基于PLC的紙托盤控制系統(tǒng)設(shè)計

黃志明 石城鑫 劉雷業(yè) 于躍華 黃俊鋒 劉楚生

（廣州城市理工學(xué)院工程訓(xùn)練中心，廣州 510800）

目前，中國快遞行業(yè)正飛速發(fā)展。國家郵政局?jǐn)?shù)據(jù)顯示，2019年1—8月，中國快遞服務(wù)企業(yè)業(yè)務(wù)量累計完成383.1億件。托盤作為物流行業(yè)中將靜態(tài)貨物轉(zhuǎn)變?yōu)閯討B(tài)貨物的物流器具，給貨物轉(zhuǎn)運(yùn)帶來了極大便利[1-2]。隨著世界各國對森林和環(huán)境的重視，紙托盤以質(zhì)量輕、可降解環(huán)保和承重效果好等特點(diǎn)脫穎而出[3-5]。

紙托盤主要是以人工生產(chǎn)和半自動化生產(chǎn)為主。人工生產(chǎn)需要多人合作完成，需要耗費(fèi)大量的人力物力，且難以保證每個支腳的角度和位置精度。為了滿足市場對產(chǎn)品產(chǎn)量的需求，解決紙托盤支腳定位精度低和生產(chǎn)效率低等問題，設(shè)計了全自動紙托盤生產(chǎn)設(shè)備模型。此外，通過PLC控制實(shí)現(xiàn)了紙托盤支腳和紙板的傳送、噴膠以及粘合等功能，使其具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和市場價值。

1 托盤生產(chǎn)要求及工藝分析

瓦楞紙托盤主要由瓦楞紙板和托盤支腳組成。它以紙板為材料，把紙板和支腳連接在一起。紙托盤種類繁多，以圖1的紙托盤為例，紙托盤自動化生產(chǎn)系統(tǒng)可以通過調(diào)節(jié)傳感器的位置來改變支腳的位置，從而保證紙托盤生產(chǎn)的規(guī)格符合客戶的要求，并能實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)。為了保證紙板與支腳連接的質(zhì)量，需采用特殊的白乳膠來粘合紙板與支腳。

2 機(jī)械方案設(shè)計及主要部件

根據(jù)圖1紙托盤的形狀特征，結(jié)合目前人工生產(chǎn)工藝，自動化紙托盤生產(chǎn)設(shè)備需要具有供料、噴膠以及粘合等功能。設(shè)計自動化控制紙托盤生產(chǎn)設(shè)備模型，如圖2所示。它主要由支腳傳送機(jī)構(gòu)、紙板傳送機(jī)構(gòu)、噴膠機(jī)構(gòu)以及抓取粘合機(jī)構(gòu)等組成。

圖1 紙托盤生產(chǎn)類型簡圖

圖2 自動化紙托盤生產(chǎn)設(shè)備三維模型簡圖

2.1 支塊傳送機(jī)構(gòu)

支塊傳送機(jī)構(gòu)主要由兩條傳送帶組成。傳送帶將生產(chǎn)紙托盤所需的支腳傳送到機(jī)械手抓取的初始位置。傳送帶的兩旁有限位裝置，確保支腳不會歪斜。在兩條傳送帶上分別有1個拱形固定限位器和4個可控伸縮氣缸。在傳送帶上相應(yīng)的位置上安裝有傳感器，通過傳送帶左側(cè)的4個可控伸縮氣缸的伸出，嚴(yán)格控制每個支腳的距離，以保證機(jī)械手對紙托盤支腳的精準(zhǔn)抓取，如圖3所示。

圖3 支腳傳送到指定位置

2.2 紙板傳送機(jī)構(gòu)和噴膠機(jī)構(gòu)

紙板傳送機(jī)構(gòu)主要由3條皮帶組成，通過提供足夠的摩擦力來傳送紙板，節(jié)省消耗。紙板傳送帶的正上方裝配了用于噴射特殊白乳膠的膠槍。當(dāng)紙板被運(yùn)送到指定位置時，膠槍將白乳膠噴射到紙板上，如圖4所示。噴膠完成后的紙板將被傳送到末端的阻擋裝置，等待支腳的粘合。末端的阻擋裝置能夠阻擋紙板繼續(xù)向前運(yùn)動，提高了粘合的精度，如圖5所示。

圖4 膠槍對紙板進(jìn)行噴膠

圖5 阻擋裝置阻擋紙板

2.3 抓取粘合機(jī)構(gòu)

機(jī)械手作為抓取粘合機(jī)構(gòu)，由8個左右對稱且可以調(diào)節(jié)位置的吸盤組成，如圖6所示。吸盤的吸氣吹氣等動作由相應(yīng)的電磁閥控制。當(dāng)機(jī)械手移動到支腳傳送帶相應(yīng)的位置時，機(jī)械手將向下運(yùn)動并開啟吸氣電磁閥，關(guān)閉吹氣電磁閥，將紙托盤支腳吸起后上升；當(dāng)機(jī)械手移動到紙板傳送帶相應(yīng)的位置時，機(jī)械手將向下運(yùn)動，待紙托盤支腳與紙板粘合后關(guān)閉吸氣電磁閥，開啟吹氣電磁閥并向上運(yùn)動，以保證支腳與紙板之間更好地粘合。粘合之后的紙托盤由傳送帶將其傳送到后方的堆垛機(jī)構(gòu)，由堆垛機(jī)構(gòu)將成型的紙托盤進(jìn)行有規(guī)律的碼放。

圖6 機(jī)械手三維模型圖

3 控制系統(tǒng)設(shè)計

PLC程序的設(shè)計是實(shí)現(xiàn)上述工作內(nèi)容的核心。PLC通過I/O接口與外部設(shè)備連接。輸入端口采集外部的輸入信號并轉(zhuǎn)化為CPU能夠識別的信號。輸出端口將CPU輸出的信號轉(zhuǎn)化為設(shè)備能夠識別的信號并輸送給輸出設(shè)備。控制流程如圖7所示。

圖7 控制流程圖

（1）將紙板快速送到限定位置，并在傳送過程中利用膠槍對紙板進(jìn)行噴膠，同時另一端的支腳傳送機(jī)構(gòu)將8個紙托盤支腳快速向前傳送至相應(yīng)位置，通過8個吸盤控制支腳的間隔位置；

（2）機(jī)械手通過X軸和Y軸的定位準(zhǔn)確找到支腳所處的位置，并向下運(yùn)動至支腳上方，然后通過氣閥開關(guān)將支腳吸起，送到相應(yīng)的位置；

（3）機(jī)械手下壓將支腳與紙板粘合，待托盤成品完成后，將其傳送到后方的堆垛機(jī)構(gòu)進(jìn)行碼放。

4 結(jié)語

自動化紙托盤生產(chǎn)設(shè)備實(shí)現(xiàn)了全自動化生產(chǎn)瓦楞紙托盤的功能。通過分析紙托盤的生產(chǎn)工藝，完成了供料、噴膠及粘合等機(jī)構(gòu)的設(shè)計和以PLC作為控制核心的控制流程。本系統(tǒng)解決了傳統(tǒng)的人工生產(chǎn)所帶來的弊端，節(jié)省了人工成本，提升了紙托盤的生產(chǎn)效率，為企業(yè)生產(chǎn)紙托盤帶來了更高的經(jīng)濟(jì)效益。