多規格紙箱包裝機控制系統設計

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 設計背景

包裝機械的應用越來越普及，碼垛機、紙箱包裝機、裝盒機等包裝類機械在各個行業都被大量的采用。隨著全世界對環境保護的重視，國內積極推行以紙代木、以紙代塑的綠色包裝，并大量推廣使用紙包裝產品，未來包裝市場上使用紙箱包裝機的企業會越來越多，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用前景。

2 包裝機工作流程分析

2．1常規包裝流程分析。第一步:紙箱板給送機構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:紙箱推送機構將紙箱板推到旋轉工作臺區域，同時紙箱固定機構升起，配合推送機構一起完成紙箱的成型及固定工作，同時紙箱板給送機構的刮板復位;第三步:折箱封箱機構進給，到達工作區域;第四步:折箱鉗進給，將紙箱的“耳朵”折疊;第五步:封箱機構進給，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的前進路線上，會造成機構的碰撞。解決方法是兩機構聯動，在封箱機構進給的時候，折箱機構要同步的后退;第六步:物品填放機構進給，封箱機構退回;第七步:物品填放機構歸位;第八步:紙箱固定機構擋板下降，紙箱推送機構推板后退，解除紙箱的固定;第九步:旋轉工作臺旋轉180度，將未封口一側旋轉到封箱工位;第十步:折箱封箱機構進給，到達工作區域;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:封箱機構復位;第十四步:紙箱固定機構擋板下降，解除紙箱的固定，紙箱推送機構推板前推，將包裝好的紙箱輸出;第十五步:紙箱推送機構復位。到此，包裝機完成一次包裝任務。

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，折箱及封箱機構和物品填放機構的位置不能固定，需要能根據不同紙箱的規格，進行相應的機構位置調整。所以在產品的設計時，設計了一個可以沿XYZ三軸調整位置的平臺，將需要變換位置的機構放在平臺上。該平臺就是紙箱規格調整機構。經研究分析，該機構的執行步驟如下:

第一步:Y軸調整位置到指定紙箱規格;第二步:Z軸調整位置到指定紙箱規格;第三步:所有機構位置檢查，返回初始位置，防止誤差發生;第四步:PLC寄存器中存入新紙箱規格的數據。

3 控制系統設計

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。根據步進電機的參數，選擇的驅動器為TB6600，該驅動器輸出峰值電流4A，細分精度1－32細分，驅動方式采用H橋雙極恒流驅動，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。根據流程分析，基本確定了PLC輸入端和輸出端所對應的功能。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，設計了信號分流電路。該電路的工作原理，是將脈沖輸出并聯接入七臺步進電機驅動器脈沖信號端，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程序的設計。

(1)主程序的設計:主程序使用三菱GXworks2編寫STL順控程序。

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

M8040:ON時，關閉步進繼電器;M8034:ON時，輸出禁止

(3)規格選擇程序的設計: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;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格紙箱的包裝脈沖數據，再將數據寫入程序中，在運行過程中，使用DMOV指令將數據存入相應的寄存器。

(4)復位程序的設計:步進電機在驅動器斷電的狀態下，轉子可以自由轉動，這會導致機構發生自由移動，如果在啟動裝置時不進行復位操作，將產生動作誤差。因此，我們設計了一套復位程序，在每個動作行程設定一個零點位置，每次啟動前，將進行位置檢查和復位動作。

4 結論

多規格紙箱自動包裝機是是一臺可以包裝多種規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，多規格化能夠減少企業對包裝機的需求量，達到一機多用的效果，達到節約成本的目的，具有一定的應用前景。