前言

包裝碼垛自動(dòng)生產(chǎn)線屬于工業(yè)機(jī)器人。工業(yè)機(jī)器人是一種能自動(dòng)控制、可重復(fù)編程、多功能、多關(guān)節(jié)的操作機(jī)。它可以是固定式或移動(dòng)式的，用于工業(yè)自動(dòng)化作業(yè)中。工業(yè)機(jī)器人與其他專用自動(dòng)機(jī)的主要區(qū)別在于，專用自動(dòng)機(jī)是適應(yīng)于大量生產(chǎn)的專用自動(dòng)化設(shè)備，而工業(yè)機(jī)器人是一種能適應(yīng)產(chǎn)品種類變更,具有多自由度動(dòng)作功能的柔性自動(dòng)化設(shè)備。有很多地方需要對(duì)粉末狀或小顆粒狀散狀固體的流量進(jìn)行準(zhǔn)確的測(cè)量和控制，再配以給料設(shè)備組成定量給料控制系統(tǒng)。它是集喂料、流量測(cè)量和控制于一身的設(shè)備。目前，作為許多生產(chǎn)設(shè)備的定量給料控制系統(tǒng)己廣泛應(yīng)用于水泥、冶金、建材、電力、化工、食品、礦山、糧食等各行各業(yè)。定量給料在工業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮著越來越重要的作用，正因?yàn)槠鋺?yīng)用的廣泛性，如果能提高給料系統(tǒng)的精度、自動(dòng)化程度，就有著重要的現(xiàn)實(shí)意義。

包裝碼垛生產(chǎn)線是機(jī)電儀一體化高技術(shù)產(chǎn)品，適用于化工、糧食、食品及醫(yī)藥等行業(yè)。它可實(shí)現(xiàn)對(duì)粉、粒、塊狀物料（如塑料、化肥、合成橡膠、糧食等）的稱重、供袋、裝袋、折邊、封袋、倒袋整形、金屬檢測(cè)、重量復(fù)檢、批號(hào)打印、轉(zhuǎn)位編組、碼垛、托盤和垛盤的輸送等作業(yè)全部實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。通過可編程序控制器，對(duì)整個(gè)生產(chǎn)線的工作過程進(jìn)行自動(dòng)控制，對(duì)運(yùn)行過程中出現(xiàn)的故障或供料不足，供袋不及時(shí)、出垛不及時(shí)等，進(jìn)行聲光報(bào)警。該設(shè)備具有操作簡(jiǎn)單，運(yùn)行可靠，維修方便等優(yōu)點(diǎn)。包裝碼垛生產(chǎn)線簡(jiǎn)單地講，它是由包裝機(jī)械和碼垛機(jī)械組成的，其中的主要部分還是包裝機(jī)械，碼垛機(jī)械是從包裝生產(chǎn)線上分離出來而發(fā)展起來。

隨著計(jì)算機(jī)科學(xué)的發(fā)展和工業(yè)自動(dòng)化愈來愈高的需求，可編程控制技術(shù)得到了飛速的發(fā)展，其技術(shù)和產(chǎn)品日趨完善。僅僅將PLC理解為開關(guān)量控制的時(shí)代已經(jīng)過去，PLC不僅以其良好的性能滿足了工業(yè)生產(chǎn)的廣泛需要，我國(guó)應(yīng)用PLC還處于初級(jí)階段，而且局限于鋼鐵、化工、汽車、機(jī)床、煤炭、電站等領(lǐng)域，其他行業(yè)的應(yīng)用尚未普及，中國(guó)尚有廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域等待開拓。我國(guó)90％的PLC市場(chǎng)由國(guó)外占領(lǐng)，中、大型PLC中，幾乎100％是國(guó)外產(chǎn)品，以美國(guó)MODICON公司、GE公司、德國(guó)SIEMENS，日本富士公司為主。我國(guó)的包裝設(shè)備在許多方面采用了PLC，并取得了非常好的效果。

1 自動(dòng)生產(chǎn)線系統(tǒng)組成

（1）包裝碼垛自動(dòng)生產(chǎn)線可分為包裝部分和碼垛部分。包裝部分實(shí)現(xiàn)定量稱重、自動(dòng)供袋、裝袋、夾口整形、折邊縫口、金屬檢測(cè)、重量復(fù)檢等功能。碼垛部分實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)位編組、推袋壓袋、碼垛及托盤的提供和垛盤的輸送等功能。

（2）電子稱重機(jī)是包裝機(jī)起始部機(jī)，其作用是完成物料的定值稱重、投料等作業(yè)。本生產(chǎn)線采用凈重式電子稱重方式，這樣稱量結(jié)果不受容器皮重變化的影響，稱量精度高，同時(shí)采用雙秤交替的運(yùn)行模式，可以保證生產(chǎn)線的包裝速度達(dá)到800～1000包／小時(shí)。整個(gè)稱重系統(tǒng)的動(dòng)力源采用氣動(dòng)元件。

（3）自動(dòng)供袋機(jī)是由供袋器、吸袋器、袋子傳送器、接袋器、取袋器等部件組成。全自動(dòng)包裝供袋工作是由供袋機(jī)械自動(dòng)完成，操作人員只要將空袋子按要求碼放到上袋機(jī)的備用倉(cāng)中就可以了。當(dāng)袋倉(cāng)中沒有袋子時(shí)備用袋倉(cāng)中的袋子會(huì)被送袋機(jī)構(gòu)整摞地自動(dòng)送到供袋器的袋倉(cāng)中去。帶有真空吸盤的吸袋器從供袋器上把包裝袋吸住，然后向上提升到位后，傳送給傳送器。

（4）自動(dòng)裝袋機(jī)是由過渡料斗、取袋開袋夾送裝置、翻門縮口裝置、機(jī)架等構(gòu)成。過渡料斗是裝袋機(jī)聯(lián)接電子稱重機(jī)的過渡裝置，它可以存儲(chǔ)一袋物料，提高電子稱重機(jī)的稱重速度，減小物料落差，降低粉塵產(chǎn)生量，利于除塵，同時(shí)保證物料順利地導(dǎo)入裝袋機(jī)并防止裝袋機(jī)產(chǎn)生的振動(dòng)傳遞到電子稱重機(jī)上。

（5）推袋壓袋、分層、升降機(jī),推袋機(jī)將編號(hào)的料袋推至緩沖區(qū)，并在分層碼垛時(shí)整形壓平，推到分層機(jī),分層機(jī)將料袋投放到升降機(jī)上的托盤,完成一層料袋的碼垛。

氣動(dòng)系統(tǒng)是生產(chǎn)線的基本組成部分之一，它的性能、壽命及穩(wěn)定性直接決定著生產(chǎn)線的工作性能和質(zhì)量。氣路的基本回路：氣路系統(tǒng)由基本回路構(gòu)成，基本回路有電磁閥、氣缸、管路、調(diào)速器、消音器組成。電磁閥控制氣體通斷及執(zhí)行機(jī)構(gòu)換向。氣缸是執(zhí)行機(jī)構(gòu)的基本元件，承擔(dān)負(fù)載、輸出力及轉(zhuǎn)矩。調(diào)速器用來調(diào)節(jié)氣缸的運(yùn)動(dòng)速度，以滿足負(fù)載的不同速度要求。消音器用來排除排氣噪聲，保護(hù)環(huán)境。

2 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

PLC控制系統(tǒng)示全包裝生產(chǎn)線的核心部分，而在包裝過程中，動(dòng)作多，運(yùn)動(dòng)復(fù)雜，這就要求控制系統(tǒng)具有很高的可靠性、良好的節(jié)能措施、很強(qiáng)的故障診斷能力，確保生產(chǎn)的穩(wěn)定運(yùn)行。由于包裝生產(chǎn)線的各種控制為開關(guān)量，動(dòng)作關(guān)系復(fù)雜，I/0點(diǎn)數(shù)較多，選擇日本三菱公司的FX2N系列PLC。該系列PLC為模塊式結(jié)構(gòu)，可以根據(jù)控制系統(tǒng)的需要靈活地組合成最佳的配置。

①硬件配置

硬件配置包括FX2N基本單元、FX2N擴(kuò)展單元、檢測(cè)元件(光電開關(guān)、接近開關(guān)、真空開關(guān)等)、人機(jī)操作界面(按鈕、指示燈等)、控制元件(交流接觸器、變頻器、電磁閥等)以及執(zhí)行元件(電機(jī)和氣缸等)。

②FX2N系列PLC輸入輸出擴(kuò)展方法，F(xiàn)X2N系列PLC是由電源、CPU、輸入輸出和程序存儲(chǔ)器組成的單元型可編程控制器。其主機(jī)稱為基本單元，為主機(jī)備有可擴(kuò)充輸入輸出點(diǎn)數(shù)的“擴(kuò)展單元(電源I/0)和擴(kuò)展模塊(I/0)”，此外，還可以連接特殊擴(kuò)展設(shè)備，用于特殊控制。

③輸入輸出擴(kuò)展

根據(jù)對(duì)于本生產(chǎn)線的分析，系統(tǒng)需要約130個(gè)輸入點(diǎn)、160個(gè)輸出點(diǎn)，總的點(diǎn)數(shù)約在290個(gè)左右，加上一定的點(diǎn)數(shù)裕量，系統(tǒng)總的輸入輸出點(diǎn)數(shù)應(yīng)該配置在320點(diǎn)左右，而FX2N系統(tǒng)最大的點(diǎn)數(shù)是256點(diǎn)，所以決定采取分段控制，將整個(gè)系統(tǒng)分成2段，前一段從電子稱重機(jī)到噴墨打印機(jī)，使用一個(gè)PLC系統(tǒng)控制，具體的擴(kuò)展方法是FX2N-128MR+FX2N-48ER各一臺(tái)，共有點(diǎn)數(shù)176個(gè)，輸入點(diǎn)88個(gè)，編號(hào)范圍是X000～X127，輸出點(diǎn)88個(gè)，編號(hào)范圍是Y000～Y127;剩下的后面作為一個(gè)控制系統(tǒng)，使用FX2N-128MR+FX2N-16EYR，總點(diǎn)數(shù)144個(gè)，輸入點(diǎn)數(shù)64個(gè)，編號(hào)范圍是X000～X077，輸出點(diǎn)80個(gè)，編號(hào)范圍是Y000～Y117。這樣系統(tǒng)的總點(diǎn)數(shù)為320點(diǎn)，其中輸入點(diǎn)152個(gè)，輸出點(diǎn)168個(gè)，可以滿足系統(tǒng)的要求。圖1是I/0擴(kuò)展連接示意圖。

④分配輸入/輸出點(diǎn)信號(hào)

分配輸入/輸出點(diǎn)信號(hào)、輸出點(diǎn)與輸出控制是一一對(duì)應(yīng)的。分配好后，按系統(tǒng)配置的通道與接點(diǎn)號(hào)，分配給每一個(gè)輸入信號(hào)和輸出信號(hào)，即進(jìn)行編號(hào)。FX2N型PLC的輸入/輸出通道號(hào)采用自由配置、固定通道方式。輸入輸出繼電器可自由選擇，與輸入點(diǎn)對(duì)應(yīng)的即為輸入繼電器，與輸出點(diǎn)對(duì)應(yīng)的即為輸出繼電器。

⑤控制系統(tǒng)電氣原理圖

系統(tǒng)供電電源采用三相四線制上機(jī)供電。供電電源等級(jí)為AC380±5％，50Hz。上電源經(jīng)總的低壓斷路器QF0為整機(jī)供電。其中QFl給包裝部分電機(jī)M1.1～M10.1提供電源，QF2給碼垛部分電機(jī)M11.1～M20.1提供電源，QF3給檢測(cè)電機(jī)M21.1～M25.1提供電源，QF4為打印機(jī)、金檢、重量復(fù)檢的執(zhí)行電機(jī)M26.1~M30.1提供電源。普通電機(jī)的主回路包括交流接觸器和熱繼電器，制動(dòng)電機(jī)還包括制動(dòng)單元的輔助回路。

3 軟件設(shè)計(jì)

碼垛自動(dòng)生產(chǎn)線可自動(dòng)完成稱重、供袋、取袋、裝袋、縫口、輸送、金屬檢測(cè)、重量檢測(cè)及碼垛等功能。全自動(dòng)包裝碼垛生產(chǎn)線的機(jī)械系統(tǒng)主要包括全自動(dòng)稱重單元、包裝單元、輸送檢測(cè)單元、碼垛單元。其主要工藝流程如下:物料自儲(chǔ)料斗進(jìn)入包裝秤的給料裝置，通過粗、細(xì)給料，實(shí)現(xiàn)粗、細(xì)兩級(jí)加料。當(dāng)秤斗中的物料重量達(dá)到最終設(shè)定值時(shí)，稱重終端發(fā)出停止加料信號(hào)，待空中的飛料全部落入秤斗后此次稱重循環(huán)結(jié)束，此時(shí)電子包裝秤等待裝袋機(jī)的投料信號(hào)。當(dāng)自動(dòng)裝袋機(jī)完成上袋后，發(fā)出訊號(hào)，使稱重箱打開卸料翻門，向包裝袋內(nèi)投料，卸料后稱重箱關(guān)閉翻門，裝袋機(jī)張開夾袋器，包裝袋通過夾口整形機(jī)和立袋輸送機(jī)進(jìn)入自動(dòng)折邊機(jī)，包裝袋經(jīng)折邊后，進(jìn)入縫口機(jī)，當(dāng)設(shè)在縫口機(jī)旁邊的光電開關(guān)檢測(cè)到包裝袋后，縫紉機(jī)開始工作，縫合包裝袋，當(dāng)包裝袋離開縫紉機(jī)后，縫紉機(jī)停止，并自動(dòng)切斷縫合線。包裝袋經(jīng)過倒袋整形機(jī)進(jìn)入金屬檢測(cè)機(jī)及重量復(fù)檢機(jī)，如果檢測(cè)不合格，在包裝袋通過自動(dòng)撿選機(jī)時(shí)將被剔除，而合格的包裝袋則順利通過自動(dòng)撿選機(jī)，再經(jīng)噴墨打印機(jī)、過渡輸送機(jī)、緩?fù)C(jī)等設(shè)備，將包裝袋輸送到碼垛單元，由轉(zhuǎn)位機(jī)根據(jù)碼垛工藝要求將料袋依次按“2袋豎-3袋橫”和“3袋橫-2袋豎”循環(huán)做轉(zhuǎn)位處理。這樣包裝袋便以2袋直或3袋橫的形式進(jìn)入編組機(jī)，最后由碼垛機(jī)將包裝袋堆碼到托盤上，一般以碼8層為一垛。碼垛完成后，垛盤輸送機(jī)將其輸送出碼垛區(qū)，停放在叉車區(qū)域垛盤輸送機(jī)上。碼垛機(jī)所使用的托盤由托盤倉(cāng)和托盤輸送機(jī)根據(jù)程序自動(dòng)提供。如圖2所示為碼垛自動(dòng)生產(chǎn)線工藝流程圖。

4 系統(tǒng)抗干擾

（1）使用隔離變壓器使用隔離變壓器將屏蔽層良好地接地，對(duì)抑制電網(wǎng)中的干擾信號(hào)有良好的效果。為了改善隔離變壓器的抗干擾效果，必須注意兩點(diǎn):一是屏蔽層要良好接地，二是次級(jí)連接線要使用雙絞線。雙絞線能減少電源線間干擾。

（2）使用濾波器使用濾波器代替隔離變壓器，在一定的頻率范圍內(nèi)有一定的抗電網(wǎng)干擾作用，慣用的方法是即使用濾波器，同時(shí)使用隔離變壓器。

（3）防感應(yīng)電壓的措施在感應(yīng)電壓大的場(chǎng)合，如果可能的話，改交流輸入為直流輸入；在輸入端并接浪涌吸收器(浪涌吸收器的作用是防止瞬間高壓損壞設(shè)備);在長(zhǎng)距離配線和大電流場(chǎng)合，感應(yīng)電壓大，可用繼電器轉(zhuǎn)換。

5 結(jié)論

包裝碼垛自動(dòng)生產(chǎn)線包括機(jī)械、電控、氣動(dòng)等系統(tǒng)，雖然設(shè)備復(fù)雜，但操作卻很簡(jiǎn)單。設(shè)有多個(gè)操作盤或觸摸屏，可進(jìn)行自動(dòng)/手動(dòng)操作切換，在手動(dòng)操作時(shí)可對(duì)單一部機(jī)或動(dòng)作進(jìn)行控制。操作盤面上均有多個(gè)狀態(tài)顯示窗口和故障顯示窗口，以便于操作人員了解設(shè)備所處的狀態(tài)。