基于PLC的彩盒機(jī)自動進(jìn)料系統(tǒng)設(shè)計

莫文亮

（廣東真美食品股份有限公司，廣東潮州515637）

0 引言

某印刷公司彩盒機(jī)的進(jìn)料主要靠人工，從而造成生產(chǎn)效率低下、員工勞動強(qiáng)度大等問題。筆者根據(jù)此現(xiàn)狀，設(shè)計了彩盒機(jī)自動進(jìn)料系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用PLC自動控制，從而釋放了勞動力，提高了生產(chǎn)效率。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計及主要硬件設(shè)計

1.1 彩盒機(jī)自動進(jìn)料系統(tǒng)的總體設(shè)計

該系統(tǒng)主要由PLC、儲料系統(tǒng)、送料系統(tǒng)及推料系統(tǒng)組成。各個位置的傳感器在感應(yīng)到料盒到達(dá)位置后，將信號傳送給PLC，由PLC對各個分系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)配處理。其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 彩盒機(jī)自動進(jìn)料系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖

1.2 自動進(jìn)料系統(tǒng)的工作原理

將料盒放置在儲料平臺上，當(dāng)推料傳感器感應(yīng)到傳送帶上沒有料盒時，由推料電機(jī)驅(qū)動推料板，將料盒推送至傳送帶上，并由送料傳送帶將料盒運(yùn)送至料盒倉前，當(dāng)送料傳感器感應(yīng)到料盒到達(dá)料盒倉前時，停止送料；當(dāng)料盒傳感器感應(yīng)到料盒倉內(nèi)沒有料盒時，由倉門氣缸通過連桿將倉門打開，并由進(jìn)料氣缸通過推料板將料盒推送進(jìn)料盒倉內(nèi)，從而實(shí)現(xiàn)料盒的自動進(jìn)料。

1.3 系統(tǒng)運(yùn)行模式

該系統(tǒng)運(yùn)行模式分為手動模式與自動控制循環(huán)運(yùn)行模式。

當(dāng)進(jìn)入調(diào)試模式及手動模式時，將啟動旋鈕轉(zhuǎn)向手動擋，此時自動控制模式斷開，系統(tǒng)處于手動模式，可以在控制箱上用按鈕依次控制出料平臺的進(jìn)料、推料，傳送帶的傳送啟停，料倉門的啟閉與推料氣缸的推進(jìn)、后退等。

當(dāng)啟動旋鈕轉(zhuǎn)向自動擋，此時系統(tǒng)處于自動控制的循環(huán)運(yùn)行模式，系統(tǒng)將自動進(jìn)行物料的推送，此時各傳感器、電機(jī)、氣缸等元器件將按照PLC所設(shè)計好的程序自動運(yùn)轉(zhuǎn)。

1.4 系統(tǒng)主要備件選型

PLC是整個系統(tǒng)的核心，它負(fù)責(zé)采集系統(tǒng)所需的輸入信號、啟停控制信號及系統(tǒng)自動反饋信號，運(yùn)行PLC程序，使所有動作器件（如傳感器、中間繼電器、電磁閥線圈、電機(jī)、氣缸等）按照預(yù)定的規(guī)律動作，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)控制任務(wù)。該系統(tǒng)所需的輸入點(diǎn)達(dá)11個之多，輸出點(diǎn)有7個，所以選用的PLC輸入輸出點(diǎn)必須滿足此點(diǎn)數(shù)要求。三菱FX2N-48MR的主要參數(shù)為：工作電源DC24V，輸入點(diǎn)數(shù)24，輸出點(diǎn)數(shù)24，輸入信號類型為開關(guān)量，基本滿足系統(tǒng)控制要求。因此選用三菱FX2N-48MRPLC作為該系統(tǒng)的控制核心。另外，推料和倉門兩個機(jī)構(gòu)，需要?dú)飧鬃鳛橥苿釉?，采用亞德客型雙軸桿氣缸，該氣缸采用雙軸結(jié)構(gòu)，推桿運(yùn)行平穩(wěn)，所需氣壓為0.3～0.5MPa，在工廠環(huán)境可輕易獲得。由于推桿長度原因，倉門氣缸選型為TN20-15-S，推料氣缸選型為TN20-80-4。此外，儲料平臺及傳送帶電機(jī)，采用普通1.5kW三相異步電動機(jī)即滿足使用要求。

2 系統(tǒng)電路設(shè)計

2.1 系統(tǒng)主電路設(shè)計

圖2給出了2臺電機(jī)和4個電磁閥的電路接線圖。1#電機(jī)為儲料平臺推料板的驅(qū)動電機(jī)，可正反轉(zhuǎn)，正轉(zhuǎn)為平臺推料，反轉(zhuǎn)為平臺料盒推完而退回原點(diǎn)重新裝料。2#電機(jī)為傳送帶的驅(qū)動電機(jī)，只能啟動、停止。4個電磁閥分別為進(jìn)料氣缸和倉門氣缸的前進(jìn)、后退控制。

圖2 系統(tǒng)主電路圖

另外，手動切換模式通過旋鈕可以得到實(shí)現(xiàn)。在手動模式下，自動模式應(yīng)予以斷開，以保證電路的正常運(yùn)行。

2.2 系統(tǒng)控制電路設(shè)計

系統(tǒng)的控制電路是以PLC作為其控制核心。首先，要考慮系統(tǒng)強(qiáng)弱電的隔離問題。其次，2臺電機(jī)和4個電磁閥的運(yùn)行存在著兩兩配對的關(guān)系，因此決不允許同時接通，故兩者必須嚴(yán)格互鎖，在程序中已經(jīng)嚴(yán)格予以互鎖。另外，傳感器信號的傳輸應(yīng)采用屏蔽線，并且充分利用PLC的常開、常閉觸點(diǎn)，合理設(shè)計控制程序。

此外，考慮到崗位操作工人的素質(zhì)問題，在切換手動模式時，考慮了手動的控制模式應(yīng)力求簡單，使工人容易上手，因此在手動模式的控制線路均采用單個控制，既方便維修，又減少了電子器件的冗余而造成的故障率升高。具體控制線路如圖3所示。

2.3 PLC程序設(shè)計

系統(tǒng)進(jìn)入自動控制模式時，按照PLC所設(shè)計的程序自動運(yùn)作。

圖3 系統(tǒng)控制線路圖

在按下自動控制按鈕后，傳送帶上的料盒檢測傳感器X1、X2沒有感應(yīng)到物料的存在時，直接驅(qū)動儲料平臺的推料板電機(jī)Y1，將物料推送至傳送帶。當(dāng)推料板前限位傳感器感應(yīng)到推料板到位時，即平臺物料已經(jīng)用完，則PLC程序直接控制推料板電機(jī)反轉(zhuǎn)Y2，將推料板送回原點(diǎn)繼續(xù)裝料。

當(dāng)傳送帶到位傳感器X5感應(yīng)不到物料時，則系統(tǒng)直接驅(qū)動傳動帶電機(jī)Y3，將物料送至進(jìn)料氣缸前停止。

當(dāng)料倉傳感器X10感應(yīng)不到物料時，則驅(qū)動倉門氣缸Y6動作，打開倉門。當(dāng)倉門完全打開時，倉門氣缸前限位X12得電，倉門氣缸退回電磁閥Y7記時3s后退回，在此期間，推料氣缸推料電磁閥Y4動作，將物料推送至料倉，當(dāng)推料氣缸達(dá)到前限位X6時，推料氣缸后退電磁閥Y5動作，氣缸退回，之后倉門氣缸退回電磁閥Y7動作，倉門關(guān)閉，完成一個系列的循環(huán)動作。

具體程序如圖4所示。

圖4 PLC系統(tǒng)程序梯形圖

3 結(jié)語

整個彩盒機(jī)自動進(jìn)料系統(tǒng)的設(shè)計，從硬件的選型到軟件程序的設(shè)計，都是在參考了崗位實(shí)際工序和工藝的需要后特別選擇設(shè)計的。系統(tǒng)設(shè)計完成后，在某公司進(jìn)行了小批量試運(yùn)行，運(yùn)行基本正常，而且大大提高了生產(chǎn)效率，基本達(dá)到了設(shè)計要求。

［參考文獻(xiàn)］

[1]李俊秀.可編程控制器應(yīng)用技術(shù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2008.

[2]曹菁.三菱PLC、觸摸屏和變頻器應(yīng)用技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010.