基于PLC的瑜伽墊自動彎卷包裝設備控制系統

摘 要：介紹了一種瑜伽墊自動彎卷包裝設備，分析了控制系統原理，采用PLC系統進行控制，并介紹了控制系統的軟、硬件和設備工作過程。

關鍵詞：自動設備；瑜伽墊；PLC；控制系統

引言

目前的生產生活中，自動包裝機在食品、醫藥、化工等行業有著廣泛的應用。而在瑜伽墊生產行業中未出現有自動或半自動包裝機，此工作亦須工人手動完成。由于瑜伽墊表面粗糙，對長期進行瑜伽墊包裝的工人的手部有著或多或少的傷害。其工作強度高，考驗工人體力。同時工作效率較低，限制產量及企業發展。

根據此需求設計制作了一套可自動彎卷包裝瑜伽墊的自動化設備。設備采用多工位在PLC的控制下同時工作，可有效提高運行效率[1-3]。

1 運動系統

目前，瑜伽墊的包裝包含以下步驟：

（1）將切割完成的瑜伽墊卷曲裹成筒形；（2）在卷曲裹成筒形的瑜伽墊外部環形粘貼一張廣告紙。該瑜伽墊自動彎卷包裝設備由輸入傳送帶、雙工位自動彎卷裝置、輸出傳送帶及自動上紙機構、機架和控制系統組成。

輸入傳送帶將瑜伽墊輸送至雙工位自動彎卷設備，雙工位自動彎卷裝置的工位1將瑜伽墊彎卷成筒形，然后旋轉切換工位，自動上紙機構將廣告紙輸送至工位2，工位2將廣告紙彎卷在瑜伽墊上。與此同時工位1彎卷下一個瑜伽墊。彎卷動作為夾持套管在無桿氣缸的操作下外申到另一端，當瑜伽墊進入后，隨動側的步進電機帶動內管相對于外管旋轉一定角度，內管和外管將瑜伽墊一端牢牢夾緊，待瑜伽墊被夾緊后兩側的旋轉步進電機同步轉動，將瑜伽墊卷為筒形。待瑜伽墊彎卷包裝完成后，內管反轉一定角度，從而松開所挾持的瑜伽墊，然后夾持套管在無桿氣缸的帶動下抽出，使瑜伽墊自由下落至向前伸出輸出傳送帶的接收板上。接收板上有一個光電傳感器，當其接收到下落的瑜伽墊后，將向后退，防止其與旋轉中的雙工位自動彎卷裝置相互干涉。

2 控制系統

控制系統包括：控制柜、電源模塊、PLC控制模塊、傳感器模塊、步進電機控制模塊、氣動控制模塊、輸出輸入模塊。控制系統既包括開關量控制，還有脈沖控制。設備運行方式為自動連續運行，控制系統框圖如圖1所示。

由于系統共有5個步進電機而FX3U只有3個脈沖輸出點，因此需要使用中間繼電器進行脈沖分流。工位切換步進電機使用Y000提供脈沖輸出，工位1的2個步進電機和工位2的2個步進電機分別使用Y001和Y002提供脈沖。由于步進電機控制器信號輸入電壓為5V，生產中常用的方法是對24v信號串聯電阻進行限流。但是為了保證在信號分流時電機正常工作，保證信號穩定，這里采用了5V的信號電壓。使用4個中間繼電器進行脈沖分流，如圖2所示。

對于整個控制系統，由于采用電磁閥功率較小，因此采用IO直接驅動的形式，但是中間加入了保險絲以進行過載保護，輸出輸入的電機采用繼電器直接控制其運轉。

采用了2臺明瑋的LRS-350-24型開關電源對步進電機和其他24V電源設備進行供電。該電源具有短路保護、過載保護、過電壓保護和過熱保護功能，具有較高的可靠性。

PLC與工控機之間的通訊是通過外加的RS232模塊進行的。通過協議，工控機可以讀取PLC所有軟元件的狀態和數據，并且可通過相關指令對軟元件進行操作或數據修改。數據通訊的配置為：數據長度8位，偶校驗，1bit停止位，采用和校驗，格式4（有CR，LF），超時判定為200ms。

該設備共需要數字量輸入端口35個，數字量輸出端口28個，因此選用三菱FX3U-80MT/ES-A型PLC作為主控單元。控制柜實物如圖3所示。

3 結束語

瑜伽墊自動彎卷包裝設備采用PLC和工控機相結合的控制方案，采用氣壓傳動，步進電機精確控制，光電傳感器技術相結合，因此本設備使用簡單，性能可靠。但對于手工操作而言，工人的勞動強度低，生產效率高。

參考文獻

[1]姜濤，何洋.基于PLC的線筒包裝生產線控制系統設計[J].輕工機械，2012（3）：47-49.

[2]丁黎，李伯勝，丁璐，等.PLC在包裝線上并行多工位控制的應用[J].包裝工程，2008（7）：46-47.

[3]楊旭東.面粉自動包裝機PLC控制系統設計[J].山東工業技術，2013（13）：26-27.