基于PLC的彩盒機自動進料系統設計

莫文亮

（廣東真美食品股份有限公司，廣東潮州515637）

0 引言

某印刷公司彩盒機的進料主要靠人工，從而造成生產效率低下、員工勞動強度大等問題。筆者根據此現狀，設計了彩盒機自動進料系統，該系統采用PLC自動控制，從而釋放了勞動力，提高了生產效率。

1 系統總體設計及主要硬件設計

1.1 彩盒機自動進料系統的總體設計

該系統主要由PLC、儲料系統、送料系統及推料系統組成。各個位置的傳感器在感應到料盒到達位置后，將信號傳送給PLC，由PLC對各個分系統進行調配處理。其結構如圖1所示。

圖1 彩盒機自動進料系統總體結構圖

1.2 自動進料系統的工作原理

將料盒放置在儲料平臺上，當推料傳感器感應到傳送帶上沒有料盒時，由推料電機驅動推料板，將料盒推送至傳送帶上，并由送料傳送帶將料盒運送至料盒倉前，當送料傳感器感應到料盒到達料盒倉前時，停止送料；當料盒傳感器感應到料盒倉內沒有料盒時，由倉門氣缸通過連桿將倉門打開，并由進料氣缸通過推料板將料盒推送進料盒倉內，從而實現料盒的自動進料。

1.3 系統運行模式

該系統運行模式分為手動模式與自動控制循環運行模式。

當進入調試模式及手動模式時，將啟動旋鈕轉向手動擋，此時自動控制模式斷開，系統處于手動模式，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、后退等。

當啟動旋鈕轉向自動擋，此時系統處于自動控制的循環運行模式，系統將自動進行物料的推送，此時各傳感器、電機、氣缸等元器件將按照PLC所設計好的程序自動運轉。

1.4 系統主要備件選型

PLC是整個系統的核心，它負責采集系統所需的輸入信號、啟停控制信號及系統自動反饋信號，運行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、氣缸等）按照預定的規律動作，實現系統控制任務。該系統所需的輸入點達11個之多，輸出點有7個，所以選用的PLC輸入輸出點必須滿足此點數要求。三菱FX2N-48MR的主要參數為：工作電源DC24V，輸入點數24，輸出點數24，輸入信號類型為開關量，基本滿足系統控制要求。因此選用三菱FX2N-48MRPLC作為該系統的控制核心。另外，推料和倉門兩個機構，需要氣缸作為推動元件，采用亞德客型雙軸桿氣缸，該氣缸采用雙軸結構，推桿運行平穩，所需氣壓為0.3～0.5MPa，在工廠環境可輕易獲得。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，采用普通1.5kW三相異步電動機即滿足使用要求。

2 系統電路設計

2.1 系統主電路設計

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

圖2 系統主電路圖

另外，手動切換模式通過旋鈕可以得到實現。在手動模式下，自動模式應予以斷開，以保證電路的正常運行。

2.2 系統控制電路設計

系統的控制電路是以PLC作為其控制核心。首先，要考慮系統強弱電的隔離問題。其次，2臺電機和4個電磁閥的運行存在著兩兩配對的關系，因此決不允許同時接通，故兩者必須嚴格互鎖，在程序中已經嚴格予以互鎖。另外，傳感器信號的傳輸應采用屏蔽線，并且充分利用PLC的常開、常閉觸點，合理設計控制程序。

此外，考慮到崗位操作工人的素質問題，在切換手動模式時，考慮了手動的控制模式應力求簡單，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程序設計

系統進入自動控制模式時，按照PLC所設計的程序自動運作。

圖3 系統控制線路圖

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

當傳送帶到位傳感器X5感應不到物料時，則系統直接驅動傳動帶電機Y3，將物料送至進料氣缸前停止。

當料倉傳感器X10感應不到物料時，則驅動倉門氣缸Y6動作，打開倉門。當倉門完全打開時，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，當推料氣缸達到前限位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，倉門關閉，完成一個系列的循環動作。

具體程序如圖4所示。

圖4 PLC系統程序梯形圖

3 結語

整個彩盒機自動進料系統的設計，從硬件的選型到軟件程序的設計，都是在參考了崗位實際工序和工藝的需要后特別選擇設計的。系統設計完成后，在某公司進行了小批量試運行，運行基本正常，而且大大提高了生產效率，基本達到了設計要求。

［參考文獻］

[1]李俊秀.可編程控制器應用技術[M].北京：化學工業出版社，2008.

[2]曹菁.三菱PLC、觸摸屏和變頻器應用技術[M].北京：機械工業出版社，2010.