便于產品碼垛或包裝的自動排列輸送系統

王立源

摘要：隨著工業控制技術的不斷發展，機械設備不斷集成為一個機電一體化綜合體，自動控制逐漸取代人工操作。可編程控制器是一種以微處理器為核心，集計算機技術、通信技術和自動化技術于一體的新型工業自動控制裝置。21世紀以來，可編程邏輯控制器已成為工業自動化領域的領先控制設備，在工業生產自動化的四大支柱（可編程邏輯控制器、機器人、數控機床、計算機輔助設計和制造）中排名第一。它的應用程度已經成為衡量一個國家工業進步和自動化程度的標志。包裝碼垛自動生產線控制系統的設計主要基于可編程控制器的集成控制。結合WinCC、工業以太網和PLC，實現了控制系統三層結構之間的通信和監控，增強了系統的綜合自動化水平，提高了生產系統的整體經濟效益，具有重要的現實意義。

關鍵詞：包裝袋;碼垛;PLC全自動;

軟包裝袋全自動碼垛生產線是自動化生產線上必不可少的自動包裝設備，是一種機、電、氣動一體化的高技術產品，控制系統以西門子作為控制核心，采用PLC結合變頻調速功能控制生產線運行，實現動作執行可靠及聯鎖到位，實現倒袋、整形、轉位、編組、推袋、壓袋、碼垛、托盤及垛盤的輸送等自動工作，全面提高輸送效率及包裝質量，主要用于化工、糧食、藥品等行業的粉、粒、塊狀物料（如面粉、水泥、化肥等）包裝袋的全自動碼垛，整套產品可以替代同類進口產品及機器人碼垛功能。

一、軟包裝袋碼垛生產線總體方案的設計

1.概述。軟包裝袋碼垛生產線由于所包裝的物料有著不同的特性，所以料袋有著不同的規格型號，但所完成的碼垛功能不變，所以當碼垛不同料袋時，碼垛生產線的基本構成變化不是很大。該文中的碼垛生產線主要針對水泥編織袋設計，水泥料袋尺寸為650×400×150 mm、灌裝重量為50 kg。軟包裝袋碼垛生產線的組成部分主要有倒袋裝置①、斜坡輸送機②、單袋整形裝置③、轉位裝置④、緩停輸送機⑤、編組裝置⑥、推袋裝置⑦、壓袋裝置⑧、分層機⑨、升降機⑩、垛盤輸送機、承垛輸送機、托盤輸送機、以及托盤倉。

2.軟包裝袋碼垛生產線的工藝流程。軟包裝袋碼垛生產線的工藝流程如下所示：灌裝好的料袋經過輸送機送入碼垛生產線，首先倒袋裝置把灌裝好的料袋推倒放平、定向，使其以平臥的姿勢順著傳送帶輸送;斜坡輸送機用來完成料袋從低到高的輸送，經過斜坡輸送機到達單袋整形裝置，單袋整形裝置對不規則料袋進行壓平，使得料袋變得規則、整齊;轉位裝置按照碼垛需要對部分料袋進行旋轉;緩停輸送機在進入編組機之前對料袋起到了緩停作用;編組機是將緩停輸送機輸送來的料袋進行“2-3編組”即“2橫”或“3豎”的編組;推袋裝置將編組好的料袋推至緩停板或者分層機;分層機接到推袋裝置輸送過來的料袋后，打開閘門，使料袋落到垛盤上;壓袋裝置氣缸伸出帶動整形板對垛層進行整形，整形完畢后，整形氣缸復位;升降機帶動垛盤下降到特定的高度后閘門關閉，升降機帶動垛盤上升到上限位等待下一層的碼垛，即碼垛好一層，重述上述動作，直到碼垛好設定的碼垛層數即為一垛后，升降機帶動垛盤下降到承垛輸送機，由垛盤輸送機輸出，等待叉車運走。與此同時，托盤倉會在控制系統的操縱下放出一個空托盤，由托盤輸送機輸送到碼垛工位進行碼垛。

3.包裝碼垛自動生產線。包裝碼垛自動生產線能夠對PP、PE粒子、PVC、糧食等顆粒狀、粉狀物料進行裝袋完成全自動包裝碼垛作業。在石油化工、化肥、食品、港口等行業廣泛應用。方便了產品的儲存、運輸和銷售，自動生產線具有操作簡便，運行穩定，可視性強，維修方便等優點，通過與上位計算機或觸摸屏連接，還能夠對自動生產線實現實時監控、遠程診斷和網絡化管理。伴隨科學技術的不斷發展，在自動控制領域中計算機應用普及。包裝碼垛生產線把PLC作為控制核心，PC機經以太網與PLC進行連接通信，完成對各電機正反轉、轉速及各個中繼器和接觸器等的控制。主要的兩部分組成是包裝和碼垛機械，物料經過裝袋后通過裝置最終碼垛在倉庫，

二、包裝碼垛自動生產線系統的組成及控制設計

包裝碼垛自動生產線一般由五大部分組成，包括動力系統、機械結構、計算機控制、傳感器技術和執行元器件。生產線主要由包裝和碼垛兩部分組成，包括自動定量包裝機、自動上袋機、封口機、倒袋機、金屬檢測機、重量檢驗機、檢選機、碼垛機等單元組成。PLC對整個生產線的工作過程完成自動控制，當出現故障或供料不足，供袋、出垛不及時，系統自動進行聲光報警。自動包裝生產線核心部位的PLC控制系統，整個包裝過程中運動復雜且動作多，使得控制系統不得不具有可靠性高、故障診斷能力強和良好的節能措施，來保證生產的穩定運行。而作為開關量的包裝生產線各種控制具有I/O點數較多、動作關系復雜等特點，系統選擇西門子PLC的S7-300系列，它網絡功能強，板卡類別全面，可以根據控制系統的需要組合配置。

三、控制系統的通訊和監控實現

在包裝碼垛控制系統底層采用西門子S7-300對生產設備進行數據采集和功能執行。WinCC運行在工控機中，利用以太網與S7-300型號PLC進行數據通訊和控制。底層PLC通過CP1613進行數據采集，向上位機傳遞設備的實時參數WinCC進行變量設置和動作執行。同時WinCC也可以客戶端將數據傳送到局域網上的管理信息系統，實現網絡監控。WinCC作為監控系統的構架基礎，起到了控制效果。在工控機中，WinCC運用以太網與S7-300型號的PLC進行數據通訊和控制。底層PLC通過CP1613進行數據采集，向上位機傳遞設備的實時參數WinCC進行變量設置和動作執行。同時WinCC將數據輸送到局域網上的管理信息系統，進行網絡監控。信息監控系統可以分為底層PLC數據采集層，中間層WinCC監控層和信息管理層三個部分。本系統硬件主要包括傳感器、西門子S7-300（包括擴展模擬量I/O模塊、電源和數字量I/O模塊等）、服務器、工控機和工業以太網卡等。系統的功能通過WinCC實現過程監控層。以下為配料系統涉及到的運行設備所有具體參數，下載的配料單，以及實時監視的整個系統生產情況。當遇到故障和報警時，定義相關故障點，解除了報警，維護了生產系統工作的穩定性，最大程度使工廠生產效率得以提高。控制系統分為參數配置和監控兩部分。其中倉參數設置、混合機參數設置、稱參數設置、配料單輸入和手加料參數設置為參數配置。其中倉供加料用，一般都有多個倉可同時投入不同的原料、稱實時提供當前原料重量、手加料使用戶可以自行手動加料，解決部分原料本身量少或者倉加料出現誤差情況，混合機用于原料按照設定程序混合的部分。監控部分的組成主要是運行界面和控制界面，整個系統的運行情況可以直觀地在運行界面中觀察，包括倉、稱、混合機和手加料的運行情況及實時報警信息。圖形化的直觀界面可以讓工作人員一目了然。而控制界面則更適應于工廠管理人員的操作，當出現故障時，詳細鑒定故障及時排除，在最短時間內使系統恢復正常運行。控制界面包括很多具體控制單元。

總之，生產線控制系統基本完成了各項功能預期的目標，主要任務是PLC控制系統的設計和實現，監控系統的設計和部分實現，經歷了部分現場調試及實驗室調試，實現了系統的正常工作。經過組裝調試，整套生產線滿足生產需要，已經在科創食品機械有限公司得到初步運行，運行可靠，狀態良好，可以替代同類進口產品及機器人碼垛功能。

參考文獻：

[1]廖宏宇.便于產品碼垛或包裝的自動排列輸送系統研究.2020.

[2]趙志珍.基于PLC的全自動包裝碼垛生產線控制系統設計.2018.

[3]張伯勝.我國包裝碼垛機械的現狀及發展趨勢.2019.