PLC 下的自動(dòng)貼標(biāo)封箱機(jī)設(shè)計(jì)分析

摘要：封箱機(jī)能夠有效代替?zhèn)鹘y(tǒng)物流人工封裝方式，滿(mǎn)足龐大消費(fèi)者群體的物流需求。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，半自動(dòng)封箱機(jī)以及基于PLC 技術(shù)的自動(dòng)貼標(biāo)封箱機(jī)的出現(xiàn)有效提高了物流企業(yè)發(fā)展速率。為進(jìn)一步發(fā)揮科學(xué)技術(shù)在封箱機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)領(lǐng)域中的應(yīng)用價(jià)值，重點(diǎn)探究基于PLC 技術(shù)的自動(dòng)貼標(biāo)封箱機(jī)結(jié)構(gòu)組成以及技術(shù)原理，以此進(jìn)一步提高封箱機(jī)的適用性以及自動(dòng)化程度。

關(guān)鍵詞：PLC 技術(shù)；自動(dòng)貼標(biāo)；封箱機(jī)

中圖分類(lèi)號(hào)：TH122 收稿日期：2023-01-08

DOI：10.19999/j.cnki.1004-0226.2023.02.014

1 自動(dòng)貼標(biāo)封箱機(jī)發(fā)展

電子商務(wù)領(lǐng)域的高速發(fā)展推動(dòng)了我國(guó)物流產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)。近年來(lái)網(wǎng)店數(shù)量的猛增以及消費(fèi)者群體多元化特性的購(gòu)物需求有效帶動(dòng)了各地經(jīng)濟(jì)發(fā)展，同時(shí)也對(duì)各地物流企業(yè)發(fā)展提出了更高要求。各大物流企業(yè)需要重視PLC 技術(shù)在箱體封裝以及裝箱領(lǐng)域中的應(yīng)用。

傳統(tǒng)物流主要以人工包裝為主，效率較低。隨著科學(xué)技術(shù)與物流領(lǐng)域的融合，半自動(dòng)化技術(shù)、全自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用有效地提高了物流領(lǐng)域各環(huán)節(jié)工作效率。封箱機(jī)是體現(xiàn)商品關(guān)鍵信息的重要途徑，也是確保商品能夠有效運(yùn)輸?shù)南葲Q條件。從宏觀角度來(lái)看，近年來(lái)科學(xué)技術(shù)的投入有效地推動(dòng)了物流領(lǐng)域智能化的發(fā)展。

目前我國(guó)物流領(lǐng)域發(fā)展速度較快，但依舊與部分西方國(guó)家存在較大差距。以封箱機(jī)為例，我國(guó)少數(shù)物流企業(yè)的封箱機(jī)大多為包裝流水線(xiàn)，不僅占據(jù)企業(yè)較大的空間，還需要根據(jù)不同尺寸以及類(lèi)型的產(chǎn)品設(shè)置諸多指令才能確保封箱機(jī)能夠有序工作。基于PLC 技術(shù)的自動(dòng)貼標(biāo)封箱機(jī)具有較強(qiáng)的工作靈活性，既能夠結(jié)合不同形狀的商品進(jìn)行快速包裝，又能夠根據(jù)不同尺寸的商品進(jìn)行批量包裝。相比于傳統(tǒng)封箱機(jī)以及人工包裝方式，能夠顯著降低人力資源以及物力資源的消耗，避免當(dāng)?shù)匚锪鬟\(yùn)輸堵塞。因此，智能化以及多功能化的智能封箱機(jī)已經(jīng)成為物流領(lǐng)域的重要發(fā)展目標(biāo)，急需采取多元化措施設(shè)計(jì)出一款性?xún)r(jià)比高且能夠大幅縮短包裝貼標(biāo)用時(shí)的封箱機(jī)。

2 自動(dòng)貼標(biāo)封箱機(jī)設(shè)計(jì)原理

相比于傳統(tǒng)貼標(biāo)封箱機(jī)，自動(dòng)貼標(biāo)封箱機(jī)工作期間僅需根據(jù)設(shè)計(jì)人員預(yù)先設(shè)置好的指令就可以完成各項(xiàng)操作。例如自動(dòng)貼標(biāo)封箱機(jī)能夠有效實(shí)現(xiàn)自主輸送物料、箱坯，并利用膠帶進(jìn)行封箱，再將相關(guān)粘貼粘在紙箱上，以此展示出商品的關(guān)鍵信息。

從組織結(jié)構(gòu)角度來(lái)看，不同于傳統(tǒng)貼標(biāo)封箱機(jī)，自動(dòng)貼標(biāo)封箱機(jī)結(jié)構(gòu)主要包括三個(gè)部分。

a. 輸送區(qū)。輸送區(qū)主要包括物料輸送線(xiàn)、供送區(qū)、立箱成型區(qū)、箱坯集放供送區(qū)。由物料輸送線(xiàn)將物料輸送至供送區(qū)，此時(shí)輸送線(xiàn)會(huì)將物料以及箱坯集放供送區(qū)中的紙箱一并送至立箱成型區(qū)進(jìn)行處理。

b. 折頁(yè)區(qū)。折頁(yè)區(qū)是自動(dòng)貼標(biāo)封箱機(jī)裝置的成品輸送線(xiàn)的重要組成部分，箱坯會(huì)在兩側(cè)折頁(yè)機(jī)構(gòu)的受力下自動(dòng)成型，隨后繼續(xù)傳輸至貼標(biāo)裝置區(qū)。

c. 裝置區(qū)。在貼標(biāo)裝置區(qū)兩側(cè)均有封膠帶裝置區(qū)，該區(qū)和上述輸送區(qū)、折頁(yè)區(qū)一起共同完成對(duì)箱坯的膠帶封裝以及貼標(biāo)工作，至此整個(gè)物料封箱運(yùn)輸環(huán)節(jié)完畢。

從貼標(biāo)成型工藝流程角度來(lái)看，紙箱在自動(dòng)貼標(biāo)封箱機(jī)流水線(xiàn)的運(yùn)動(dòng)方向?yàn)榭v坐標(biāo)軸，各個(gè)工作區(qū)間協(xié)同完成對(duì)紙箱的封閉粘貼操作。當(dāng)箱坯由物料輸送線(xiàn)傳輸?shù)搅⑾涑尚蛥^(qū)后，吸箱機(jī)構(gòu)就會(huì)將紙箱的兩側(cè)吸起并保持直立狀態(tài)，此時(shí)紙箱對(duì)角線(xiàn)位置的紙板會(huì)出現(xiàn)微微折頁(yè)現(xiàn)象。隨后需送至物料供送區(qū)裝填物料，上述工作完畢后，箱坯會(huì)在兩側(cè)折頁(yè)機(jī)構(gòu)的制約下進(jìn)行對(duì)折，并在弧形過(guò)渡區(qū)轉(zhuǎn)變位置再次進(jìn)行折頁(yè)。當(dāng)紙箱逐漸朝向縱坐標(biāo)軸移動(dòng)期間會(huì)被折頁(yè)結(jié)構(gòu)慢慢壓緊壓實(shí)，擋板機(jī)構(gòu)在此期間會(huì)自動(dòng)回送至原點(diǎn)并推送箱坯繼續(xù)沿豎直方向運(yùn)動(dòng)。箱坯運(yùn)動(dòng)期間始終會(huì)在受力條件下確保四面壓緊，最終前往貼標(biāo)裝置區(qū)。此時(shí)紙箱的側(cè)面會(huì)由封膠帶裝置進(jìn)行膠帶封裝，貼標(biāo)裝置會(huì)將標(biāo)貼粘在紙箱的頂部，隨后送達(dá)成品線(xiàn)等待質(zhì)檢或后續(xù)相關(guān)操作。

3 自動(dòng)貼標(biāo)封箱機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

a. 成型單元。

從組織結(jié)構(gòu)角度來(lái)看，成型單元主要包括自動(dòng)線(xiàn)、步進(jìn)電機(jī)組件、工作臺(tái)、絲杠螺母機(jī)構(gòu)、擋板、吸盤(pán)組件、推板等機(jī)構(gòu)構(gòu)成。自動(dòng)貼標(biāo)封箱機(jī)成型單元需采用框架結(jié)構(gòu)，確保各項(xiàng)機(jī)構(gòu)能夠有序開(kāi)展相關(guān)工作。實(shí)際應(yīng)用期間，成型單元中的吸盤(pán)組件首先會(huì)利用氣缸動(dòng)作，對(duì)紙箱吸氣的同時(shí)抬起紙箱。隨后會(huì)與絲杠螺母機(jī)構(gòu)、擋板、吸盤(pán)組件共同作用于紙箱，確保紙箱能夠沿自動(dòng)線(xiàn)方向勻速運(yùn)行。成型單元中的兩側(cè)折頁(yè)機(jī)構(gòu)會(huì)確保紙箱兩側(cè)出現(xiàn)微折頁(yè)現(xiàn)象，該工作流程目的在于避免紙箱兩側(cè)紙頁(yè)在重力作用影響下出現(xiàn)下垂現(xiàn)象，無(wú)法確保后期紙箱封裝質(zhì)量。隨后紙箱會(huì)繼續(xù)沿自動(dòng)線(xiàn)方向運(yùn)行，并在折頁(yè)機(jī)構(gòu)的制約下完成箱體成箱，最后當(dāng)紙箱運(yùn)行到止點(diǎn)后工作臺(tái)會(huì)復(fù)位。此時(shí)另一條自動(dòng)線(xiàn)會(huì)在步進(jìn)電機(jī)的作用下協(xié)同擋板將紙箱運(yùn)輸?shù)皆撟詣?dòng)線(xiàn)上，隨后紙箱便會(huì)沿縱坐標(biāo)軸進(jìn)行勻速運(yùn)動(dòng)，在此期間依舊會(huì)在兩側(cè)折頁(yè)機(jī)構(gòu)的制約下完成箱頁(yè)折壓、膠帶粘貼封裝等操作。

b. 封箱單元。

封箱單元是自動(dòng)貼標(biāo)封箱機(jī)的關(guān)鍵組成部分。從組織結(jié)構(gòu)角度來(lái)看，封箱單元主要包括導(dǎo)向輪膠帶、吸盤(pán)氣缸、光電傳感器、滾輪連接件、膠帶切斷氣缸、刀片組件以及膠帶供應(yīng)裝置等。自動(dòng)流水線(xiàn)中兩側(cè)分別有一個(gè)封箱單元，依托膠帶及刀片組件能夠自動(dòng)完成對(duì)箱體的封裝操作。

基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的光電傳感器在箱體封裝期間能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)箱體輸送情況。實(shí)際應(yīng)用期間，當(dāng)箱體被另一條自動(dòng)線(xiàn)輸送到封箱單元區(qū)間時(shí)，嵌入在封箱裝置的光電傳感器會(huì)實(shí)時(shí)分析特定區(qū)域的光信號(hào)，當(dāng)光電傳感器檢測(cè)到箱體時(shí)，光信號(hào)就會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)并輸送回?cái)?shù)據(jù)系統(tǒng)。此時(shí)在步進(jìn)電機(jī)作用下自動(dòng)停止自動(dòng)傳輸帶運(yùn)行，隨后裝有膠帶的封箱單元吸盤(pán)組件就會(huì)將膠帶緊緊吸附在箱體上，吸盤(pán)組件會(huì)自動(dòng)退回至原位。此時(shí)在步進(jìn)電機(jī)的作用下自動(dòng)線(xiàn)會(huì)繼續(xù)推動(dòng)箱體向縱坐標(biāo)軸運(yùn)行。在此期間封箱單元中的滾輪機(jī)構(gòu)就會(huì)一直碾壓膠帶，確保膠帶與箱體表面之間的密合度。隨著箱體的不斷前進(jìn)，當(dāng)封箱單元另一側(cè)光電傳感器檢測(cè)到箱體已經(jīng)完全通過(guò)封箱單元區(qū)間時(shí)就會(huì)繼續(xù)傳輸電信號(hào)，此時(shí)自動(dòng)線(xiàn)會(huì)暫停運(yùn)行，隨后吸盤(pán)組件以及刀片組件會(huì)協(xié)同作業(yè)。首先由吸盤(pán)組件將箱體表面的膠帶進(jìn)行吸附，其次刀片組件會(huì)在特定位置進(jìn)行切割。上述操作完畢后，自動(dòng)線(xiàn)會(huì)朝著成品輸送線(xiàn)將箱體運(yùn)輸?shù)教囟ㄎ恢谩?/p>

c. 貼標(biāo)單元。

貼標(biāo)單元能夠?qū)崿F(xiàn)箱體的貼標(biāo)工作，從組織結(jié)構(gòu)角度來(lái)看，貼標(biāo)單元主要包括導(dǎo)向輥、標(biāo)簽帶及收卷裝置、膠帶供送裝置、吹標(biāo)機(jī)構(gòu)以及剝標(biāo)機(jī)構(gòu)等。當(dāng)箱體運(yùn)輸至貼標(biāo)裝置區(qū)域時(shí)，貼標(biāo)單元中的剝標(biāo)機(jī)構(gòu)與吹標(biāo)機(jī)構(gòu)會(huì)分別剝?nèi)?biāo)簽并將標(biāo)簽吹貼到箱體表面的頂部位置，隨后又會(huì)在步進(jìn)電機(jī)裝置的作用下回收標(biāo)簽帶。

d. 氣動(dòng)系統(tǒng)。

氣動(dòng)系統(tǒng)在自動(dòng)貼標(biāo)封箱機(jī)裝置中的主要功能在于控制氣缸速度，確保氣缸能夠平穩(wěn)運(yùn)動(dòng)，依托消聲器避免氣缸裝置中壓縮氣體對(duì)周邊工作環(huán)境產(chǎn)生較大噪聲影響。從組織結(jié)構(gòu)角度來(lái)看，氣動(dòng)系統(tǒng)貫穿至整個(gè)自動(dòng)貼標(biāo)封箱機(jī)工作區(qū)。氣源、氣缸單向節(jié)流閥以及二位五通電子閥集中在物料運(yùn)輸區(qū)，通過(guò)完成氣缸運(yùn)動(dòng)推動(dòng)自動(dòng)線(xiàn)的運(yùn)輸，以便箱體在各工作區(qū)中完成封裝操作。真空發(fā)生器、消聲器、二位二通電磁閥、真空吸盤(pán)組件、真空過(guò)濾器以及壓力繼電器等氣動(dòng)系統(tǒng)設(shè)施集中在箱體折頁(yè)部分。氣動(dòng)三聯(lián)件控制著整個(gè)裝置的氣源以及閥門(mén)，節(jié)流閥以及吹標(biāo)機(jī)構(gòu)集中在貼標(biāo)部分。

從工序角度來(lái)看，在氣動(dòng)系統(tǒng)的作用下，首先會(huì)將箱坯送至特定區(qū)域。隨后在吸箱缸的作用下完成箱體吸箱以及后續(xù)推箱操作，吸箱后會(huì)由機(jī)械裝置將物料輸送進(jìn)箱體。上述環(huán)節(jié)結(jié)束后，推料缸會(huì)收縮至原點(diǎn)，而折頁(yè)缸會(huì)伸出操作。當(dāng)折頁(yè)缸收縮至原點(diǎn)后會(huì)由貼標(biāo)機(jī)構(gòu)進(jìn)行封裝貼標(biāo)操作，首先膠帶吸盤(pán)缸會(huì)伸出將膠帶貼在箱體上，隨后收縮至原點(diǎn)。其次膠帶吸盤(pán)缸以及切割缸會(huì)協(xié)同吸取膠帶并進(jìn)行切割，再收縮至原點(diǎn)。最后吹標(biāo)機(jī)構(gòu)完成標(biāo)簽粘貼并停止作業(yè)，至此氣動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)行

結(jié)束。

e.PLC 控制系統(tǒng)。

依托PLC 控制系統(tǒng)能夠有效實(shí)現(xiàn)貼標(biāo)封箱機(jī)各項(xiàng)工作環(huán)節(jié)的自動(dòng)化控制，顯著提高工作效率以及工作質(zhì)量。PLC 技術(shù)能夠在特定指令下控制電磁閥，以此實(shí)現(xiàn)對(duì)自動(dòng)貼標(biāo)封箱機(jī)氣動(dòng)系統(tǒng)的靈活控制。步進(jìn)電機(jī)會(huì)在步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器的控制下實(shí)現(xiàn)對(duì)各條自動(dòng)線(xiàn)運(yùn)行的控制。光電傳感器在控制系統(tǒng)中能夠依托光源信號(hào)檢測(cè)箱體是否處于特定區(qū)域，當(dāng)箱體處于特定區(qū)域后，會(huì)將光源信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)并返回系統(tǒng)完成后續(xù)相關(guān)操作。此外，光電傳感器還能夠?qū)崟r(shí)檢測(cè)紙箱位置，倘若紙箱此時(shí)不是豎起狀態(tài)則會(huì)向有關(guān)人員返回警告。同理，光電傳感器也能夠檢測(cè)紙箱封膠帶以及貼標(biāo)處是否合理［1］。

從系統(tǒng)組成角度來(lái)看，自動(dòng)貼標(biāo)封箱機(jī)的PLC 控制系統(tǒng)為按鈕、傳感器以及磁性開(kāi)關(guān)信號(hào)作用于輸入輸出模塊，按鈕信號(hào)會(huì)在輸入輸出模塊中對(duì)自動(dòng)貼標(biāo)封箱機(jī)的電磁閥進(jìn)行控制，并控制氣動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)行［2］。傳感器信號(hào)傳輸至輸入輸出模塊中并作用于聲光報(bào)警器，例如光電傳感器檢測(cè)信號(hào)出現(xiàn)異常時(shí)會(huì)向輸入輸出模塊發(fā)出指令，隨后聲光報(bào)警器會(huì)發(fā)出警報(bào)或向系統(tǒng)傳輸報(bào)警信息。磁性開(kāi)關(guān)信號(hào)傳輸至輸入輸出模塊后能夠有效控制步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器并控制步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行［3］。

從程序流程角度來(lái)看，程序運(yùn)行后會(huì)進(jìn)行復(fù)位操作，確保各項(xiàng)參數(shù)處于清零狀態(tài)［4］。隨后光電傳感器會(huì)檢測(cè)是否有紙箱，當(dāng)存在紙箱時(shí)系統(tǒng)便會(huì)執(zhí)行后續(xù)循環(huán)命令，當(dāng)檢測(cè)點(diǎn)不存在紙箱時(shí)，系統(tǒng)便會(huì)向聲光報(bào)警器發(fā)送報(bào)警指令。

循環(huán)命令分為兩個(gè)部分，此時(shí)系統(tǒng)會(huì)分別執(zhí)行紙箱推出命令以及物料輸送命令［5］。紙箱推出后執(zhí)行紙箱豎直命令并要求自動(dòng)線(xiàn)將紙箱運(yùn)輸至點(diǎn)位1，如若沒(méi)有到位則需執(zhí)行報(bào)警命令。物料運(yùn)輸命令執(zhí)行后需要判斷物料輸送設(shè)定時(shí)間以及實(shí)際時(shí)間［6］。倘若實(shí)際時(shí)間小于物料輸送設(shè)定時(shí)間，那么此時(shí)需要繼續(xù)執(zhí)行物料輸送命令［7］。隨后折頁(yè)機(jī)構(gòu)需要在控制系統(tǒng)的命令下對(duì)箱體的特定箱頁(yè)進(jìn)行折疊［8］。此時(shí)控制系統(tǒng)需要判斷點(diǎn)位是否存在箱體，倘若不存在箱體，則需繼續(xù)等待。倘若實(shí)際時(shí)間超過(guò)點(diǎn)位箱體停留時(shí)間將會(huì)執(zhí)行報(bào)警指令。倘若點(diǎn)位存在箱體，則會(huì)向絲杠螺母機(jī)構(gòu)發(fā)出指令進(jìn)行箱頁(yè)折疊操作。

上述操作完畢后，向自動(dòng)線(xiàn)以及擋板機(jī)構(gòu)發(fā)出指令，推送箱體前往下一位置，此時(shí)絲杠螺母機(jī)構(gòu)需返回原點(diǎn)［9］。如若絲杠螺母機(jī)構(gòu)沒(méi)有返回原點(diǎn)需發(fā)出手動(dòng)指令引導(dǎo)工作人員進(jìn)行檢修。上述環(huán)節(jié)完畢后，控制系統(tǒng)需要判斷成品是否送出，倘若送出則需判斷此時(shí)成品輸出個(gè)數(shù)并向另一條自動(dòng)線(xiàn)發(fā)出指令推送箱體到下一位置，倘若成品沒(méi)有送出也需執(zhí)行上述命令。當(dāng)成品到達(dá)指定位置時(shí)，控制系統(tǒng)對(duì)氣動(dòng)系統(tǒng)發(fā)出指令完成箱體封膠帶與貼標(biāo)作業(yè)，最后系統(tǒng)返回參數(shù)，結(jié)束循環(huán)［10］。

上述命令執(zhí)行期間倘若需要暫停系統(tǒng)，工作人員按下急停系統(tǒng)后整個(gè)系統(tǒng)就會(huì)暫停運(yùn)行。當(dāng)工作人員按下結(jié)束按鈕時(shí)，氣動(dòng)系統(tǒng)對(duì)箱體進(jìn)行封膠帶與貼標(biāo)作業(yè)并將箱體推出后就會(huì)停止運(yùn)行。箱體運(yùn)行期間倘若因不可抗力因素出現(xiàn)箱體未在自動(dòng)線(xiàn)上或者箱坯未處于豎起狀態(tài)時(shí)，都會(huì)由控制系統(tǒng)進(jìn)行異常狀態(tài)分析并發(fā)出報(bào)警指令，以此避免各類(lèi)隱患因素對(duì)箱體封裝環(huán)節(jié)產(chǎn)生影響。

4 結(jié)語(yǔ)

基于PLC 技術(shù)的自動(dòng)貼標(biāo)封箱機(jī)能夠有效實(shí)現(xiàn)物料填充、箱體封裝、貼標(biāo)等環(huán)節(jié)的自動(dòng)控制。箱體運(yùn)輸期間，依托光電傳感器以及控制系統(tǒng)中的各種異常現(xiàn)象檢測(cè)指令能夠有效避免其他因素對(duì)工藝流程產(chǎn)生的影響，顯著提高物流運(yùn)輸生產(chǎn)效率。

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作者簡(jiǎn)介：

劉東，女，1983 年生，講師，研究方向?yàn)闄C(jī)電一體化技術(shù)。