半自動(dòng)紙箱包裝機(jī)PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

劉志東　張含葉　黃剛

摘要：為了解決目前紙箱手工包裝效率低的問題，設(shè)計(jì)一種半自動(dòng)紙箱包裝機(jī)PLC控制系統(tǒng)。 闡述了半自動(dòng)紙箱包裝機(jī)的基本結(jié)構(gòu)及其工作原理，確定了PLC的型號(hào)，建立了PLC控制器的I/O點(diǎn)數(shù)分配方案，設(shè)計(jì)了PLC控制系統(tǒng)電氣原理圖和程序流程。該控制系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)、操作方便、穩(wěn)定性好、半自動(dòng)化程度高。在紙箱尺寸標(biāo)準(zhǔn)、無變形的情況下，系統(tǒng)能夠完成產(chǎn)品的包裝工作。系統(tǒng)的應(yīng)用滿足了控制要求，提高了生產(chǎn)效率，節(jié)約了勞動(dòng)成本，適用于中小型商品的快速包裝，具有很大的應(yīng)用空間。

Abstract： In order to solve the problem of low efficiency of manual packaging， the PLC control system of semi-automatic carton packaging machine is designed. First of all， the basic structure and working principle of semi-automatic carton packaging machine were expounded. Secondly， the model of PLC was determined. Thirdly， the I/O point allocation scheme of PLC controller was established. Finally， the electrical schematic diagram and program flow of PLC control system were designed. The control system is stable， easy to operate， stable and of high semi-automatic. When the carton size is standard and no deformation， the system can complete the packaging work of the products. The application of the system meets the control requirements， improves production efficiency， saves labor cost， and is suitable for the fast packing of small and medium-sized goods and has great application space.

關(guān)鍵詞：紙箱包裝機(jī)；PLC；控制系統(tǒng)

Key words： carton packaging machine；programmable logic controller；control system

中圖分類號(hào)：TB486 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2018）32-0111-03

0 引言

隨著生活節(jié)奏的加快，人們的生活越來越網(wǎng)絡(luò)化，網(wǎng)絡(luò)購(gòu)物應(yīng)運(yùn)而生且受到熱捧并迅速走紅，成為一股新的時(shí)尚潮流，開始引導(dǎo)人們的購(gòu)物方式。由于網(wǎng)絡(luò)商品經(jīng)營(yíng)成本低、客源廣、利潤(rùn)高，許多商戶紛紛從實(shí)體店經(jīng)營(yíng)轉(zhuǎn)為了網(wǎng)絡(luò)經(jīng)營(yíng)。

由于網(wǎng)絡(luò)商品都是采用快遞的方式郵寄給買家，因此發(fā)貨前商品的包裝成為必不可少 的一環(huán)。目前，大多數(shù)商戶都是手工包裝，一旦碰上購(gòu)物旺季往往會(huì)因忙不過來而耽誤商品的包裝發(fā)貨。為了幫助網(wǎng)絡(luò)商戶解決包裝問題，本文設(shè)計(jì)了半自動(dòng)紙箱包裝機(jī)PLC控制系統(tǒng)。

1 半自動(dòng)紙箱包裝機(jī)的結(jié)構(gòu)及工作原理

1.1 半自動(dòng)紙箱包裝機(jī)的結(jié)構(gòu)

半自動(dòng)紙箱包裝機(jī)的基本結(jié)構(gòu)由機(jī)械系統(tǒng)和控制系統(tǒng)兩部分組成，其中機(jī)械系統(tǒng)由托盤轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、開箱成形機(jī)構(gòu)和折葉折曲機(jī)構(gòu)組成，如圖1所示[1]。

1.2 半自動(dòng)紙箱包裝機(jī)的工作原理

半自動(dòng)紙箱包裝機(jī)的工作原理如圖2所示。

2 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

因?yàn)镻LC具有可靠性高、壽命長(zhǎng)、易于維護(hù)、接線少、編程簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，所以半自動(dòng)紙箱包裝機(jī)采用PLC控制[2-3]。

系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)的功能如下：

①對(duì)存/取物品以及復(fù)位這三個(gè)主要?jiǎng)幼魈峁┰加|發(fā)信號(hào)，通過對(duì)應(yīng)的接觸器、繼電器以及電氣連接使得驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)得以順利工作，從而將動(dòng)力傳給托盤轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、開箱成形機(jī)構(gòu)和折葉折曲機(jī)構(gòu)，以便完成紙箱的包裝。

②要使氣缸運(yùn)動(dòng)精確、平穩(wěn)、安全，為此設(shè)計(jì)PLC來控制電機(jī)，使得電機(jī)的啟動(dòng)、運(yùn)行和停止這三個(gè)動(dòng)作滿足包裝機(jī)的存取效率、運(yùn)動(dòng)精度、穩(wěn)定性和安全性要求。

2.1 控制系統(tǒng)組成

PLC 控制系統(tǒng)組成[4-6]如圖3所示。

2.2 PLC型號(hào)選擇

德國(guó)西門公司的 S7-200 PLC[7-11]，其適用于各種場(chǎng)合中的檢測(cè)及控制。該 PLC 模塊上有集成的I/O 點(diǎn)數(shù)為：14點(diǎn)開關(guān)量輸入，10點(diǎn)開關(guān)量輸出。另外它還集成有模擬量輸入與輸出點(diǎn)，可以直接用于模擬量控系統(tǒng)。它運(yùn)行穩(wěn)定、使用簡(jiǎn)單方便、價(jià)格便宜，具有良好的模塊擴(kuò)展能力，因此結(jié)合本設(shè)計(jì)要求，選用S7-200 PLC。

2.3 I/O地址分配

半自動(dòng)紙箱包裝機(jī)控制系統(tǒng)具體的輸入/輸出（即I/O分配[12-15]）如表1和表2所示。

2.4 控制系統(tǒng)電氣原理圖

PLC控制系統(tǒng)電氣原理圖如圖4所示。

2.5 程序流程

下面為半自動(dòng)紙箱包裝機(jī)的程序流程：

①按下啟動(dòng)按鈕，氣缸1在電磁換向閥1通電條件下推桿向下運(yùn)動(dòng)，行程200mm；

②氣缸1觸發(fā)光電門1，使連接真空發(fā)生器的電磁閥2開始工作，吸盤帶動(dòng)紙箱成型；

③氣缸1在電磁換向閥1的控制下向上運(yùn)動(dòng)行程200mm；

④氣缸2在電磁換向閥3的控制下推桿向左運(yùn)動(dòng)，行程200mm觸發(fā)光電門2，等待2s；

⑤氣缸3，4在電磁換向閥4的控制下向左運(yùn)動(dòng)接觸光電門3，行程100mm同時(shí)氣缸2在電磁換向閥3的控制下向右回程，行程200mm；

⑥氣缸5在電磁換向閥5的控制下推桿運(yùn)動(dòng)，行程100mm觸發(fā)光電門4；

⑦電磁換向閥4在光電門4信號(hào)下使氣缸3，4的推桿向右退回行程為100mm；

⑧電磁換向閥2控制真空發(fā)生器停止工作；

⑨步進(jìn)電機(jī)開始順時(shí)針旋轉(zhuǎn)90°；

⑩停留2s（截?cái)嗄z帶）；

{11}氣缸5接受電磁換向閥5信號(hào)推桿向 左回程100mm；

{12}步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)180°；

{13}等待20s（放置貨物）；

{14}步進(jìn)電機(jī)接著順時(shí)針旋轉(zhuǎn)270°；

{15}氣缸2在電磁換向閥3的控制下推桿向左運(yùn)動(dòng)，行程200mm觸發(fā)光電門2，等待2s；

{16}氣缸3，4在電磁換向閥4的控制下向左運(yùn)動(dòng)接觸光電門3，行程100mm同時(shí)氣缸2在電磁換向閥3的控制下向右回程，行程200mm；

{17}氣缸5在電磁換向閥5的控制下推桿運(yùn)動(dòng)，行程100mm觸發(fā)光電門4；

{18}電磁換向閥4在光電門4信號(hào)下使氣缸3，4的推桿向右退回行程為100mm；

{19}步進(jìn)電機(jī)開始順時(shí)針旋轉(zhuǎn)90°；

{20}停留2s（截?cái)嗄z帶）；

{21}氣缸5接受電磁換向閥5信號(hào)推桿向左回程100mm；

{22}步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)90°；

{23}步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)90°；

{24}取出紙箱，程序結(jié)束。

3 結(jié)論

本文介紹了半自動(dòng)紙箱包裝機(jī)的基本結(jié)構(gòu)及其工作原理，確定了PLC的型號(hào)，并對(duì)PLC控制器的I/O點(diǎn)數(shù)進(jìn)行了分配，最后設(shè)計(jì)了PLC控制系統(tǒng)電氣原理圖和程序流程。本文研制的半自動(dòng)紙箱包裝機(jī)適用于中小型商品的快速包裝，移動(dòng)方便、成本低、效率高，具有很大的應(yīng)用空間。

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