劉 軒，朱明靖，郁 煒

（衢州學(xué)院，浙江 衢州 324000）

當(dāng)今生產(chǎn)工業(yè)的飛速發(fā)展離不開自動化控制的普及。在全國施行“機(jī)器換人”的政策形勢之下，浙江省更是在近幾年大力推行該項政策，并運用于各大機(jī)械和制造等行業(yè)中。如今PLC在工業(yè)生產(chǎn)中所占比例越來越高，它高速的計算力與穩(wěn)定性極大地提高了生產(chǎn)力，創(chuàng)造了不可低估的效益。在新的發(fā)展形勢下，全自動化包裝碼垛生產(chǎn)線技術(shù)將變得越來越重要，可為國家的工業(yè)生產(chǎn)帶來不可低估的利處。而建立基于PLC為基礎(chǔ)技術(shù)的包裝碼垛生產(chǎn)線，不僅成本低，其控制系統(tǒng)操作簡易，而且自動化程度相對較高，從而可以大大地改變從前生產(chǎn)效率低下的困境。

1 包裝碼垛生產(chǎn)線的機(jī)電一體化系統(tǒng)

包裝碼垛全自動生產(chǎn)線主要分為機(jī)電與傳感器兩個部分。機(jī)電部分又由氣動及真空系統(tǒng)與光電檢測系統(tǒng)組成。傳感器部分由光電開關(guān)與金屬檢測傳感器組成。其系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)如圖1所示：

圖1 機(jī)電一體化系統(tǒng)

1.1 氣動及真空系統(tǒng)

氣壓傳動是近幾十年被廣泛應(yīng)用的一種傳動方式，壓縮空氣作為其介質(zhì)用于能量傳遞。氣壓元件具有結(jié)構(gòu)簡單，易加工，壽命長，維護(hù)方便的特點，用空氣做介質(zhì)，來源簡單方便，用后直接排放，不污染環(huán)境。在本課題設(shè)計的全自動化包裝碼垛生產(chǎn)線裝置中，氣動裝置主要用于電子自動稱重機(jī)、裝袋等環(huán)節(jié)中，具有重要的協(xié)調(diào)控制作用。

真空系統(tǒng)由真空泵、PLC程序控制系統(tǒng)、儲氣罐、檢測器、真空閥門、境外過濾總成組成。其中真空泵是真空系統(tǒng)的最重要的部分，也是密封環(huán)節(jié)最為關(guān)鍵的組成部分。這個部分不僅提供真空動力源，還控制真空部分線路的通斷控制。檢測器在真空防漏與真空壓力方面承擔(dān)檢測功能，在檢測階段結(jié)束后發(fā)出相應(yīng)的裝卸料信號。

1.2 光電檢測系統(tǒng)

光電檢測系統(tǒng)主要由光源、光學(xué)通路、光電元件和單片機(jī)四部分組成。光電檢測電路把被計數(shù)的產(chǎn)品物體變化變成電信號，由顯示計數(shù)電路計數(shù)，再由數(shù)碼顯示管顯示，并產(chǎn)生相應(yīng)的電信號給PLC。同時該系統(tǒng)也可以檢測雜質(zhì)，實現(xiàn)碼垛裝置的自動控制，自動報警等功能。

1.3 光電開關(guān)

本系統(tǒng)選用了型號為E3JK-DS30M1光電開關(guān)。主要利用其發(fā)射光束后在產(chǎn)品上產(chǎn)生的漫反射，發(fā)射器與接收器構(gòu)成的單個信號接收時間不同，產(chǎn)生開關(guān)狀態(tài)變化，從而產(chǎn)生單個計數(shù)信號。

1.4 金屬檢測傳感器

本系統(tǒng)選用了型號為SN04-N金屬檢測傳感器。利用無觸點式開關(guān)，由振蕩器以及放大器組成振蕩起振，在感應(yīng)開關(guān)前方產(chǎn)生一個交變磁場。利用金屬本身性質(zhì)，使得金屬內(nèi)部在振蕩時產(chǎn)生渦流，進(jìn)而吸收了傳感器所產(chǎn)生的振蕩能量，時振蕩幅度減小甚至停振使得開關(guān)達(dá)到反轉(zhuǎn)。再由整形放大器將其轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制的開關(guān)電路信號，此時檢測完成。

2 包裝碼垛生產(chǎn)線的P L C系統(tǒng)設(shè)計

本系統(tǒng)的生產(chǎn)線機(jī)械部分主要為：全自動稱重、自動包裝、傳送檢測以及包裝碼垛單元。

2.1 主要工藝流程

物料儲存罐利用物料斗將物料送入給料裝置，當(dāng)稱重傳感器達(dá)到預(yù)設(shè)重量時，稱重單元給出停止供料信號，當(dāng)前次稱重環(huán)節(jié)結(jié)束，與此同時包裝部分收到來自稱重單元的傳輸信號。稱重完成后的信號同時會傳送給自動裝袋部分，在接受到輸入信號之后，控制卸料門的電機(jī)開始運行。打開卸料門，讓稱重完成的物料倒入提前預(yù)備好的物料袋。當(dāng)物料倒入完畢后，卸料門電機(jī)反向運行，關(guān)閉打開的卸料門。與此同時，裝料完畢的包裝袋經(jīng)過推袋機(jī)械動作，將袋口推送到封口裝置下。封口裝置利用光電開關(guān)進(jìn)行校準(zhǔn)，當(dāng)物料袋到達(dá)預(yù)定位置后，縫口機(jī)械裝置開始動作?？p紉完成后，由自動切線機(jī)完成縫紉線的切斷，物料袋繼續(xù)向前運輸。在這之后，物料袋還會經(jīng)過兩個檢測裝置，分別為金屬、重量復(fù)查。在金屬檢測和重量檢測兩個環(huán)節(jié)中，當(dāng)有任何一個環(huán)節(jié)檢測不合格，對應(yīng)的物料袋將由傳送帶上的剔除裝置進(jìn)行剔除。合格的包裝袋繼續(xù)通過，之后在傳送帶上被傳送到碼垛單元，由碼垛單元中的機(jī)械臂完成自動碼垛。碼垛工藝按照“2袋豎一3袋橫”和“3袋橫-2袋豎”循環(huán)做轉(zhuǎn)位處理，一般以8層為一垛。當(dāng)碼垛完成后，將有叉車送出瑪多曲。碼垛裝置的托盤及托盤倉和相應(yīng)的托盤傳送機(jī)都由實際程序自動供應(yīng)。

2.2 程序控制邏輯

（1）全自動稱重控制邏輯。當(dāng)物料開始倒入稱重漏斗時稱重儀器開始記錄重量，達(dá)到預(yù)設(shè)重量值時，物料擋板關(guān)閉，稱重儀器傳輸模擬信號給PLC，PLC接收到重量達(dá)標(biāo)模擬信號時傳輸運作信號給傳送帶控制電機(jī)，電機(jī)運動，物料進(jìn)入自動裝袋裝置，進(jìn)行裝袋封口，隨后接觸到傳送帶進(jìn)行運輸。傳輸電機(jī)運作信號只需要一次，之后便進(jìn)入運行狀態(tài)，直到接收到PLC給出的停止信號。

（2）雜質(zhì)檢測控制邏輯。當(dāng)物料袋通過金屬檢測傳感器，如果發(fā)現(xiàn)袋中含有雜質(zhì)物體，檢測傳感器亮紅燈并發(fā)出警報。含有雜質(zhì)物料袋將由自動撿選機(jī)器控制傳送帶上的擋板進(jìn)行剔除。合格的物料袋會繼續(xù)前進(jìn)運輸?shù)较乱粋€環(huán)節(jié)。

（3）碼垛系統(tǒng)控制邏輯。在雜質(zhì)檢測傳感器之后裝設(shè)光電門，每有一個合格物料袋通過，傳感器給PLC一個輸入信號，PLC計數(shù)。碼垛要求按照“2豎—3橫”進(jìn)行碼垛，每垛8層。PLC計數(shù)控制，2個豎放，再3個控制機(jī)械爪放置物料袋前旋轉(zhuǎn)90°。當(dāng)8層堆疊達(dá)到時，PLC輸出一個換垛信號給推送機(jī)器，開始新的碼垛堆。

3 MCGS人機(jī)交互

本系統(tǒng)選用了昆侖通態(tài)公司TPC7062Ti型號的MCGS組態(tài)軟件。本組態(tài)軟件采用的是嵌入版，具有操作方便、功能完備、可視性好、可維護(hù)性高等特點。并能提供形象生動的模擬實物動畫畫面：利用圖形及實物仿真圖，為實際操作員提供相應(yīng)的實時信息，可使工人遠(yuǎn)程控制流水線，遠(yuǎn)離惡劣工作環(huán)境。

該人機(jī)交互界面可以實現(xiàn)對整條包裝碼垛流水線的實時監(jiān)控，包括監(jiān)控物料倒斗，設(shè)定倒斗質(zhì)量，各傳感器工作狀態(tài)檢測，光電開關(guān)計數(shù)等。在操作界面設(shè)定預(yù)設(shè)值后系統(tǒng)就可開始工作。當(dāng)物料經(jīng)過金屬檢測傳感器并檢出雜質(zhì)時，傳感器亮燈警報。光電計數(shù)開關(guān)在傳送帶部分與碼垛機(jī)械臂運行部分，用于對物料數(shù)量進(jìn)行檢測。

該人機(jī)交互界面，可以實現(xiàn)即時數(shù)據(jù)收發(fā)與修改，使該系統(tǒng)的控制變得更加簡便，提高生產(chǎn)效率。

4 結(jié)語

該設(shè)計是基于PLC的全自動包裝碼垛生產(chǎn)線控制系統(tǒng)設(shè)計，PLC控制技術(shù)在該設(shè)計中是重要的核心。其中實現(xiàn)全自動控制是本設(shè)計的重點要求，為了完成這個目的，在基于PLC技術(shù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合了現(xiàn)場總線以及各類機(jī)電一體化技術(shù)。從而完成了設(shè)計的全自動包裝碼垛生產(chǎn)線的工藝過程及其動作流程。與此同時，完成了生產(chǎn)線控制系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計以及調(diào)試，讓該系統(tǒng)能夠按照預(yù)期的目標(biāo)正常地運作。

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