包裝線裝卸箱機改進研究

宣云靜

摘 要：本文針對啤酒灌裝生產線出現的系統控制缺乏協調性和連貫性等問題，分析裝箱機的結構和原理，重新編制了控制程序，從倒瓶檢測、擋瓶機構、控制系統三方面分析當前裝箱機控制系統存在的問題及改進措施。

關鍵詞：裝箱機；控制系統；問題；改進

中圖分類號：TH242 文獻標識碼：A

20世紀90年代，分別從國內和國外共引進了兩條啤酒灌裝生產線，兩條生產線在長時間運行后都出現了問題，具體表現在系統控制缺乏協調性和連貫性，為了解決上述問題，我們重新編制了控制程序并換用了新的控制器，改造了生產線上不適用的機械設備，筆者將就啤酒包裝線裝卸箱機為例展開探討。

1 裝箱機結構和原理

啤酒生產線上有裝箱機和卸箱機，兩者原理相似，本文將著重討論裝箱機的改進。裝箱機工作原理是抓瓶頭通過排氣和充氣實現放瓶子和抓瓶子，機械設備在可編程控制器的控制下將輸送鏈上的瓶子準確抓起，在輸送鏈上有已經放好的箱子，可編程控制器控制機械設備將瓶子放在箱子里，箱子被輸送鏈送至下一道工序。生產線每個箱子內裝啤酒24瓶，每個裝箱循環需要抓、放啤酒三箱。抓放瓶子的頻率是由傳動軸轉動速度決定的，每轉一圈完成一次抓放動作，通過檢測傳動軸位置來確定抓瓶頭的位置，在傳動軸周圍有接近開關，傳動軸上固定有長方形貼片，以此來實現傳動軸的位置檢測。箱框和箱子就位分別由接近開關和光電開關檢測，箱框和箱臂共同定位箱子。主運轉電機既可以低速反轉和正轉，也可以高速正轉；光電開關、進出箱臂、進出箱電機共同組成輸箱系統；瓶定位器、進、導瓶電機共同組成進瓶系統，還有光電開關以檢測儲備的瓶子數量是否足夠。

整個系統是由歐姆龍可編程控制系統控制的，四連桿由主電機帶動；瓶子輸送和箱子傳送由進出箱電機、輸導瓶電機共同完成；瓶定位器、進出箱臂分別由瓶定位氣缸和進出瓶氣缸控制；抓瓶頭的充放氣由電磁閥控制；設備上的旋鈕和按鈕用以人工控制系統各個功能。

2 系統硬件及輸入輸出分配

對于啤酒生產線的控制系統來說，硬件要滿足使用需求，最好具備一定的可塑性。控制系統需要輸入點和輸出點分別為13個和31個，而歐姆龍C60P可編程控制系統有28個輸出點和32個輸入點，因此能夠滿足使用需求，可以控制裝箱機。此系統具備安全防護和自保功能，如果系統中某傳輸設備或者是電機長時間運行后溫度過高，為了保障系統安全，系統將會自動切斷輸出。在裝箱機四周還設置了光電開關，主要起安全防護作用，當生產無關人員接近設備時，系統會檢測到并停止主電機運轉，保障工作人員的人身安全。操作人員只需控制對應的俺就既能夠控制主電機的正反轉和轉速，還為主電機設置了停止按鈕，用以保障系統協調性，及時主電機出現問題無法工作，其他設備也能夠繼續運轉，這個系統設置有緊急停止按鈕，按下這個按鈕則整個系統停止運行。

3 當前裝箱機控制系統存在的問題及改進措施

輸瓶、抓瓶、輸箱是啤酒生產線裝箱系統的主要組成因素。裝箱機的工作過程中可能發生兩個方面的問題：首先是如果存在倒瓶問題，可能發生錯位現象，抓瓶頭無法和抓瓶區域的瓶子對齊，但是到達指定位置后抓瓶頭仍會有抓瓶動作，因此抓瓶頭會受到抓瓶系統強大的沖擊力并被頂起，雖然系統中有光電檢測系統，抓瓶頭會立刻停止工作并發出警報，但是如果這個情況多次出現，抓瓶頭會受到損傷，降低整套設備的壽命，還會大大增加故障率；即使抓瓶頭能夠對準瓶子并正確抓起，也會出現缺瓶現象，部分箱子內瓶子數量不夠，在后續生產中還要人工解決，生產效率收到了極大影響；第二是如果沒有倒瓶問題，抓瓶頭能夠正確將瓶子抓起，但是沒有對區域內的瓶子做減壓處理，兩段瓶子會產生很大的摩擦阻力，損壞瓶子標簽，增加了不合格率。為解決上述兩個問題，可以為裝箱系統增加倒瓶檢測功能，并改進擋瓶機構。

3.1 倒瓶檢測

主要原理是在每條輸送道上增加計數器，系統進瓶時計數器會開始計時，如果數量和預設數量一致，計數完成標志會變為邏輯1，光電開關檢測瓶子數量和預設相符后，壓瓶氣缸會下降并將后面的瓶子擋住，減壓處理，電機滿足轉動，減壓并將抓瓶區域的瓶子對齊，同時擋瓶氣缸伸出以保護瓶子的標簽，表示當擋瓶機構已經就緒，如果任何計數器在進瓶過程中沒有達到預設數量時，電機會繼續進行進瓶，光電開關檢測滿瓶后會延時一段時間，如果計數器仍然沒有達到預設數值，則出現了倒瓶現象，系統會停機并報警。

3.2 擋瓶機構

前后光電開關檢測為滿瓶并且計數器數值和預設值一致時，說明抓瓶區域沒有發生倒瓶現象，計數完成標志變成1，壓瓶機構將后面的瓶子擋住，其中一個擋瓶氣缸會首先伸出對瓶子做減壓處理，電機延時后另一擋瓶氣缸伸出保護前面瓶子的標簽，此時輸瓶系統就緒，抓瓶系統會收到信號并開始抓瓶。如果有倒瓶現象，計數器數值和預設數值不符，系統會停機并報警，抓瓶頭不會進行抓瓶動作，減少了受到的傷害，增加了系統壽命。

3.3 控制系統

一般采用梯形圖語言編寫可編程控制系統的控制程序，主要組成部分為初始化程序、進出箱電機程序、進出箱臂程序、進導瓶電機程序和總電機程序以及夾頭程序等組成，現場的每臺設備都要有程序模塊，每個模塊之間互相套用但是又互相獨立，采用自保持KEEP語言編寫設備控制點，能夠讓整個控制、運行系統的編寫更加具有層次性，降低了編寫的難度，采用程序實現復雜的繼電器連鎖，提高了設備生產效率。

參考文獻

[1]崔孝君.關于啤酒裝、卸箱機的節能改進方案[J].酒：飲料技術裝備，2005（03）.

[2]曾向華，遲宗波.啤酒瓶裝線中裝卸箱機新型抓瓶頭的研制[J].包裝與食品機械，1999.

[3]鄭曉軍.生產車間設施布局優化方法研究[D].大連理工大學，2010.

[4]韓琳.啤酒包裝塑料化的研究開發近況[J].釀酒科技，2006.