1、引言

現(xiàn)代商業(yè)生產(chǎn)流通領(lǐng)域中，產(chǎn)品都離不開包裝。如牛奶包裝箱、水果包裝箱等。而包裝紙箱的生產(chǎn)中貼箱機(jī)每天處理幾十萬件應(yīng)是一件量非常大的生產(chǎn)任務(wù)，如果不能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的生產(chǎn)，將會(huì)消耗大量的勞動(dòng)力，而且效率和質(zhì)量方面都很難提高。本設(shè)計(jì)就是將PLC應(yīng)用于貼箱機(jī)系統(tǒng)中，從而使紙箱的生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，其主要的任務(wù)是如何將紙板加工成型，打包成捆，如何進(jìn)行生產(chǎn)過程中的自動(dòng)控制，它是機(jī)電一體的紙箱機(jī)械產(chǎn)品。總之在保證工藝控制要求的情況下，大大提高了生產(chǎn)效率，有很廣闊的市場前景。

2、系統(tǒng)控制特點(diǎn)及工藝

2.1 控制要求及特點(diǎn)

（1） 吸附進(jìn)紙，確保了紙板吸進(jìn)紙的位置準(zhǔn)確；
（2） 折疊部上下傳輸帶夾緊紙板送紙、左右吸附腔吸附送紙和運(yùn)轉(zhuǎn)與眾不同的兩側(cè)豎帶夾緊紙板送紙相互配合，確保折疊紙無歪斜；
（3） 左右下糾偏帶各配增減速器，折疊時(shí)摩擦強(qiáng)制前后扯動(dòng)紙板糾偏效果明顯；
（4） 采用嶄新的分垛逐出裝置技術(shù)，比國外先進(jìn)的相似裝置的性能更為穩(wěn)定可靠、運(yùn)行更為迅速。遇不良紙板時(shí)卡紙混亂幾率大幅度降低；
（5） 人機(jī)界面化，可顯示生產(chǎn)速度，紙張數(shù)及相關(guān)的參數(shù)；
（6） 實(shí)現(xiàn)了A/M的控制方式。

2.2 工藝簡介

本系統(tǒng)以PLC為核心，由于該系統(tǒng)所帶負(fù)載不大，可用一臺(tái)達(dá)變頻器帶動(dòng)一臺(tái)3.7kW的異步電動(dòng)機(jī)，該電機(jī)拖動(dòng)主傳遞裝置。當(dāng)物料準(zhǔn)備好后，離合器合閘即將送料，左右電機(jī)定紙箱的大小，用轉(zhuǎn)速檢測裝置測速度，用光電傳感器檢測紙箱的位置信號(hào)，從而使伺服機(jī)工作。觸摸屏可以實(shí)現(xiàn)友好的人機(jī)界面，可以在線的監(jiān)視系統(tǒng)的運(yùn)行情況，并進(jìn)行相應(yīng)的參數(shù)修改。紙板料從平放臺(tái)進(jìn)入機(jī)器到完成加工全實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化，其工藝簡圖參見圖1。

圖1 系統(tǒng)工藝簡圖
整個(gè)軌道是紙板成型的通道，軌道的形狀決定紙板所加工紙箱的形狀，以下對各個(gè)主要部件做簡單的介紹。

（1） 進(jìn)料裝置

由于紙板是流水線加工的，當(dāng)工作臺(tái)上放有足夠多的加工紙板時(shí)，才能進(jìn)入平穩(wěn)連續(xù)，不重疊的工作狀態(tài)，提高了生產(chǎn)率；

（2） 輥矯直機(jī)

為了讓紙板經(jīng)過時(shí)垂直于傳送帶，并使其緊貼軌道以便紙板較為準(zhǔn)確地成型；

（3） 測速檢測

用抗干擾能力強(qiáng)的接近開關(guān)作為傳感器，并將其所產(chǎn)生的脈沖信號(hào)給PLC的高速計(jì)數(shù)器；

（4） 傳送裝置

由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)，它控制主生產(chǎn)線的速度，并由變頻器進(jìn)行控制；

（5） 紙板矯正

主要由位置信號(hào)傳感器和伺服系統(tǒng)組成，它主要是矯正成型的紙箱在軌道上的位置偏移，并為后序的紙箱打包做好準(zhǔn)備；

（6） 記數(shù)傳感器

檢測軌道上的紙箱數(shù)，以便定量打捆；

（7） 紙箱疊放臺(tái)

把傳送的紙箱給疊放，定數(shù)量給推出；

（8） 打捆

將定數(shù)量的紙箱捆扎好。

3、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

紙板加工成型過程，有一套嚴(yán)格的工藝流程，為了滿足系統(tǒng)的控制要求，采用PLC、變頻器、伺服機(jī)、人機(jī)界面及高性能的傳感器相結(jié)合，有效地解決了實(shí)際問題。同時(shí)也使系統(tǒng)的構(gòu)成簡單，功能強(qiáng)大，可靠性、可操作性和可視性都提高了。

3.1 系統(tǒng)的硬件構(gòu)成

該系統(tǒng)PLC采用OMRON公司的CPM1A-30CDT-A，30點(diǎn)I/O口，18點(diǎn)輸入，12點(diǎn)輸出，且還留有擴(kuò)展的余地。該機(jī)型屬于歐姆龍公司C系列的小型機(jī)，結(jié)構(gòu)緊湊，功能性強(qiáng)，有很好的性能價(jià)格比。變頻器（VFD-B-5.5kW）和伺服裝置（AC servo HO系列）以及觸摸屏（PWS717-STN）都采用了功能性比較強(qiáng)的臺(tái)達(dá)系列產(chǎn)品。各硬件構(gòu)成可見圖2的硬件構(gòu)成框圖。

圖2 系統(tǒng)硬件構(gòu)成框圖
3.2 變頻器

本系統(tǒng)采用了較為先進(jìn)的臺(tái)達(dá)變頻器進(jìn)行調(diào)速，它調(diào)速方便可靠，且調(diào)速的精度高。為了適應(yīng)這種工藝負(fù)載，需要在調(diào)速時(shí)使電動(dòng)機(jī)輸出恒定的轉(zhuǎn)矩，應(yīng)用V/F控制特性的變頻器在基頻應(yīng)用V/F控制特性的變頻器在基頻（臺(tái)達(dá)A型機(jī)的參數(shù)是Pr04）以下調(diào)速。本系統(tǒng)應(yīng)用兩臺(tái)臺(tái)達(dá)變頻器，它們是主從的關(guān)系，即從變頻器的頻率的給定必須得跟隨主變頻器的給定頻率的變化，且保證從變頻器的頻率輸出略高于主變頻器的頻率輸出。

3.3 伺服糾偏裝置

由于紙板在軌道上傳送時(shí)，難免會(huì)出現(xiàn)位置偏差，這就得需要有能夠快速矯正其位置的器件，而伺服電動(dòng)機(jī)正好具備這樣的功能。它把輸入的控制電壓信號(hào)變?yōu)檩敵龅慕俏灰苹蚪撬俣龋由峡刂齐妷海泷R上旋轉(zhuǎn)，去掉控制電壓又馬上停轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速高低與控制電壓成正比。此裝置具有轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，摩擦轉(zhuǎn)矩小，運(yùn)行平穩(wěn)，噪聲小等特點(diǎn)。這里主要利用伺服驅(qū)動(dòng)器對伺服電機(jī)的運(yùn)動(dòng)特性進(jìn)行設(shè)置，并采用了速度和位置相結(jié)合的PID調(diào)節(jié)，從而使紙箱的位置得到很好的糾正。

4、軟件設(shè)計(jì)

4.1 人機(jī)界面的設(shè)置

要很好的對系統(tǒng)進(jìn)行控制和監(jiān)視，就得利用觸摸屏。在前先確定好相應(yīng)設(shè)備和信號(hào)的端口地址，然后利用觸摸屏的編程軟件——ADP軟件進(jìn)行界面設(shè)置。下圖觸摸屏的主控畫面，它具有友好的人機(jī)交流性。通過對觸摸屏的操作，我們很容易的了解和監(jiān)視系統(tǒng)的運(yùn)行情況，并可以方便的改變系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)。其主菜單的設(shè)計(jì)如圖3所示。

圖3 主菜單界面圖
4.2 PLC的程序設(shè)計(jì)

為了能使系統(tǒng)各部分協(xié)調(diào)有序、安全可靠地運(yùn)行就得配以比較優(yōu)化的軟件程序。整個(gè)軟件程序采用模塊化編程的方法，便于調(diào)試、修改及擴(kuò)充，它主要包含三部分:通行協(xié)議部分、參數(shù)設(shè)置部分和自動(dòng)運(yùn)行控制部分，程序總的控制框圖如圖4所示。

圖4 程序流程圖
4.3 軟件的可靠性設(shè)計(jì)

軟件的可靠性措施主要包括3個(gè)故障檢測程序:

（1） 時(shí)間故障檢測程序:將工序執(zhí)行時(shí)間某一時(shí)間余量作為定時(shí)控制時(shí)間，超時(shí)則報(bào)警并停產(chǎn)；

（2） 信號(hào)比較檢測程序:建立故障掃描時(shí)鐘，使自動(dòng)式在運(yùn)行過程中能自動(dòng)檢測出各段單元，從而清除故障；

（3） 當(dāng)紙板被卡主或重疊時(shí)，進(jìn)行報(bào)警或減速停機(jī)。

5、結(jié)束語

紙板成型過程的控制，由于PLC及相關(guān)的高性能設(shè)備引入，解決了繁冗工作生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)了全自動(dòng)化的生產(chǎn)，其產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量都得到了顯著的提高。總之在保證工藝控制要求和產(chǎn)品質(zhì)量的情況下，大大提高了生產(chǎn)效率，有很廣闊的市場前景。(end)