自動化控制方案在磁力碼垛機上的應用

劉紅峰/文

自動化控制方案在磁力碼垛機上的應用

劉紅峰/文

磁力碼垛機是以磁力吸附鐵質罐體，并按一定排列順序將罐體堆碼放在托盤（木質、塑料）上的自動堆碼設備。它可將貨物堆碼多層并推出，便于叉車運至倉庫儲存。本文主要介紹了磁力碼垛機產品的特點、控制原理，并在此基礎上介紹了臺達自動化控制方案在龍門磁力碼垛機上的應用。

磁力、碼垛機、定位、自動控制

隨著經濟不斷發展和國民生活水平的提高，罐裝飲料的需求也日益增加。這為灌裝裝備行業的發展帶來了機遇，同時也使該行業面臨一個急需解決的問題：如何降低灌裝產品碼垛環節的人工成本。傳統的碼垛環節，需要大量人工進行物品堆棧，人力成本高且危險性大。為降低人工成本，目前通用的解決方案是通過導入自動化碼垛設備，來提高生產的自動化程度，減少人力的使用。

磁力碼垛機作為自動化碼垛設備之一，采用可編程控制器 (PLC) 為運算核心，通過人機界面進行人機交互，實現智慧化操作管理，方便掌握,亦可大幅減少勞動力和降低勞動強度。本文將對該設備的具體應用做詳盡的介紹。

一、磁力碼垛機簡介

碼垛機可依照需求編組方式和層數，完成對罐體、料袋、膠塊、箱體等各種產品的堆棧。自動碼垛機按智能化水平可分為機器人碼垛(如圖2)和機械式碼垛兩種。本文所介紹的是龍門磁力碼垛機，它屬于機械式碼垛機，如圖1。

磁力碼垛機的一大優點就是采用最優化的設計，可在較短時間里將產品物料高效地堆出緊密、整齊的垛形。相對于人工碼垛，磁力碼垛機具有如下優勢：（1）效率高；（2）工藝水平高，即碼垛整齊度高；（3）對環境要求低；（4）可降低人工成本；（5）可提高企業形象等。

圖1：龍門磁力碼垛機

二、 控制原理

本文介紹的磁力碼垛機為龍門式碼垛機，它由水平行走機構、起升機構、載貨臺及傳送機構、機架和電氣設備等基本部分組成。其中載貨臺使用的大磁力永磁體，可通過對其位置的控制來實現對鐵質罐體吸附和釋放。

1．主要工藝環節：收集、排列、分罐、吸罐、碼罐、自動計算堆碼層數等。其中前三個環節由傳送機構來完成，稱為前端處理；后三個環節由磁力碼垛機來完成，稱為碼垛處理。

2．工藝流程：傳送機構將灌裝完畢的罐體傳送到排列機構處。排列機構會依據碼垛托盤的大小將罐體整理成與之對應面積的罐體列隊。在需要碼垛時，分罐機構會將整理好的罐體列隊輸送到磁力碼垛機磁力吸盤下。磁力碼垛機會將罐體列隊整體吸起，提升，平移，計算垛體高度，下降，放罐，回原位等待下一次循環。待垛體達到設定層數時發出完成提示。

圖2：機器人碼垛機

圖3：控制系統架構

圖4：PLC程序功能塊

三、控制系統架構

根據控制工藝流程，臺達提供的系統控制主要電氣組件，如表1，控制系統架構，如圖3。

四、程序說明

該方案程序主要由PLC程序和HMI程序構成。下面就上述兩種程序進行說明。

圖5：部分自動程序

1．PLC程序

PLC程序采用ISPSoft 來編寫，主要是考慮到該軟件的功能塊和變量定義功能。上述兩點對后期的調試有很大幫助。程序中共分7部分，編寫功能塊，如圖4。

其中的主要工藝程序使用步進梯形圖編寫。根據工藝要求編寫的動作程序分為10個動作和9個變換條件，如圖5。

表1：控制系統主要電氣組件

程序分為手動程序、自動程序、數據處理和報警處理等,下面簡要介紹程序中的手動和自動部分。此處須注意以下幾點：（1）水平和提升軸要緩啟緩停（通過加減速來實現）；（2）自動動作時各動作之間的間隔要合適；（3）自動計算高度的方法和外部檢測設備的配合等等。

（1）手動部分程序，如圖6。

（2）自動程序中基本采用順序功能圖 (SFC)來實現，圖7只是一小部分程序。

圖6：動作程序

圖7：部分手動程序

圖8：人機界面接口設計

2．HMI畫面

在人機界面（HMI）接口的設計中，主要體現的是終端客戶的操作習慣和設備廠對設備調試的掌控。HMI主要分為手動接口、自動接口、參數設置等，如圖8。

五、結語

由于人工成本的不斷提高和罐裝飲料需求量的增加，迫使設備生產廠家要不斷完善現有設備和研發新的設備。以上工控理念和創新思維，可以高度滿足此需求。通過應用臺達自動化控制方案的磁力碼垛機，控制精度高，操作簡單，提高了整體工作效率，受到客戶認可。

作者單位為臺達集團——中達電通股份有限公司