PLC在智能包裝機(jī)的應(yīng)用研究

于佳 孫榮國

隨著微機(jī)技術(shù)的不斷深入發(fā)展，以微機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)的可編程控制器（Programmable Logical Controller）得以深入發(fā)展和成熟，并以其可靠性高、能經(jīng)受惡劣環(huán)境的考驗(yàn)、功能強(qiáng)大和使用簡單方便等多種優(yōu)越性，迅速占領(lǐng)了工業(yè)自動(dòng)控制領(lǐng)域，成為工業(yè)自動(dòng)控制的優(yōu)選產(chǎn)品，且在包裝行業(yè)中的應(yīng)用尤為突出。在當(dāng)今競(jìng)爭日益激烈的市場(chǎng)環(huán)境中，各包裝機(jī)械廠家為贏得更廣泛的用戶群體，他們?cè)诔杀究刂?、系統(tǒng)穩(wěn)定性和流程控制等方面投資甚多，以求在眾多的競(jìng)爭對(duì)手中取得優(yōu)勢(shì)。本文著重介紹一種基于PLC的智能包裝機(jī)結(jié)構(gòu)及其控制系統(tǒng)，以期對(duì)控制系統(tǒng)中傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和PLC程序設(shè)計(jì)做詳細(xì)的介紹。

為滿足市場(chǎng)對(duì)包裝的需要，研發(fā)人員利用PLC技術(shù)、變頻器技術(shù)等開發(fā)了智能全自動(dòng)包裝機(jī)整體結(jié)構(gòu)及運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)在滿足包裝機(jī)對(duì)運(yùn)動(dòng)控制要求的同時(shí)，還能提高包裝質(zhì)量、精度和效率，降低次品率，最終研制成一種智能全自動(dòng)包裝機(jī)，并推廣使用。所述控制系統(tǒng)及包裝機(jī)有較高的可靠性、可操作性和可維護(hù)性，滿足了用戶的實(shí)際使用要求，生產(chǎn)效率較手工包裝提高了5倍以上。

1 產(chǎn)品設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)提供一種智能包裝機(jī)，主要由①送料傳送帶入料組件、②送料傳送帶出料組件、③進(jìn)料口組件、④旋轉(zhuǎn)用伸縮氣缸轉(zhuǎn)動(dòng)取包裝袋組件、⑤包裝袋料槽、⑥升降絲杠滑臺(tái)組件、⑦支架平臺(tái)組件等組成（如圖1）。該設(shè)備可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)包裝功能，操作人員只需把產(chǎn)品放入送料傳送帶組件的指定區(qū)域內(nèi)，該設(shè)備即可完成送料、包裝袋的取袋、送袋、開袋、通過入料口入袋、包裝成品的落袋、包裝成品的出料傳送到指定位置，從而完成一次工作循環(huán)。一人可同時(shí)操作多臺(tái)裝置，效率相比人工包裝提高5倍以上，幫助完成工廠的提質(zhì)增效的目標(biāo)。

本設(shè)備的動(dòng)力為電源、氣源；本控制系統(tǒng)是利用可編程控制器、人機(jī)界面、滾珠絲杠電機(jī)實(shí)現(xiàn)包裝機(jī)全自動(dòng)穩(wěn)定可靠運(yùn)行，達(dá)到準(zhǔn)確控制、提高產(chǎn)量和降低成本的目的。

2 系統(tǒng)控制部分

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)要求，該控制系統(tǒng)主要由兩部分組成——控制部分：三菱FX1N-24MT-001可編程控制器（PLC）；執(zhí)行部分：傳送帶、滾珠絲桿、旋轉(zhuǎn)伸縮氣缸、氣動(dòng)吸嘴等組成，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框如圖2所示。

2.1 系統(tǒng)控制部分

系統(tǒng)關(guān)鍵控制器PLC選用三菱FX1N-24MT-001——三菱電機(jī)推出的功能強(qiáng)大的普及型PLC，具有擴(kuò)展輸入及輸出，模擬量控制和通訊、鏈接功能等擴(kuò)展性，是一款廣泛應(yīng)用于常規(guī)的順序控制三菱PLC。由于FX1N-24MT-001具有結(jié)構(gòu)緊湊小巧、執(zhí)行速度快、功能強(qiáng)大及價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，符合本系統(tǒng)各方面要求。在該系統(tǒng)中，表格式的伺服控制編程方式輕而易舉地實(shí)現(xiàn)了伺服控制，其高速脈沖直接驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)，I/O點(diǎn)分配如圖3所示。

2.2 系統(tǒng)執(zhí)行部分

2.2.1 傳送帶組件

傳送帶組件主要由入料傳送帶和出料傳送帶組成，入料傳送帶通過設(shè)定轉(zhuǎn)速來決定其生產(chǎn)袋數(shù)，其轉(zhuǎn)速則由變頻器編程控制設(shè)定的頻率值來決定。

2.2.2 滾珠絲桿平臺(tái)組件

桿平臺(tái)組件主要提供包裝袋的進(jìn)給，根據(jù)并配合入料傳送帶的入料包裝速度，持續(xù)提供包裝袋。包裝袋需人工填裝至平臺(tái)上（一次約2000袋），如包裝袋耗盡則系統(tǒng)自動(dòng)報(bào)警并停機(jī)，待人工重新完成裝填，裝置將會(huì)開機(jī)繼續(xù)運(yùn)行。

2.2.3 旋轉(zhuǎn)伸縮氣缸組件

旋轉(zhuǎn)伸縮氣缸組件主要為固定氣動(dòng)吸嘴組件，初始狀態(tài)為氣缸推出，使氣動(dòng)吸嘴組件鉛錘向下，吸取包裝袋的待機(jī)位置。實(shí)際工作時(shí)，氣缸收縮拉緊，帶動(dòng)氣動(dòng)吸嘴組件旋轉(zhuǎn)至水平，使包裝袋開口向上即與進(jìn)料口位置對(duì)接。重復(fù)以上運(yùn)動(dòng)，即可完成吸取和運(yùn)送包裝袋的功能。

2.2.4 氣動(dòng)吸嘴組件

氣動(dòng)吸嘴組件由固定氣動(dòng)吸嘴、轉(zhuǎn)動(dòng)氣動(dòng)吸嘴、轉(zhuǎn)動(dòng)平臺(tái)等組成，工作流程為：由旋轉(zhuǎn)伸縮氣缸帶動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)平臺(tái)轉(zhuǎn)至滾珠絲杠平臺(tái)處加氣吸取包裝袋，轉(zhuǎn)動(dòng)90度至進(jìn)料口，固定氣動(dòng)吸嘴加氣吸取包裝袋另一側(cè)將包裝袋口打開，待產(chǎn)品落入袋中，斷開氣源使包裝袋自然下落至出料傳輸帶上，即完成一個(gè)工作循環(huán)。

3 總結(jié)

本文所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)簡單易操作、加工產(chǎn)品范圍廣、產(chǎn)量與同類產(chǎn)品有很大程度上的提高，運(yùn)用PLC技術(shù)、變頻器技術(shù)、電感式接近開關(guān)等開發(fā)了智能全自動(dòng)包裝機(jī)整體結(jié)構(gòu)及運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)。本系統(tǒng)經(jīng)過一年多的現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行及完善，系統(tǒng)故障率低，穩(wěn)定性高，產(chǎn)品次品率低，且耗電量也大大降低，不失為一種環(huán)保節(jié)能型結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。