基于PLC的全自動軟包裝袋碼垛控制系統設計

摘 要：軟包裝袋全自動碼垛生產線是自動化生產線上必不可少的自動包裝設備，是一種機、電、氣動一體化的高技術產品，控制系統以西門子PLC S7-200作為控制核心，采用PLC結合變頻調速功能控制生產線運行，實現動作執行可靠及聯鎖到位，實現倒袋、整形、轉位、編組、推袋、壓袋、碼垛、托盤及垛盤的輸送等自動工作，全面提高輸送效率及包裝質量，主要用于化工、糧食、藥品等行業的粉、粒、塊狀物料（如面粉、水泥、化肥等）包裝袋的全自動碼垛，整套產品可以替代同類進口產品及機器人碼垛功能。

關鍵詞：軟包裝袋 碼垛 PLC 全自動

中圖分類號：TP27 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）10（b）-0017-02

碼垛機是自動化生產線上必不可少的自動包裝設備，碼垛機通過對物品的輸送、旋轉、翻轉，堆積、組合等動作，實現物品各種形式堆疊、碼垛，將袋狀或者箱體類對象依照特定的次序和設定碼放在目標區域內，以便完成物品的搬運、存儲、裝卸、運輸等物流工作，可大大降低操作人員的勞動強度，提高輸送效率及包裝質量。

該文對軟包裝袋碼垛關鍵技術進行了系統研究，采用CAD/CAE 技術實現軟包袋自動碼垛生產線的設計，全自動碼垛生產線主要由壓平輸送機、緩停輸送機、轉位輸送機、托盤倉、托盤輸送機、編組機、推袋裝置、碼垛裝置、垛盤輸送機等組成。碼垛過程在PLC控制下自動完成，正常運轉時無須人工干預，設備制造及維護簡單，成本低，碼垛效率高，主要用于化工、糧食、藥品等行業的粉、粒、塊狀物料（如面粉、水泥、化肥等）包裝袋的全自動碼垛，可替代昂貴的進口設備。

1 軟包裝袋碼垛生產線總體方案的設計

1.1 概述

軟包裝袋碼垛生產線由于所包裝的物料有著不同的特性，所以料袋有著不同的規格型號，但所完成的碼垛功能不變，所以當碼垛不同料袋時，碼垛生產線的基本構成變化不是很大。該文中的碼垛生產線主要針對水泥編織袋設計，水泥料袋尺寸為650×400×150 mm、灌裝重量為50 kg。軟包裝袋碼垛生產線的組成部分主要有倒袋裝置①、斜坡輸送機②、單袋整形裝置③、轉位裝置④、緩停輸送機⑤、編組裝置⑥、推袋裝置⑦、壓袋裝置⑧、分層機⑨、升降機⑩、垛盤輸送機、承垛輸送機、托盤輸送機、以及托盤倉。

1.2 軟包裝袋碼垛生產線的工藝流程

軟包裝袋碼垛生產線的工藝流程如下所示：灌裝好的料袋經過輸送機送入碼垛生產線，首先倒袋裝置把灌裝好的料袋推倒放平、定向，使其以平臥的姿勢順著傳送帶輸送；斜坡輸送機用來完成料袋從低到高的輸送，經過斜坡輸送機到達單袋整形裝置，單袋整形裝置對不規則料袋進行壓平，使得料袋變得規則、整齊；轉位裝置按照碼垛需要對部分料袋進行旋轉；緩停輸送機在進入編組機之前對料袋起到了緩停作用；編組機是將緩停輸送機輸送來的料袋進行“2-3編組”即“2橫”或“3豎”的編組；推袋裝置將編組好的料袋推至緩停板或者分層機；分層機接到推袋裝置輸送過來的料袋后，打開閘門，使料袋落到垛盤上；壓袋裝置氣缸伸出帶動整形板對垛層進行整形，整形完畢后，整形氣缸復位；升降機帶動垛盤下降到特定的高度后閘門關閉，升降機帶動垛盤上升到上限位等待下一層的碼垛，即碼垛好一層，重述上述動作，直到碼垛好設定的碼垛層數即為一垛后，升降機帶動垛盤下降到承垛輸送機，由垛盤輸送機輸出，等待叉車運走。與此同時，托盤倉會在控制系統的操縱下放出一個空托盤，由托盤輸送機輸送到碼垛工位進行碼垛。

2 軟包裝袋碼垛生產線控制系統的設計

控制系統是軟包裝袋碼垛生產線實現全自動碼垛的核心部件，是決定生產線性能的主要因素。碼垛生產線的各種控制為開關量，I/O點數較多，選用西門子的S7-200型PLC，因碼垛生產線中輸入/輸出端子數目較多，碼垛生產線上我們選用S7-200 CPU 226DC/DC/DC，以及一個EM223（16DI/16DO）和兩個EM221（16DI），總共有72個輸入點和32個輸出點，可以滿足控制需要。

碼垛生產線在工作時，各個環節都不是獨立存在的，彼此之間存在緊密的聯系，因此必須保證各個環節的適當配合，才能確保生產的順利進行。碼垛生產線的操作信號、工作狀態等信號作為輸入信號傳遞給PLC。其中手動輸入信號包含了各設備的啟動、停止等操作的28個按鈕，即28個輸入信號；位置檢測開關包括了升降機上限位等4個限位開關和料袋是否到位、托盤是否到位等37個光電開關，總計69個輸入信號。輸出信號用來控制碼垛生產線上各個電機、氣缸動作，其中控制接觸器有13個輸出，控制電磁閥有16個輸出。

為了滿足生產的需要，碼垛生產線需要有手動工作方式和自動工作方式兩種工作方式。在手動工作方式下，使用者需要操作就地箱按鈕來完成碼垛生產線的每一個動作，例如轉位、升降、釋放托盤等動作；在自動工作方式下，碼垛生產線通過子程序的調用控制各部分的動作，從而使得碼垛生產線能夠連續的工作，其總體控制流程圖如圖1所示。

3 結語

經過組裝調試，整套生產線滿足生產需要，已經在威縣科創食品機械有限公司得到初步運行，運行可靠，狀態良好，可以替代同類進口產品及機器人碼垛功能。

參考文獻

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