PLC在智能包裝機的應(yīng)用研究

□于佳 孫榮國 沈陽工程學院 遼寧聯(lián)合航空發(fā)展有限公司

隨著微機技術(shù)的不斷深入發(fā)展，以微機技術(shù)為基礎(chǔ)的可編程控制器得以深入發(fā)展和成熟，且在包裝行業(yè)中的應(yīng)用尤為突出。在當今競爭日益激烈的市場環(huán)境中，各包裝機械廠家為贏得更廣泛的用戶群體，他們在成本控制、系統(tǒng)穩(wěn)定性和流程控制等方面投資甚多，以求在眾多的競爭對手中取得優(yōu)勢。

隨著微機技術(shù)的不斷深入發(fā)展，以微機技術(shù)為基礎(chǔ)的可編程控制器（Programmable Logical Controller）得以深入發(fā)展和成熟，并以其可靠性高、能經(jīng)受惡劣環(huán)境的考驗、功能強大和使用簡單方便等多種優(yōu)越性，迅速占領(lǐng)了工業(yè)自動控制領(lǐng)域，成為工業(yè)自動控制的優(yōu)選產(chǎn)品，且在包裝行業(yè)中的應(yīng)用尤為突出。在當今競爭日益激烈的市場環(huán)境中，各包裝機械廠家為贏得更廣泛的用戶群體，他們在成本控制、系統(tǒng)穩(wěn)定性和流程控制等方面投資甚多，以求在眾多的競爭對手中取得優(yōu)勢。本文著重介紹一種基于PLC的智能包裝機結(jié)構(gòu)及其控制系統(tǒng)，以期對控制系統(tǒng)中傳動系統(tǒng)設(shè)計和PLC程序設(shè)計做詳細的介紹。

為滿足市場對包裝的需要，研發(fā)人員利用PLC技術(shù)、變頻器技術(shù)等開發(fā)了智能全自動包裝機整體結(jié)構(gòu)及運動控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)在滿足包裝機對運動控制要求的同時，還能提高包裝質(zhì)量、精度和效率，降低次品率，最終研制成一種智能全自動包裝機，并推廣使用。所述控制系統(tǒng)及包裝機有較高的可靠性、可操作性和可維護性，滿足了用戶的實際使用要求，生產(chǎn)效率較手工包裝提高了5倍以上。

1 產(chǎn)品設(shè)計

圖1 智能包裝機示意圖

本設(shè)計提供一種智能包裝機，主要由①送料傳送帶入料組件、②送料傳送帶出料組件、③進料口組件、④旋轉(zhuǎn)用伸縮氣缸轉(zhuǎn)動取包裝袋組件、⑤包裝袋料槽、⑥升降絲杠滑臺組件、⑦支架平臺組件等組成（如圖1）。該設(shè)備可實現(xiàn)自動包裝功能，操作人員只需把產(chǎn)品放入送料傳送帶組件的指定區(qū)域內(nèi)，該設(shè)備即可完成送料、包裝袋的取袋、送袋、開袋、通過入料口入袋、包裝成品的落袋、包裝成品的出料傳送到指定位置，從而完成一次工作循環(huán)。一人可同時操作多臺裝置，效率相比人工包裝提高5倍以上，幫助完成工廠的提質(zhì)增效的目標。

本設(shè)備的動力為電源、氣源；本控制系統(tǒng)是利用可編程控制器、人機界面、滾珠絲杠電機實現(xiàn)包裝機全自動穩(wěn)定可靠運行，達到準確控制、提高產(chǎn)量和降低成本的目的。

2 系統(tǒng)控制部分

圖2 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

根據(jù)現(xiàn)場生產(chǎn)要求，該控制系統(tǒng)主要由兩部分組成—控制部分：三菱FX1N-24MT-001可編程控制器（PLC）；執(zhí)行部分：傳送帶、滾珠絲桿、旋轉(zhuǎn)伸縮氣缸、氣動吸嘴等組成，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框如圖2所示。

2.1 系統(tǒng)控制部分

系統(tǒng)關(guān)鍵控制器PLC選用三菱FX1N-24MT-001—三菱電機推出的功能強大的普及型PLC，具有擴展輸入及輸出，模擬量控制和通訊、鏈接功能等擴展性，是一款廣泛應(yīng)用于常規(guī)的順序控制三菱PLC。由于FX1N-24MT-001具有結(jié)構(gòu)緊湊小巧、執(zhí)行速度快、功能強大及價格低廉等優(yōu)點，符合本系統(tǒng)各方面要求。在該系統(tǒng)中，表格式的伺服控制編程方式輕而易舉地實現(xiàn)了伺服控制，其高速脈沖直接驅(qū)動伺服電機，I/O點分配如圖3所示。

2.2 系統(tǒng)執(zhí)行部分

2.2.1 傳送帶組件

傳送帶組件主要由入料傳送帶和出料傳送帶組成，入料傳送帶通過設(shè)定轉(zhuǎn)速來決定其生產(chǎn)袋數(shù)，其轉(zhuǎn)速則由變頻器編程控制設(shè)定的頻率值來決定。

2.2.2 滾珠絲桿平臺組件

桿平臺組件主要提供包裝袋的進給，根據(jù)并配合入料傳送帶的入料包裝速度，持續(xù)提供包裝袋。包裝袋需人工填裝至平臺上（一次約2000袋），如包裝袋耗盡則系統(tǒng)自動報警并停機，待人工重新完成裝填，裝置將會開機繼續(xù)運行。

2.2.3 旋轉(zhuǎn)伸縮氣缸組件

圖3 PLC系統(tǒng)I/O點分配

旋轉(zhuǎn)伸縮氣缸組件主要為固定氣動吸嘴組件，初始狀態(tài)為氣缸推出，使氣動吸嘴組件鉛錘向下，吸取包裝袋的待機位置。實際工作時，氣缸收縮拉緊，帶動氣動吸嘴組件旋轉(zhuǎn)至水平，使包裝袋開口向上即與進料口位置對接。重復以上運動，即可完成吸取和運送包裝袋的功能。

2.2.4 氣動吸嘴組件

氣動吸嘴組件由固定氣動吸嘴、轉(zhuǎn)動氣動吸嘴、轉(zhuǎn)動平臺等組成，工作流程為：由旋轉(zhuǎn)伸縮氣缸帶動轉(zhuǎn)動平臺轉(zhuǎn)至滾珠絲杠平臺處加氣吸取包裝袋，轉(zhuǎn)動90度至進料口，固定氣動吸嘴加氣吸取包裝袋另一側(cè)將包裝袋口打開，待產(chǎn)品落入袋中，斷開氣源使包裝袋自然下落至出料傳輸帶上，即完成一個工作循環(huán)。

3 總結(jié)

本文所設(shè)計的系統(tǒng)簡單易操作、加工產(chǎn)品范圍廣、產(chǎn)量與同類產(chǎn)品有很大程度上的提高，運用PLC技術(shù)、變頻器技術(shù)、電感式接近開關(guān)等開發(fā)了智能全自動包裝機整體結(jié)構(gòu)及運動控制系統(tǒng)。本系統(tǒng)經(jīng)過一年多的現(xiàn)場運行及完善，系統(tǒng)故障率低，穩(wěn)定性高，產(chǎn)品次品率低，且耗電量也大大降低，不失為一種環(huán)保節(jié)能型結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。