便于產(chǎn)品碼垛或包裝的自動(dòng)排列輸送系統(tǒng)

王立源

摘要：隨著工業(yè)控制技術(shù)的不斷發(fā)展，機(jī)械設(shè)備不斷集成為一個(gè)機(jī)電一體化綜合體，自動(dòng)控制逐漸取代人工操作?？删幊炭刂破魇且环N以微處理器為核心，集計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)和自動(dòng)化技術(shù)于一體的新型工業(yè)自動(dòng)控制裝置。21世紀(jì)以來(lái)，可編程邏輯控制器已成為工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域的領(lǐng)先控制設(shè)備，在工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化的四大支柱（可編程邏輯控制器、機(jī)器人、數(shù)控機(jī)床、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和制造）中排名第一。它的應(yīng)用程度已經(jīng)成為衡量一個(gè)國(guó)家工業(yè)進(jìn)步和自動(dòng)化程度的標(biāo)志。包裝碼垛自動(dòng)生產(chǎn)線控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要基于可編程控制器的集成控制。結(jié)合WinCC、工業(yè)以太網(wǎng)和PLC，實(shí)現(xiàn)了控制系統(tǒng)三層結(jié)構(gòu)之間的通信和監(jiān)控，增強(qiáng)了系統(tǒng)的綜合自動(dòng)化水平，提高了生產(chǎn)系統(tǒng)的整體經(jīng)濟(jì)效益，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

關(guān)鍵詞：包裝袋;碼垛;PLC全自動(dòng);

軟包裝袋全自動(dòng)碼垛生產(chǎn)線是自動(dòng)化生產(chǎn)線上必不可少的自動(dòng)包裝設(shè)備，是一種機(jī)、電、氣動(dòng)一體化的高技術(shù)產(chǎn)品，控制系統(tǒng)以西門子作為控制核心，采用PLC結(jié)合變頻調(diào)速功能控制生產(chǎn)線運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)動(dòng)作執(zhí)行可靠及聯(lián)鎖到位，實(shí)現(xiàn)倒袋、整形、轉(zhuǎn)位、編組、推袋、壓袋、碼垛、托盤及垛盤的輸送等自動(dòng)工作，全面提高輸送效率及包裝質(zhì)量，主要用于化工、糧食、藥品等行業(yè)的粉、粒、塊狀物料（如面粉、水泥、化肥等）包裝袋的全自動(dòng)碼垛，整套產(chǎn)品可以替代同類進(jìn)口產(chǎn)品及機(jī)器人碼垛功能。

一、軟包裝袋碼垛生產(chǎn)線總體方案的設(shè)計(jì)

1.概述。軟包裝袋碼垛生產(chǎn)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(guī)格型號(hào)，但所完成的碼垛功能不變，所以當(dāng)碼垛不同料袋時(shí)，碼垛生產(chǎn)線的基本構(gòu)成變化不是很大。該文中的碼垛生產(chǎn)線主要針對(duì)水泥編織袋設(shè)計(jì)，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(chǎn)線的組成部分主要有倒袋裝置①、斜坡輸送機(jī)②、單袋整形裝置③、轉(zhuǎn)位裝置④、緩?fù)］斔蜋C(jī)⑤、編組裝置⑥、推袋裝置⑦、壓袋裝置⑧、分層機(jī)⑨、升降機(jī)⑩、垛盤輸送機(jī)、承垛輸送機(jī)、托盤輸送機(jī)、以及托盤倉(cāng)。

2.軟包裝袋碼垛生產(chǎn)線的工藝流程。軟包裝袋碼垛生產(chǎn)線的工藝流程如下所示：灌裝好的料袋經(jīng)過(guò)輸送機(jī)送入碼垛生產(chǎn)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(shì)順著傳送帶輸送;斜坡輸送機(jī)用來(lái)完成料袋從低到高的輸送，經(jīng)過(guò)斜坡輸送機(jī)到達(dá)單袋整形裝置，單袋整形裝置對(duì)不規(guī)則料袋進(jìn)行壓平，使得料袋變得規(guī)則、整齊;轉(zhuǎn)位裝置按照碼垛需要對(duì)部分料袋進(jìn)行旋轉(zhuǎn);緩?fù)］斔蜋C(jī)在進(jìn)入編組機(jī)之前對(duì)料袋起到了緩?fù)Ｗ饔?編組機(jī)是將緩?fù)］斔蜋C(jī)輸送來(lái)的料袋進(jìn)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?fù)０寤蛘叻謱訖C(jī);分層機(jī)接到推袋裝置輸送過(guò)來(lái)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(dòng)整形板對(duì)垛層進(jìn)行整形，整形完畢后，整形氣缸復(fù)位;升降機(jī)帶動(dòng)垛盤下降到特定的高度后閘門關(guān)閉，升降機(jī)帶動(dòng)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(dòng)作，直到碼垛好設(shè)定的碼垛層數(shù)即為一垛后，升降機(jī)帶動(dòng)垛盤下降到承垛輸送機(jī)，由垛盤輸送機(jī)輸出，等待叉車運(yùn)走。與此同時(shí)，托盤倉(cāng)會(huì)在控制系統(tǒng)的操縱下放出一個(gè)空托盤，由托盤輸送機(jī)輸送到碼垛工位進(jìn)行碼垛。

3.包裝碼垛自動(dòng)生產(chǎn)線。包裝碼垛自動(dòng)生產(chǎn)線能夠?qū)P、PE粒子、PVC、糧食等顆粒狀、粉狀物料進(jìn)行裝袋完成全自動(dòng)包裝碼垛作業(yè)。在石油化工、化肥、食品、港口等行業(yè)廣泛應(yīng)用。方便了產(chǎn)品的儲(chǔ)存、運(yùn)輸和銷售，自動(dòng)生產(chǎn)線具有操作簡(jiǎn)便，運(yùn)行穩(wěn)定，可視性強(qiáng)，維修方便等優(yōu)點(diǎn)，通過(guò)與上位計(jì)算機(jī)或觸摸屏連接，還能夠?qū)ψ詣?dòng)生產(chǎn)線實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控、遠(yuǎn)程診斷和網(wǎng)絡(luò)化管理。伴隨科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，在自動(dòng)控制領(lǐng)域中計(jì)算機(jī)應(yīng)用普及。包裝碼垛生產(chǎn)線把PLC作為控制核心，PC機(jī)經(jīng)以太網(wǎng)與PLC進(jìn)行連接通信，完成對(duì)各電機(jī)正反轉(zhuǎn)、轉(zhuǎn)速及各個(gè)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(jī)械，物料經(jīng)過(guò)裝袋后通過(guò)裝置最終碼垛在倉(cāng)庫(kù)，

二、包裝碼垛自動(dòng)生產(chǎn)線系統(tǒng)的組成及控制設(shè)計(jì)

包裝碼垛自動(dòng)生產(chǎn)線一般由五大部分組成，包括動(dòng)力系統(tǒng)、機(jī)械結(jié)構(gòu)、計(jì)算機(jī)控制、傳感器技術(shù)和執(zhí)行元器件。生產(chǎn)線主要由包裝和碼垛兩部分組成，包括自動(dòng)定量包裝機(jī)、自動(dòng)上袋機(jī)、封口機(jī)、倒袋機(jī)、金屬檢測(cè)機(jī)、重量檢驗(yàn)機(jī)、檢選機(jī)、碼垛機(jī)等單元組成。PLC對(duì)整個(gè)生產(chǎn)線的工作過(guò)程完成自動(dòng)控制，當(dāng)出現(xiàn)故障或供料不足，供袋、出垛不及時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)行聲光報(bào)警。自動(dòng)包裝生產(chǎn)線核心部位的PLC控制系統(tǒng)，整個(gè)包裝過(guò)程中運(yùn)動(dòng)復(fù)雜且動(dòng)作多，使得控制系統(tǒng)不得不具有可靠性高、故障診斷能力強(qiáng)和良好的節(jié)能措施，來(lái)保證生產(chǎn)的穩(wěn)定運(yùn)行。而作為開關(guān)量的包裝生產(chǎn)線各種控制具有I/O點(diǎn)數(shù)較多、動(dòng)作關(guān)系復(fù)雜等特點(diǎn)，系統(tǒng)選擇西門子PLC的S7-300系列，它網(wǎng)絡(luò)功能強(qiáng)，板卡類別全面，可以根據(jù)控制系統(tǒng)的需要組合配置。

三、控制系統(tǒng)的通訊和監(jiān)控實(shí)現(xiàn)

在包裝碼垛控制系統(tǒng)底層采用西門子S7-300對(duì)生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和功能執(zhí)行。WinCC運(yùn)行在工控機(jī)中，利用以太網(wǎng)與S7-300型號(hào)PLC進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊和控制。底層PLC通過(guò)CP1613進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，向上位機(jī)傳遞設(shè)備的實(shí)時(shí)參數(shù)WinCC進(jìn)行變量設(shè)置和動(dòng)作執(zhí)行。同時(shí)WinCC也可以客戶端將數(shù)據(jù)傳送到局域網(wǎng)上的管理信息系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控。WinCC作為監(jiān)控系統(tǒng)的構(gòu)架基礎(chǔ)，起到了控制效果。在工控機(jī)中，WinCC運(yùn)用以太網(wǎng)與S7-300型號(hào)的PLC進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊和控制。底層PLC通過(guò)CP1613進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，向上位機(jī)傳遞設(shè)備的實(shí)時(shí)參數(shù)WinCC進(jìn)行變量設(shè)置和動(dòng)作執(zhí)行。同時(shí)WinCC將數(shù)據(jù)輸送到局域網(wǎng)上的管理信息系統(tǒng)，進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控。信息監(jiān)控系統(tǒng)可以分為底層PLC數(shù)據(jù)采集層，中間層WinCC監(jiān)控層和信息管理層三個(gè)部分。本系統(tǒng)硬件主要包括傳感器、西門子S7-300（包括擴(kuò)展模擬量I/O模塊、電源和數(shù)字量I/O模塊等）、服務(wù)器、工控機(jī)和工業(yè)以太網(wǎng)卡等。系統(tǒng)的功能通過(guò)WinCC實(shí)現(xiàn)過(guò)程監(jiān)控層。以下為配料系統(tǒng)涉及到的運(yùn)行設(shè)備所有具體參數(shù)，下載的配料單，以及實(shí)時(shí)監(jiān)視的整個(gè)系統(tǒng)生產(chǎn)情況。當(dāng)遇到故障和報(bào)警時(shí)，定義相關(guān)故障點(diǎn)，解除了報(bào)警，維護(hù)了生產(chǎn)系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性，最大程度使工廠生產(chǎn)效率得以提高。控制系統(tǒng)分為參數(shù)配置和監(jiān)控兩部分。其中倉(cāng)參數(shù)設(shè)置、混合機(jī)參數(shù)設(shè)置、稱參數(shù)設(shè)置、配料單輸入和手加料參數(shù)設(shè)置為參數(shù)配置。其中倉(cāng)供加料用，一般都有多個(gè)倉(cāng)可同時(shí)投入不同的原料、稱實(shí)時(shí)提供當(dāng)前原料重量、手加料使用戶可以自行手動(dòng)加料，解決部分原料本身量少或者倉(cāng)加料出現(xiàn)誤差情況，混合機(jī)用于原料按照設(shè)定程序混合的部分。監(jiān)控部分的組成主要是運(yùn)行界面和控制界面，整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行情況可以直觀地在運(yùn)行界面中觀察，包括倉(cāng)、稱、混合機(jī)和手加料的運(yùn)行情況及實(shí)時(shí)報(bào)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(yīng)于工廠管理人員的操作，當(dāng)出現(xiàn)故障時(shí)，詳細(xì)鑒定故障及時(shí)排除，在最短時(shí)間內(nèi)使系統(tǒng)恢復(fù)正常運(yùn)行?？刂平缑姘ê芏嗑唧w控制單元。

總之，生產(chǎn)線控制系統(tǒng)基本完成了各項(xiàng)功能預(yù)期的目標(biāo)，主要任務(wù)是PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和部分實(shí)現(xiàn)，經(jīng)歷了部分現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試及實(shí)驗(yàn)室調(diào)試，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的正常工作。經(jīng)過(guò)組裝調(diào)試，整套生產(chǎn)線滿足生產(chǎn)需要，已經(jīng)在科創(chuàng)食品機(jī)械有限公司得到初步運(yùn)行，運(yùn)行可靠，狀態(tài)良好，可以替代同類進(jìn)口產(chǎn)品及機(jī)器人碼垛功能。

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