基于P L C的全自動(dòng)包裝碼垛生產(chǎn)線控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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(kāi)自動(dòng)化控制的普及。在全國(guó)施行“機(jī)器換人”的政策形勢(shì)之下，浙江省更是在近幾年大力推行該項(xiàng)政策，并運(yùn)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(lái)越高，它高速的計(jì)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(shì)下，全自動(dòng)化包裝碼垛生產(chǎn)線技術(shù)將變得越來(lái)越重要，可為國(guó)家的工業(yè)生產(chǎn)帶來(lái)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(jiǎn)易，而且自動(dòng)化程度相對(duì)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(dòng)生產(chǎn)線主要分為機(jī)電與傳感器兩個(gè)部分。機(jī)電部分又由氣動(dòng)及真空系統(tǒng)與光電檢測(cè)系統(tǒng)組成。傳感器部分由光電開(kāi)關(guān)與金屬檢測(cè)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(dòng)及真空系統(tǒng)

氣壓傳動(dòng)是近幾十年被廣泛應(yīng)用的一種傳動(dòng)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(jiǎn)單，易加工，壽命長(zhǎng)，維護(hù)方便的特點(diǎn)，用空氣做介質(zhì)，來(lái)源簡(jiǎn)單方便，用后直接排放，不污染環(huán)境。在本課題設(shè)計(jì)的全自動(dòng)化包裝碼垛生產(chǎn)線裝置中，氣動(dòng)裝置主要用于電子自動(dòng)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(chǔ)氣罐、檢測(cè)器、真空閥門、境外過(guò)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(gè)部分不僅提供真空動(dòng)力源，還控制真空部分線路的通斷控制。檢測(cè)器在真空防漏與真空壓力方面承擔(dān)檢測(cè)功能，在檢測(cè)階段結(jié)束后發(fā)出相應(yīng)的裝卸料信號(hào)。

1.2 光電檢測(cè)系統(tǒng)

光電檢測(cè)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(cè)電路把被計(jì)數(shù)的產(chǎn)品物體變化變成電信號(hào)，由顯示計(jì)數(shù)電路計(jì)數(shù)，再由數(shù)碼顯示管顯示，并產(chǎn)生相應(yīng)的電信號(hào)給PLC。同時(shí)該系統(tǒng)也可以檢測(cè)雜質(zhì)，實(shí)現(xiàn)碼垛裝置的自動(dòng)控制，自動(dòng)報(bào)警等功能。

1.3 光電開(kāi)關(guān)

本系統(tǒng)選用了型號(hào)為E3JK-DS30M1光電開(kāi)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(gè)信號(hào)接收時(shí)間不同，產(chǎn)生開(kāi)關(guān)狀態(tài)變化，從而產(chǎn)生單個(gè)計(jì)數(shù)信號(hào)。

1.4 金屬檢測(cè)傳感器

本系統(tǒng)選用了型號(hào)為SN04-N金屬檢測(cè)傳感器。利用無(wú)觸點(diǎn)式開(kāi)關(guān)，由振蕩器以及放大器組成振蕩起振，在感應(yīng)開(kāi)關(guān)前方產(chǎn)生一個(gè)交變磁場(chǎng)。利用金屬本身性質(zhì)，使得金屬內(nèi)部在振蕩時(shí)產(chǎn)生渦流，進(jìn)而吸收了傳感器所產(chǎn)生的振蕩能量，時(shí)振蕩幅度減小甚至停振使得開(kāi)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(kāi)關(guān)電路信號(hào)，此時(shí)檢測(cè)完成。

2 包裝碼垛生產(chǎn)線的P L C系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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

2.1 主要工藝流程

物料儲(chǔ)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(shí)，稱重單元給出停止供料信號(hào)，當(dāng)前次稱重環(huán)節(jié)結(jié)束，與此同時(shí)包裝部分收到來(lái)自稱重單元的傳輸信號(hào)。稱重完成后的信號(hào)同時(shí)會(huì)傳送給自動(dòng)裝袋部分，在接受到輸入信號(hào)之后，控制卸料門的電機(jī)開(kāi)始運(yùn)行。打開(kāi)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(yùn)行，關(guān)閉打開(kāi)的卸料門。與此同時(shí)，裝料完畢的包裝袋經(jīng)過(guò)推袋機(jī)械動(dòng)作，將袋口推送到封口裝置下。封口裝置利用光電開(kāi)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(kāi)始動(dòng)作。縫紉完成后，由自動(dòng)切線機(jī)完成縫紉線的切斷，物料袋繼續(xù)向前運(yùn)輸。在這之后，物料袋還會(huì)經(jīng)過(guò)兩個(gè)檢測(cè)裝置，分別為金屬、重量復(fù)查。在金屬檢測(cè)和重量檢測(cè)兩個(gè)環(huán)節(jié)中，當(dāng)有任何一個(gè)環(huán)節(jié)檢測(cè)不合格，對(duì)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(guò)，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(dòng)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(cāng)和相應(yīng)的托盤傳送機(jī)都由實(shí)際程序自動(dòng)供應(yīng)。

2.2 程序控制邏輯

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

（2）雜質(zhì)檢測(cè)控制邏輯。當(dāng)物料袋通過(guò)金屬檢測(cè)傳感器，如果發(fā)現(xiàn)袋中含有雜質(zhì)物體，檢測(cè)傳感器亮紅燈并發(fā)出警報(bào)。含有雜質(zhì)物料袋將由自動(dòng)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(huì)繼續(xù)前進(jìn)運(yùn)輸?shù)较乱粋€(gè)環(huán)節(jié)。

（3）碼垛系統(tǒng)控制邏輯。在雜質(zhì)檢測(cè)傳感器之后裝設(shè)光電門，每有一個(gè)合格物料袋通過(guò)，傳感器給PLC一個(gè)輸入信號(hào)，PLC計(jì)數(shù)。碼垛要求按照“2豎—3橫”進(jìn)行碼垛，每垛8層。PLC計(jì)數(shù)控制，2個(gè)豎放，再3個(gè)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(shí)，PLC輸出一個(gè)換垛信號(hào)給推送機(jī)器，開(kāi)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(hào)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(diǎn)。并能提供形象生動(dòng)的模擬實(shí)物動(dòng)畫(huà)畫(huà)面：利用圖形及實(shí)物仿真圖，為實(shí)際操作員提供相應(yīng)的實(shí)時(shí)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(shí)現(xiàn)對(duì)整條包裝碼垛流水線的實(shí)時(shí)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(cè)，光電開(kāi)關(guān)計(jì)數(shù)等。在操作界面設(shè)定預(yù)設(shè)值后系統(tǒng)就可開(kāi)始工作。當(dāng)物料經(jīng)過(guò)金屬檢測(cè)傳感器并檢出雜質(zhì)時(shí)，傳感器亮燈警報(bào)。光電計(jì)數(shù)開(kāi)關(guān)在傳送帶部分與碼垛機(jī)械臂運(yùn)行部分，用于對(duì)物料數(shù)量進(jìn)行檢測(cè)。

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

4 結(jié)語(yǔ)

該設(shè)計(jì)是基于PLC的全自動(dòng)包裝碼垛生產(chǎn)線控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，PLC控制技術(shù)在該設(shè)計(jì)中是重要的核心。其中實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)控制是本設(shè)計(jì)的重點(diǎn)要求，為了完成這個(gè)目的，在基于PLC技術(shù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合了現(xiàn)場(chǎng)總線以及各類機(jī)電一體化技術(shù)。從而完成了設(shè)計(jì)的全自動(dòng)包裝碼垛生產(chǎn)線的工藝過(guò)程及其動(dòng)作流程。與此同時(shí)，完成了生產(chǎn)線控制系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計(jì)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(yùn)作。

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