基于PLC控制的多肉植物自動打包系統分單元研究

吳彥霖，曹 瑜

(云南國土資源職業學院，云南 昆明 650000)

0 引 言

近年來，由于外形小巧、可愛，多肉植物作為一種新興起的花卉植物伸手年輕人的喜愛。多肉植物多在“微”傳播的環境下銷售，且多肉植物耐旱、皮實、能夠經受脫土的長途的運輸因此多肉的銷售量巨大。而由此也帶來了巨量的多肉的打包工作。目前多肉的打包主要由人工完成，效率比較低下。多肉的人工包裝模式已跟不上需求，多肉的包裝需進行自動化改進。因此研發一種多肉自動打包系統是很有必要的。

該文針對多肉植物的自動打包系統進行了多方面的研究，通過五個單元共同作用，完成多肉的自動裝盒打包功能。

1 系統構成

由于多肉耐旱、皮實等特性，多肉的打包較為簡單，流程為在包裝盒中墊入底層珍珠棉，再放入多肉植物，最后再覆蓋一層珍珠棉即可封盒。針對以上過程，多肉自動打包系統分為包裝盒供料單元、填充棉裝載單元、多肉裝載單元、包裝盒封裝單元、傳送單元，總體結構見圖1。

多肉自動打包系統由光電傳感器、磁性開關、氣動裝置、光電編碼器、PLC、變頻器、三相異步電動機、傳送帶等組成，系統通過上述技術的協同運用完成多肉的自動打包功能，系統的工作流程圖見圖2所示。

圖1 基于PLC控制的多肉植物自動打包系統構成Fig.1 The composition of a succulent plant automatic packaging system based on PLC control

圖2 系統的工作流程圖Fig.2 System working flowchart

1.1 包裝盒供料單元

包裝盒供料單元，主要為填充棉和多肉提供包裝盒，并通過傳送帶進行傳輸。供料單元由料倉，頂盒桿，擋盒桿及各種傳感器組成。料倉中裝入底部已封好的包裝盒，同時料倉上裝有光電傳感器，以檢測包裝盒是否充足。供料單元是起始單元，需保證能夠提供充足的包裝盒以供后續流程。

1.2 珍珠棉裝載單元

珍珠棉裝載單元主要用來將多肉固定于包裝盒中心。珍珠棉是由聚丙烯纖維進行人造化學纖維，棉彈性好，膨松度強，不怕擠壓。將珍珠棉至于打包盒中，可對多肉進行很好的保護作用，使多肉在長途運輸中得到很好的保護，且蓬松透氣性強，以保證多肉的長途運輸環境。珍珠棉裝載單元由料倉、擋棉板、切棉板及相應傳感器構成。珍珠棉裝載單元需進行2次動作。第一次在裝載多肉之前用珍珠棉進行底層填充；第二次在裝載多肉之后，用珍珠棉進行頂層填充。

1.3 多肉裝載單元

多肉裝載單元主要由機械手動作，通過機械手將平臺上已排好序到的多肉抓取放入到已填入底層珍珠棉的包裝盒中。該單元需特別注意機械手抓取多肉時不能傷到多肉，因此需使用特制的抓手。

1.4 封裝單元

封裝單元主要對已裝入多肉的包裝盒進行封裝，以保證多肉在長土運輸時不會從包裝盒中掉出。包裝盒封裝單元主要是膠帶封箱機工作，膠帶封箱機由兩個伺服電機作為動力來源，帶動履帶將包裝盒送入到膠封機芯下，再由膠封機進行準確封箱。

1.5 傳送單元

傳送單元由兩條傳送帶及一個機械手構成。傳送帶1將包裝盒由包裝盒供料單元傳輸至珍珠棉裝載單元，傳送帶2將包裝盒在珍珠棉裝載單元及多肉裝載單元進行往返傳輸，機械手將已裝好多肉及珍珠棉的包裝盒放至封裝單元進行封裝。

2 PLC系統設計

2.1 PLC硬件配置

系統選用能夠在分布式場合應用的西門子S7-200系列的PLC為自動化平臺。S7-200是一種小型的可編程序控制器，適用于各種場合中的檢測、監測及控制的自動化。該設計中選用4臺S7-200系列的PLC，將傳送單元的PLC作為主站，除封裝單元外其余3個單元各配一臺作為從站，相連成網絡，以完成多肉的自動打包控制系統。主站及從站間的連接采用PPI協議通信的分布式網絡控制，系統指令信號由外接按鈕提供，安裝在控制系統個單元的警示燈可顯示系統的主要工作狀態。

2.2 PLC程序設計

根據多肉自動打包系統的分單元設計，PLC的程序也分為包裝盒供料程序、珍珠棉裝載程序、多肉裝載程序、傳送單元程序。

2.2.1 包裝盒供料單元程序設計

包裝盒供料單元主要用于提供底部封好的包裝盒。兩個光電傳感器裝于料倉的底部和距離料倉底部20 cm處，分別用于提示料倉是否有料及是否缺料；另一個裝于傳送帶1一側，用于傳送帶上是否有包裝盒。供料單元運行時，頂盒桿頂住次底層包裝盒，擋盒桿縮回盒桿將一層包裝盒掉落至傳送帶底層上。當底層包裝盒掉落后，擋盒桿頂盒桿依次恢復原態，準備下一次動作。包裝盒供料單元程序流程見圖3。

2.2.2 珍珠棉裝載單元程序設計

珍珠棉裝載單元用于填充包裝盒的底部及頂部。兩個筆型氣缸分別作用于擋棉板及切棉板；兩個光電傳感器裝于料倉的底部和距離料倉底部50 cm處，分別用于提示料倉是否有料及是否缺料；另一個裝于料倉下部，用于檢測工作臺上是否有包裝盒。

珍珠棉裝載單元運行時：當檢測到料倉底部有包裝盒，則切棉板伸出切斷珍珠棉，以保證有一定數量的珍珠棉落入包裝盒中。其次擋棉板打開，珍珠棉落入包裝盒中。之后擋棉板切棉板依次恢復原始狀態，待包裝盒中裝入多肉后重復以上動作，完成一次工作，并準備下一次動作。

2.2.3 多肉裝載單元程序設計

多肉裝載單元通過機械手抓取多肉放到包裝盒中，通過PLC控制機械手進行下降、抓取、上伸、伸出、下降、釋放、上伸縮回的動作，將平臺上整理好的多肉依序放到包裝盒中。機械手的動作通過3個氣缸完成的三維度控制，各氣缸分別管理垂直方向，水平方向及抓取的動作。多肉裝載單元程序流程見圖4。

圖3 包裝盒供料單元程序流程圖Fig.3 Flowchart of the box feeding unit program

圖4 多肉裝載單元程序流程圖Fig.4 Flowchart of succulent loading unit program

2.2.4 傳送單元程序設計

傳送單元主要由兩條傳送帶及一個機械手構成。傳送帶1負責將多肉包裝盒運送至珍珠棉裝載平臺，傳送帶2負責將包裝盒在珍珠棉裝載和多肉裝載處進行往返傳輸。PLC控制電磁閥來控制旋轉氣缸，旋轉氣缸連接機械手，通過另外兩個氣缸完成機械手的伸縮及夾緊功能，已完成珍珠棉裝載單元及封裝單元的連接。由于用到兩條傳送帶，需通過PLC控制變頻器來控制電機已完成對傳送帶的控制。傳送單元PLC作為主站，還需完成4臺PLC間的數據通信部分。

3 結 語

基于PLC的多肉打包系統設計，可以實現多肉的自動打包功能，從而減少工人工作量，進而降低多肉銷售成本。系統結構設計緊湊、高效便捷、綠色環，在多肉市場急劇膨脹的現代社會，該系統有較高的應用價值，市場前景良好。