多規(guī)格紙箱包裝機控制系統(tǒng)設(shè)計

雷 芳 胡雄杰(湖北文理學院理工學院;襄陽三零一五航空電氣公司 湖北 襄陽 4405)

1 設(shè)計背景

包裝機械的應(yīng)用越來越普及，碼垛機、紙箱包裝機、裝盒機等包裝類機械在各個行業(yè)都被大量的采用。隨著全世界對環(huán)境保護的重視，國內(nèi)積極推行以紙代木、以紙代塑的綠色包裝，并大量推廣使用紙包裝產(chǎn)品，未來包裝市場上使用紙箱包裝機的企業(yè)會越來越多，在市場條件下紙箱包裝機的投資回報率是最高的，因此紙箱包裝機有很好的應(yīng)用前景。

2 包裝機工作流程分析

2．1常規(guī)包裝流程分析。第一步:紙箱板給送機構(gòu)將紙箱板從倉庫輸出至工作臺;需要注意的是:箱軸線與工作臺Y軸軸線對齊;第二步:紙箱推送機構(gòu)將紙箱板推到旋轉(zhuǎn)工作臺區(qū)域，同時紙箱固定機構(gòu)升起，配合推送機構(gòu)一起完成紙箱的成型及固定工作，同時紙箱板給送機構(gòu)的刮板復位;第三步:折箱封箱機構(gòu)進給，到達工作區(qū)域;第四步:折箱鉗進給，將紙箱的“耳朵”折疊;第五步:封箱機構(gòu)進給，用膠帶封住封口。封箱完成后，電磁撞針動作，截斷膠帶;需要注意的是:折箱完成后，折箱鉗的位置在封箱機構(gòu)的前進路線上，會造成機構(gòu)的碰撞。解決方法是兩機構(gòu)聯(lián)動，在封箱機構(gòu)進給的時候，折箱機構(gòu)要同步的后退;第六步:物品填放機構(gòu)進給，封箱機構(gòu)退回;第七步:物品填放機構(gòu)歸位;第八步:紙箱固定機構(gòu)擋板下降，紙箱推送機構(gòu)推板后退，解除紙箱的固定;第九步:旋轉(zhuǎn)工作臺旋轉(zhuǎn)180度，將未封口一側(cè)旋轉(zhuǎn)到封箱工位;第十步:折箱封箱機構(gòu)進給，到達工作區(qū)域;第十一步:折箱鉗進給，將紙箱的“耳朵”折疊;第十二步:封箱機構(gòu)進給，用膠帶封住封口。封箱完成后，電磁鐵動作，截斷膠帶;第十三步:封箱機構(gòu)復位;第十四步:紙箱固定機構(gòu)擋板下降，解除紙箱的固定，紙箱推送機構(gòu)推板前推，將包裝好的紙箱輸出;第十五步:紙箱推送機構(gòu)復位。到此，包裝機完成一次包裝任務(wù)。

2．2型號選擇功能流程分析。為了能夠包裝不同型號的紙箱，折箱及封箱機構(gòu)和物品填放機構(gòu)的位置不能固定，需要能根據(jù)不同紙箱的規(guī)格，進行相應(yīng)的機構(gòu)位置調(diào)整。所以在產(chǎn)品的設(shè)計時，設(shè)計了一個可以沿XYZ三軸調(diào)整位置的平臺，將需要變換位置的機構(gòu)放在平臺上。該平臺就是紙箱規(guī)格調(diào)整機構(gòu)。經(jīng)研究分析，該機構(gòu)的執(zhí)行步驟如下:

第一步:Y軸調(diào)整位置到指定紙箱規(guī)格;第二步:Z軸調(diào)整位置到指定紙箱規(guī)格;第三步:所有機構(gòu)位置檢查，返回初始位置，防止誤差發(fā)生;第四步:PLC寄存器中存入新紙箱規(guī)格的數(shù)據(jù)。

3 控制系統(tǒng)設(shè)計

3．1電機的選擇。采用57BYG250B步進電機，該電機扭矩為1．2 N·m，工作電壓3．6V，工作電流3A。根據(jù)步進電機的參數(shù)，選擇的驅(qū)動器為TB6600，該驅(qū)動器輸出峰值電流4A，細分精度1－32細分，驅(qū)動方式采用H橋雙極恒流驅(qū)動，脈沖信號輸入端采用高速光耦隔離，完全符合需求。

3．2 IO分析。根據(jù)流程分析，基本確定了PLC輸入端和輸出端所對應(yīng)的功能。由于在PLC中，輸入端X是公用的一個COM口，而輸出端Y是以組的形式共用每組的COM口。所以，為了接線方便、整潔以及對不同功能電路進行隔離，將功能按組分配，得到I/O表。

3．3 PLC的選型。根據(jù)I/O分配表，共需要輸入點19個，輸出點21個，考慮到未來程序拓展的問題以及需要輸出高速脈沖的問題，選擇三菱FX2N－80MT。

3．4輔助控制電路的設(shè)計。由于三菱FX－2N系列PLC只有Y0和Y1兩個端口可以輸出高速脈沖，為了能夠控制多臺步進電機，設(shè)計了信號分流電路。該電路的工作原理，是將脈沖輸出并聯(lián)接入七臺步進電機驅(qū)動器脈沖信號端，每個脈沖回路安裝電磁繼電器，通過控制繼電器的通斷，來控制脈沖信號的流向，達到控制多臺步進電機的目的。

3．5程序的設(shè)計。

(1)主程序的設(shè)計:主程序使用三菱GXworks2編寫STL順控程序。

(2)急停程序的設(shè)計:機器運行過程中難免出現(xiàn)緊急情況，故添加了緊急停車系統(tǒng)，如圖1。

M8040:ON時，關(guān)閉步進繼電器;M8034:ON時，輸出禁止

(3)規(guī)格選擇程序的設(shè)計:32位加減速脈沖輸出指令為:DPLSR D0 D2 D4 Y000;32位普通脈沖輸出指令為:DPLSY D10 D12 Y001。

D0、D10寄存器存儲脈沖頻率;D2、D12寄存器存儲脈沖個數(shù);D4寄存器存儲加減速時間。程序編寫時，通過測試來采集兩種規(guī)格紙箱的包裝脈沖數(shù)據(jù)，再將數(shù)據(jù)寫入程序中，在運行過程中，使用DMOV指令將數(shù)據(jù)存入相應(yīng)的寄存器。

(4)復位程序的設(shè)計:步進電機在驅(qū)動器斷電的狀態(tài)下，轉(zhuǎn)子可以自由轉(zhuǎn)動，這會導致機構(gòu)發(fā)生自由移動，如果在啟動裝置時不進行復位操作，將產(chǎn)生動作誤差。因此，我們設(shè)計了一套復位程序，在每個動作行程設(shè)定一個零點位置，每次啟動前，將進行位置檢查和復位動作。

4 結(jié)論

多規(guī)格紙箱自動包裝機是是一臺可以包裝多種規(guī)格紙箱的自動化機械。通過試驗得出:該機械包裝一個紙箱需要40秒左右，在將來進行技術(shù)改良后，還能達到更快的速度。該機械自動化程度高，可以減少使用人力，同時，多規(guī)格化能夠減少企業(yè)對包裝機的需求量，達到一機多用的效果，達到節(jié)約成本的目的，具有一定的應(yīng)用前景。