊進(jìn)行逐步調(diào)試，以分析每一模塊是否能滿足生產(chǎn)需求，做好后期軟件維護(hù)工作，避免工作異常情況出現(xiàn)。

3 結(jié)束語

紙箱自動包裝機(jī)PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需要根據(jù)待包裝對象的特點(diǎn)來進(jìn)行程序的編寫，通過設(shè)置不同的數(shù)據(jù)參與來達(dá)到待包裝對象的包裝需求。PLC控制系統(tǒng)彌補(bǔ)了傳統(tǒng)繼電器控制機(jī)械的缺陷，使得紙箱自動包裝的效率更高、質(zhì)量更好、安全性更高。本文以紙箱自動包裝機(jī)噴膠PLC控制系統(tǒng)為例進(jìn)行了研究，認(rèn)為PLC控制系統(tǒng)使用便捷，安全可靠，效率更高，值得在紙箱自動包裝中投入使用。

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作者簡介

林光濂（1961-），男，廣東省江門市人。江門市科業(yè)電器制造有限公司總經(jīng)理、工程師。研究方向?yàn)闄C(jī)電一體化設(shè)備的設(shè)計(jì)、產(chǎn)品開發(fā)、生產(chǎn)技術(shù)管理，機(jī)械設(shè)計(jì)、開發(fā)。

作者單位

江門市科業(yè)電器制造有限公司 廣東省江門市 529000endprint