基于PLC的全自動軟包裝袋碼垛控制系統(tǒng)設計

摘 要：軟包裝袋全自動碼垛生產(chǎn)線是自動化生產(chǎn)線上必不可少的自動包裝設備，是一種機、電、氣動一體化的高技術產(chǎn)品，控制系統(tǒng)以西門子PLC S7-200作為控制核心，采用PLC結合變頻調速功能控制生產(chǎn)線運行，實現(xiàn)動作執(zhí)行可靠及聯(lián)鎖到位，實現(xiàn)倒袋、整形、轉位、編組、推袋、壓袋、碼垛、托盤及垛盤的輸送等自動工作，全面提高輸送效率及包裝質量，主要用于化工、糧食、藥品等行業(yè)的粉、粒、塊狀物料（如面粉、水泥、化肥等）包裝袋的全自動碼垛，整套產(chǎn)品可以替代同類進口產(chǎn)品及機器人碼垛功能。

關鍵詞：軟包裝袋 碼垛 PLC 全自動

中圖分類號：TP27 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）10（b）-0017-02

碼垛機是自動化生產(chǎn)線上必不可少的自動包裝設備，碼垛機通過對物品的輸送、旋轉、翻轉，堆積、組合等動作，實現(xiàn)物品各種形式堆疊、碼垛，將袋狀或者箱體類對象依照特定的次序和設定碼放在目標區(qū)域內，以便完成物品的搬運、存儲、裝卸、運輸?shù)任锪鞴ぷ鳎纱蟠蠼档筒僮魅藛T的勞動強度，提高輸送效率及包裝質量。

該文對軟包裝袋碼垛關鍵技術進行了系統(tǒng)研究，采用CAD/CAE 技術實現(xiàn)軟包袋自動碼垛生產(chǎn)線的設計，全自動碼垛生產(chǎn)線主要由壓平輸送機、緩停輸送機、轉位輸送機、托盤倉、托盤輸送機、編組機、推袋裝置、碼垛裝置、垛盤輸送機等組成。碼垛過程在PLC控制下自動完成，正常運轉時無須人工干預，設備制造及維護簡單，成本低，碼垛效率高，主要用于化工、糧食、藥品等行業(yè)的粉、粒、塊狀物料（如面粉、水泥、化肥等）包裝袋的全自動碼垛，可替代昂貴的進口設備。

1 軟包裝袋碼垛生產(chǎn)線總體方案的設計

1.1 概述

軟包裝袋碼垛生產(chǎn)線由于所包裝的物料有著不同的特性，所以料袋有著不同的規(guī)格型號，但所完成的碼垛功能不變，所以當碼垛不同料袋時，碼垛生產(chǎn)線的基本構成變化不是很大。該文中的碼垛生產(chǎn)線主要針對水泥編織袋設計，水泥料袋尺寸為650×400×150 mm、灌裝重量為50 kg。軟包裝袋碼垛生產(chǎn)線的組成部分主要有倒袋裝置①、斜坡輸送機②、單袋整形裝置③、轉位裝置④、緩停輸送機⑤、編組裝置⑥、推袋裝置⑦、壓袋裝置⑧、分層機⑨、升降機⑩、垛盤輸送機、承垛輸送機、托盤輸送機、以及托盤倉。

1.2 軟包裝袋碼垛生產(chǎn)線的工藝流程

軟包裝袋碼垛生產(chǎn)線的工藝流程如下所示：灌裝好的料袋經(jīng)過輸送機送入碼垛生產(chǎn)線，首先倒袋裝置把灌裝好的料袋推倒放平、定向，使其以平臥的姿勢順著傳送帶輸送；斜坡輸送機用來完成料袋從低到高的輸送，經(jīng)過斜坡輸送機到達單袋整形裝置，單袋整形裝置對不規(guī)則料袋進行壓平，使得料袋變得規(guī)則、整齊；轉位裝置按照碼垛需要對部分料袋進行旋轉；緩停輸送機在進入編組機之前對料袋起到了緩停作用；編組機是將緩停輸送機輸送來的料袋進行“2-3編組”即“2橫”或“3豎”的編組；推袋裝置將編組好的料袋推至緩停板或者分層機；分層機接到推袋裝置輸送過來的料袋后，打開閘門，使料袋落到垛盤上；壓袋裝置氣缸伸出帶動整形板對垛層進行整形，整形完畢后，整形氣缸復位；升降機帶動垛盤下降到特定的高度后閘門關閉，升降機帶動垛盤上升到上限位等待下一層的碼垛，即碼垛好一層，重述上述動作，直到碼垛好設定的碼垛層數(shù)即為一垛后，升降機帶動垛盤下降到承垛輸送機，由垛盤輸送機輸出，等待叉車運走。與此同時，托盤倉會在控制系統(tǒng)的操縱下放出一個空托盤，由托盤輸送機輸送到碼垛工位進行碼垛。

2 軟包裝袋碼垛生產(chǎn)線控制系統(tǒng)的設計

控制系統(tǒng)是軟包裝袋碼垛生產(chǎn)線實現(xiàn)全自動碼垛的核心部件，是決定生產(chǎn)線性能的主要因素。碼垛生產(chǎn)線的各種控制為開關量，I/O點數(shù)較多，選用西門子的S7-200型PLC，因碼垛生產(chǎn)線中輸入/輸出端子數(shù)目較多，碼垛生產(chǎn)線上我們選用S7-200 CPU 226DC/DC/DC，以及一個EM223（16DI/16DO）和兩個EM221（16DI），總共有72個輸入點和32個輸出點，可以滿足控制需要。

碼垛生產(chǎn)線在工作時，各個環(huán)節(jié)都不是獨立存在的，彼此之間存在緊密的聯(lián)系，因此必須保證各個環(huán)節(jié)的適當配合，才能確保生產(chǎn)的順利進行。碼垛生產(chǎn)線的操作信號、工作狀態(tài)等信號作為輸入信號傳遞給PLC。其中手動輸入信號包含了各設備的啟動、停止等操作的28個按鈕，即28個輸入信號；位置檢測開關包括了升降機上限位等4個限位開關和料袋是否到位、托盤是否到位等37個光電開關，總計69個輸入信號。輸出信號用來控制碼垛生產(chǎn)線上各個電機、氣缸動作，其中控制接觸器有13個輸出，控制電磁閥有16個輸出。

為了滿足生產(chǎn)的需要，碼垛生產(chǎn)線需要有手動工作方式和自動工作方式兩種工作方式。在手動工作方式下，使用者需要操作就地箱按鈕來完成碼垛生產(chǎn)線的每一個動作，例如轉位、升降、釋放托盤等動作；在自動工作方式下，碼垛生產(chǎn)線通過子程序的調用控制各部分的動作，從而使得碼垛生產(chǎn)線能夠連續(xù)的工作，其總體控制流程圖如圖1所示。

3 結語

經(jīng)過組裝調試，整套生產(chǎn)線滿足生產(chǎn)需要，已經(jīng)在威縣科創(chuàng)食品機械有限公司得到初步運行，運行可靠，狀態(tài)良好，可以替代同類進口產(chǎn)品及機器人碼垛功能。

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