基于PLC的紙托盤控制系統設計

黃志明 石城鑫 劉雷業 于躍華 黃俊鋒 劉楚生

（廣州城市理工學院工程訓練中心，廣州 510800）

目前，中國快遞行業正飛速發展。國家郵政局數據顯示，2019年1—8月，中國快遞服務企業業務量累計完成383.1億件。托盤作為物流行業中將靜態貨物轉變為動態貨物的物流器具，給貨物轉運帶來了極大便利[1-2]。隨著世界各國對森林和環境的重視，紙托盤以質量輕、可降解環保和承重效果好等特點脫穎而出[3-5]。

紙托盤主要是以人工生產和半自動化生產為主。人工生產需要多人合作完成，需要耗費大量的人力物力，且難以保證每個支腳的角度和位置精度。為了滿足市場對產品產量的需求，解決紙托盤支腳定位精度低和生產效率低等問題，設計了全自動紙托盤生產設備模型。此外，通過PLC控制實現了紙托盤支腳和紙板的傳送、噴膠以及粘合等功能，使其具有良好的經濟效益和市場價值。

1 托盤生產要求及工藝分析

瓦楞紙托盤主要由瓦楞紙板和托盤支腳組成。它以紙板為材料，把紙板和支腳連接在一起。紙托盤種類繁多，以圖1的紙托盤為例，紙托盤自動化生產系統可以通過調節傳感器的位置來改變支腳的位置，從而保證紙托盤生產的規格符合客戶的要求，并能實現批量生產。為了保證紙板與支腳連接的質量，需采用特殊的白乳膠來粘合紙板與支腳。

2 機械方案設計及主要部件

根據圖1紙托盤的形狀特征，結合目前人工生產工藝，自動化紙托盤生產設備需要具有供料、噴膠以及粘合等功能。設計自動化控制紙托盤生產設備模型，如圖2所示。它主要由支腳傳送機構、紙板傳送機構、噴膠機構以及抓取粘合機構等組成。

圖1 紙托盤生產類型簡圖

圖2 自動化紙托盤生產設備三維模型簡圖

2.1 支塊傳送機構

支塊傳送機構主要由兩條傳送帶組成。傳送帶將生產紙托盤所需的支腳傳送到機械手抓取的初始位置。傳送帶的兩旁有限位裝置，確保支腳不會歪斜。在兩條傳送帶上分別有1個拱形固定限位器和4個可控伸縮氣缸。在傳送帶上相應的位置上安裝有傳感器，通過傳送帶左側的4個可控伸縮氣缸的伸出，嚴格控制每個支腳的距離，以保證機械手對紙托盤支腳的精準抓取，如圖3所示。

圖3 支腳傳送到指定位置

2.2 紙板傳送機構和噴膠機構

紙板傳送機構主要由3條皮帶組成，通過提供足夠的摩擦力來傳送紙板，節省消耗。紙板傳送帶的正上方裝配了用于噴射特殊白乳膠的膠槍。當紙板被運送到指定位置時，膠槍將白乳膠噴射到紙板上，如圖4所示。噴膠完成后的紙板將被傳送到末端的阻擋裝置，等待支腳的粘合。末端的阻擋裝置能夠阻擋紙板繼續向前運動，提高了粘合的精度，如圖5所示。

圖4 膠槍對紙板進行噴膠

圖5 阻擋裝置阻擋紙板

2.3 抓取粘合機構

機械手作為抓取粘合機構，由8個左右對稱且可以調節位置的吸盤組成，如圖6所示。吸盤的吸氣吹氣等動作由相應的電磁閥控制。當機械手移動到支腳傳送帶相應的位置時，機械手將向下運動并開啟吸氣電磁閥，關閉吹氣電磁閥，將紙托盤支腳吸起后上升；當機械手移動到紙板傳送帶相應的位置時，機械手將向下運動，待紙托盤支腳與紙板粘合后關閉吸氣電磁閥，開啟吹氣電磁閥并向上運動，以保證支腳與紙板之間更好地粘合。粘合之后的紙托盤由傳送帶將其傳送到后方的堆垛機構，由堆垛機構將成型的紙托盤進行有規律的碼放。

圖6 機械手三維模型圖

3 控制系統設計

PLC程序的設計是實現上述工作內容的核心。PLC通過I/O接口與外部設備連接。輸入端口采集外部的輸入信號并轉化為CPU能夠識別的信號。輸出端口將CPU輸出的信號轉化為設備能夠識別的信號并輸送給輸出設備。控制流程如圖7所示。

圖7 控制流程圖

（1）將紙板快速送到限定位置，并在傳送過程中利用膠槍對紙板進行噴膠，同時另一端的支腳傳送機構將8個紙托盤支腳快速向前傳送至相應位置，通過8個吸盤控制支腳的間隔位置；

（2）機械手通過X軸和Y軸的定位準確找到支腳所處的位置，并向下運動至支腳上方，然后通過氣閥開關將支腳吸起，送到相應的位置；

（3）機械手下壓將支腳與紙板粘合，待托盤成品完成后，將其傳送到后方的堆垛機構進行碼放。

4 結語

自動化紙托盤生產設備實現了全自動化生產瓦楞紙托盤的功能。通過分析紙托盤的生產工藝，完成了供料、噴膠及粘合等機構的設計和以PLC作為控制核心的控制流程。本系統解決了傳統的人工生產所帶來的弊端，節省了人工成本，提升了紙托盤的生產效率，為企業生產紙托盤帶來了更高的經濟效益。