基于PLC與伺服驅(qū)動控制的煙箱自動剪帶與回收系統(tǒng)研究

朱建新 趙淑華 付 恒 楊萬華 韓 明

（1.河南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司安陽卷煙廠，河南安陽 455000；2.安陽鋼鐵股份有限公司，河南安陽 455000）

0 引言

煙草外包裝箱的剪帶是煙草行業(yè)生產(chǎn)過程中的一個重要環(huán)節(jié)，傳統(tǒng)開箱主要依靠人工進(jìn)行，勞動強(qiáng)度大，效率低，且存在安全隱患。一些廠家采用機(jī)器人實現(xiàn)自動拆箱，存在成本高的問題。鑒于此，本文采用機(jī)器視覺、伺服驅(qū)動、PLC、觸摸屏、工業(yè)網(wǎng)絡(luò)通信等先進(jìn)的技術(shù)和設(shè)備，實現(xiàn)打包帶精準(zhǔn)定位、剪切，并就地回收、粉碎，全自動運行，提升了企業(yè)的生產(chǎn)效率，節(jié)約了資源。

1 自動剪帶與回收系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計

煙箱自動剪帶與回收系統(tǒng)位于煙箱拆包的前段環(huán)節(jié)，針對人工去除打包帶的過程實現(xiàn)自動化操作，除進(jìn)出口位置外，其余部位均采用全密封結(jié)構(gòu)設(shè)計，實現(xiàn)人機(jī)的完全隔離，確保使用過程中的人身安全。

如圖1所示，輸送線上部設(shè)置有剪帶裝置，通過視覺檢測，確保每根打包帶的位置準(zhǔn)確，并合理避讓存在有礙裁剪的風(fēng)險，如金屬扣等的位置，通過輸送機(jī)構(gòu)的精準(zhǔn)調(diào)節(jié)，減少對裁剪設(shè)備的損傷，延長設(shè)備的使用壽命。輸送帶的底部設(shè)置有打包帶的回收及粉碎機(jī)構(gòu)，回收機(jī)構(gòu)將已經(jīng)剪斷了的打包帶統(tǒng)一集中到設(shè)備中部，通過下拉機(jī)構(gòu)將打包帶拖入粉碎機(jī)構(gòu)中進(jìn)行粉碎，從而大大減小了打包帶的體積，減少了員工規(guī)整打包帶的時間，避免了因打包帶過長或剪切部位過于鋒利造成的人員傷害，更利于打包帶的二次回收利用。

裁剪完畢后，位于箱體底部滾輪間的頂升機(jī)構(gòu)會將煙箱托離滾筒面50 mm，此時位于滾輪間的打包帶收集機(jī)構(gòu)會同步上移，并將打包帶匯攏到設(shè)備中央，然后整體實現(xiàn)下拉動作，將打包帶拉入輸送輥中。粉碎裝置結(jié)構(gòu)如圖2所示。輸送輥與粉碎刀待機(jī)時為分開狀態(tài)，當(dāng)水平支撐導(dǎo)軌將打包帶拉下時，輸送輥合攏并轉(zhuǎn)動將打包帶牽引至粉碎刀進(jìn)行粉碎處理。合攏的抓手會自動回到原位待命；因為高度有限，如將粉碎后的廢料直接落入刀頭下方的廢料箱，廢料箱的存儲量會很少，因此粉碎的廢料會落入輸送器中，廢料會通過輸送器輸送到隔壁更大的廢料箱中，以降低清運的頻率。

2 控制系統(tǒng)設(shè)計

裁剪工位所對應(yīng)的輸送帶為多驅(qū)動獨立控制的輸送機(jī)結(jié)構(gòu)，當(dāng)檢測到有煙箱過來時，對應(yīng)輸送帶會單獨運行，將煙箱輸送到指定位置時，輸送機(jī)構(gòu)停機(jī)，位于支撐架上部的視覺檢測裝置將對煙箱進(jìn)行拍照，當(dāng)發(fā)現(xiàn)煙箱上打包帶有金屬接頭時，系統(tǒng)會自動計算出避讓位置，通過輸送機(jī)構(gòu)對煙箱進(jìn)行微調(diào)，以避免電剪在剪切時觸碰到金屬接口而損壞刀頭，縮短電剪的使用壽命。

開箱機(jī)采用PLC作為控制系統(tǒng)的核心，控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3所示。通過安裝在設(shè)備上的傳感器檢測設(shè)備運行狀態(tài)，并經(jīng)PLC運算處理，輸出控制信號控制設(shè)備自動運行。PLC與信息化生產(chǎn)管理系統(tǒng)采用工業(yè)以太網(wǎng)傳輸，可以通過工業(yè)網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程監(jiān)控設(shè)備的運行狀態(tài)，顯示生產(chǎn)工藝流程，統(tǒng)計產(chǎn)量及各種故障示警信息。通過人機(jī)交互界面，可對每班進(jìn)料進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄，并與車間MES系統(tǒng)數(shù)據(jù)共享，實現(xiàn)歷史數(shù)據(jù)可追溯管理。

本系統(tǒng)選擇匯川H3U-1616MT PLC作為主控制器，選擇SV610伺服驅(qū)動器作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，控制輸送、收帶、壓帶電機(jī)運行。SV610伺服驅(qū)動器是匯川研制的高性能中小功率的交流伺服驅(qū)動器，支持Modbus、CANOpen等通信協(xié)議。采用昆侖通泰HMI觸摸屏作為人機(jī)界面，負(fù)責(zé)參數(shù)設(shè)置和運行狀態(tài)監(jiān)控。機(jī)器視覺檢測采用MGS502（M）-H2千兆網(wǎng)工業(yè)相機(jī)，像素5.0MP。激光測距傳感器采用4～20 mA模擬量輸出。PLC數(shù)字量接口地址分配如表1所示，PLC控制電路如圖4所示。

收帶、壓帶及剪切設(shè)備主回路電氣原理圖如圖5所示。

3 實驗研究

根據(jù)上述方案設(shè)計制作了樣機(jī)，如圖6所示。

經(jīng)過現(xiàn)場實驗測試，該系統(tǒng)可以實現(xiàn)煙箱無人工干預(yù)自動開箱，改善了勞動環(huán)境；在打包帶拆除的同時，采用自動抽取式回收密閉粉碎儲存，實現(xiàn)了資源回收；配備人機(jī)交互界面，可對每班進(jìn)料進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄，并與車間MES系統(tǒng)數(shù)據(jù)共享，實現(xiàn)了歷史數(shù)據(jù)可追溯管理。該裝置完全獨立，原產(chǎn)線及設(shè)備的操作功能和操作方式均保留不變，接線方式均保持不變，不會對原產(chǎn)線設(shè)備造成任何影響。

4 結(jié)語

本文所述煙箱自動剪帶與回收系統(tǒng)不占用周邊的寶貴資源，不影響整體產(chǎn)線的生產(chǎn)節(jié)拍，使作業(yè)面與人員活動區(qū)域完全分離，安全性更高。實際應(yīng)用表明，該系統(tǒng)提升了生產(chǎn)效率，改善了勞動環(huán)境，節(jié)約了資源，具有廣闊的應(yīng)用前景。