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在現(xiàn)代商業(yè)生產(chǎn)流通領(lǐng)域中產(chǎn)品的流通與運(yùn)輸都離不開包裝。在眾多包裝形式中紙箱包裝的應(yīng)用最為廣泛。紙箱自動(dòng)包裝機(jī) PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)可以彌補(bǔ)傳統(tǒng)紙箱自動(dòng)包裝的缺陷，使得紙箱自動(dòng)包裝更加高效。

1 紙箱自動(dòng)包裝機(jī)結(jié)構(gòu)與工作原理

紙箱自動(dòng)包裝機(jī)最大的特征就是按照包裝結(jié)構(gòu)形式需求，經(jīng)過壓痕的紙板在進(jìn)行物品包裝的時(shí)候自動(dòng)折疊成為紙箱來進(jìn)行物品的裝載，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)紙箱包裝的效果。紙箱自動(dòng)包裝機(jī)的設(shè)備結(jié)構(gòu)主要由紙板供給、待裝箱產(chǎn)品輸送、取紙箱板、紙板傳送、紙箱折疊成型、噴膠、封箱粘合等構(gòu)成。其中，紙箱板供給部分由紙箱板儲(chǔ)存庫、紙箱板等待工位、紙箱板水平輸送、紙箱板供給副托叉等，以完成對紙箱自動(dòng)包裝機(jī)的紙箱板供應(yīng)，以滿足紙箱自動(dòng)包裝機(jī)對紙箱板的不間斷供應(yīng)需求，使得紙箱板的供應(yīng)更加順暢。待裝箱產(chǎn)品輸送分為兩個(gè)部分，其中一部分是變頻調(diào)速控制電機(jī)運(yùn)行速度，使得包裝線上的待裝箱產(chǎn)品可以根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)律來進(jìn)行輸送，其中的缺貨檢測保證待裝箱產(chǎn)品的連續(xù)供應(yīng)。另外一部分是包裝機(jī)的主驅(qū)動(dòng)通過機(jī)械傳送，按照主機(jī)運(yùn)行的節(jié)奏來進(jìn)行傳輸待裝箱產(chǎn)品。取紙箱板是通過包裝機(jī)伺服點(diǎn)擊驅(qū)動(dòng)，通過從動(dòng)的方式來與主驅(qū)動(dòng)進(jìn)行同步工作，帶有兩組吸盤，兩組吸盤交替取紙板，從而可以提升取紙板的效率。紙板傳送是將紙板通過不同工位傳送到上貨處，動(dòng)力由主驅(qū)動(dòng)提供，其中的缺紙板檢測可以保證紙板的充分供給。推貨結(jié)構(gòu)部分是進(jìn)行分貨后的整理，通過推貨桿來進(jìn)行推貨處理，貨在經(jīng)過無動(dòng)力過渡板時(shí)可以排列的更加緊密，進(jìn)而提升包裝質(zhì)量。紙箱折疊成型，噴膠、封箱粘合完成，按照紙箱的結(jié)構(gòu)來確定具體噴膠的位置，封箱粘合的程度要適當(dāng)合理，以保證封箱的質(zhì)量。

2 紙箱自動(dòng)包裝PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 PLC技術(shù)

紙箱自動(dòng)包裝機(jī)的主要特點(diǎn)是動(dòng)作繁雜，十分容易受到外界信號的影響與感染，并且在針對不同產(chǎn)品進(jìn)行包裝的時(shí)候需要辨別不同的種類與規(guī)格，這一要求給紙箱包裝設(shè)計(jì)帶來了一定的操作困難。伴隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)與與自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展，人們開始使用可編程控制技術(shù)，即為 PLC 技術(shù)運(yùn)用在紙箱包裝機(jī)中，以便對紙箱包裝機(jī)進(jìn)行有效合理的控制。PLC 技術(shù)為可編程邏輯控制器，其采用一類可編程存儲(chǔ)器，主要用于內(nèi)部存儲(chǔ)程序、邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)以及算數(shù)操作等面對用戶的指令，并且利用數(shù)字與模擬式的輸入輸出控制不同的機(jī)械設(shè)備或生產(chǎn)過程。PLC 技術(shù)是以微處理器為核心的數(shù)字運(yùn)算處理電子系統(tǒng)裝置，主要用于工業(yè)應(yīng)用，能夠控制各種機(jī)械設(shè)備的工作以及生產(chǎn)過程。PLC 技術(shù)是計(jì)算機(jī)技術(shù)與傳統(tǒng)的繼電控制技術(shù)融合的產(chǎn)物，彌補(bǔ)了繼電控制系統(tǒng)中機(jī)械接觸點(diǎn)接線復(fù)雜、可靠性較低、能源消耗高、靈活性較差的缺陷，充分利用了微處理器的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)對現(xiàn)場操作人員的要求較低。尤其是 PLC 的程序編制，不是專業(yè)的計(jì)算編程人才也可以使用。PLC 技術(shù)使用了繼電器梯形圖為基礎(chǔ)的簡單指令形式，可以使得操作人員通過形象、直觀的畫面來進(jìn)行操作。后期使用的調(diào)試、差錯(cuò)與維護(hù)也相對簡易。PLC 技術(shù)運(yùn)用在紙箱自動(dòng)包裝機(jī)上只需要進(jìn)行少量的程序編制工作就可以高效的將 PLC 技術(shù)運(yùn)用到生產(chǎn)實(shí)踐中。

2.2 紙箱自動(dòng)包裝PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.2.1 紙箱自動(dòng)包裝 PLC 控制系統(tǒng)

對于紙箱包裝機(jī)的 PLC 控制系統(tǒng)來說，主要是根據(jù)待裝箱產(chǎn)品的工藝流程對其中不同的部分進(jìn)行協(xié)調(diào)管理。對于紙箱自動(dòng)包裝機(jī)控制系統(tǒng)來說，主要控制內(nèi)容就是紙板的供應(yīng)、待裝箱產(chǎn)品的傳輸、紙箱裝箱成型、噴膠封箱等一系列過程。為了高校的完成紙箱包裝工作，并且滿足紙箱包裝的共組哦需求，本次設(shè)計(jì)的PLC 自動(dòng)控制系統(tǒng)包括各類型光電開關(guān)、接近開關(guān)、磁性開關(guān)、電磁閥、內(nèi)部控制系統(tǒng)等。上述結(jié)構(gòu)為 PLC 自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)打下了一定的物質(zhì)基礎(chǔ)。

（1）PLC 技術(shù)的選擇。紙箱自動(dòng)包裝機(jī)主要有兩種工作模式，分別為自動(dòng)連接與手動(dòng)連接。自動(dòng)連接與手動(dòng)連接需要根據(jù)紙箱自動(dòng)包裝的實(shí)際需求來進(jìn)行選擇。因此，在使用PLC 技術(shù)時(shí)也需要結(jié)合實(shí)際情況來進(jìn)行選擇，并且將經(jīng)濟(jì)性因素考慮進(jìn)去。由于紙箱自動(dòng)包裝機(jī)的設(shè)備輸入點(diǎn)與輸出點(diǎn)之間并不相同，因此操作人員需要結(jié)合相應(yīng)的設(shè)備并且加以利用，以達(dá)到控制伺服電機(jī)的目的。

（2）分配輸入輸出地址。紙箱自動(dòng)包裝機(jī)在分配輸出、輸入地址任務(wù)的過程中可以按照 PLC 控制系統(tǒng)的輸入、輸出點(diǎn)數(shù)及其相關(guān)性的控制來進(jìn)行，以便更好的保證紙箱自動(dòng)包裝機(jī)的正常工作。

（3）PLC 系統(tǒng)外部接線安排。PLC 外部接線圖的設(shè)計(jì)需要按照紙箱自動(dòng)包裝機(jī)的輸入點(diǎn)數(shù)、輸出點(diǎn)數(shù)和內(nèi)部控制實(shí)際需求來進(jìn)行接線安排。對于一般控制系統(tǒng)來說，常用的 PLC外部接線設(shè)計(jì)需要進(jìn)行合理的優(yōu)化處理，同時(shí)兼顧一定的抗電磁干擾功能。

2.2.2 紙箱自動(dòng)包裝 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)——以噴膠控制系統(tǒng)為例

紙箱自動(dòng)包裝 PLC 控制系統(tǒng)中的噴膠控制系統(tǒng)是紙箱自動(dòng)包裝中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，噴膠控制系統(tǒng)主要是哦用于粘箱式紙箱自動(dòng)包裝，工作原理是使用熔膠系統(tǒng)將熱熔膠溶解成為液體，然后再使用電磁閥來對噴嘴閥芯進(jìn)行控制。在壓縮空氣的作用下把融化了的熱熔膠呈條狀噴射到紙箱的面上，待熱熔膠溫度下降冷卻后就完成了紙箱的粘合工作。這種通過熱熔膠粘合的技術(shù)不會(huì)使用到金屬釘子，更加有助于保證紙箱內(nèi)貨物的安全，尤其是當(dāng)紙箱內(nèi)存儲(chǔ)的貨物為軟質(zhì)物體與液體物體的時(shí)候熱熔膠的使用尤其重要，并且也是的紙箱更加堅(jiān)固耐用，有利于紙箱內(nèi)物品的長途運(yùn)輸。另外，由于紙箱的粘合不需要釘子，所以紙箱在回收時(shí)更具有環(huán)保效果。同時(shí)，這一方法中的熱熔膠縫合控制的水平將會(huì)直接影響到紙箱的自動(dòng)包裝的質(zhì)量。根據(jù)當(dāng)前紙箱自動(dòng)包裝的要求，PLC 技術(shù)下的噴膠控制系統(tǒng)十分有必要，其能夠根據(jù)紙箱規(guī)格大小的不同，靈活的調(diào)整熱熔膠噴射的長度、方式以及時(shí)間，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)點(diǎn)、條、霧等不同的出膠形式。一般來說，常用的 EVA熱熔膠的噴膠過程中加熱溫度不得超出 200 攝氏度，否則膠體有可能出現(xiàn)燃燒。EVA 熱熔膠的冷卻固化需要在室溫下完成，較為理想的溫度為 15 攝氏度到 26 攝氏度，室內(nèi)濕度需要保持在 50%。

紙箱自動(dòng)包裝機(jī)的 PLC 噴膠系統(tǒng)設(shè)計(jì)：

紙箱自動(dòng)包裝的噴膠過程需要將熱熔膠噴在需要包裝的紙板上，需要精確的控制噴膠的位置、噴膠的長度以及噴膠的時(shí)間等具體參數(shù)，如參數(shù)控制不夠合理則會(huì)影響到紙箱成型的最終質(zhì)量。

其中，控制器會(huì)對溫度與壓力進(jìn)行檢測，以判斷熱熔膠的實(shí)時(shí)溫度與壓力，一旦溫度與壓力達(dá)到工作要求，則會(huì)驅(qū)動(dòng)電磁閥轉(zhuǎn)向，壓縮空氣經(jīng)過膠管、膠分配器以及開關(guān)等部件直至噴嘴，處于熔融狀態(tài)的 EVA 熱熔膠將被噴射到紙箱表面；電機(jī)會(huì)持續(xù)帶動(dòng)噴膠頭不同移動(dòng)，以便在紙箱表面噴射出既定長度的膠條。在完成膠條噴射后，電磁閥會(huì)復(fù)位，壓縮空氣被截止而中斷噴膠工作。通過人際交互界面可以對噴膠過程中的一系列參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。

系統(tǒng)硬件：本次系統(tǒng)設(shè)計(jì)考慮到噴膠加工工藝特點(diǎn)以及性價(jià)比，最終選擇日本三菱公司生產(chǎn)的 FX1N-40MR PLC 作為控制器，作為噴膠系統(tǒng)現(xiàn)場數(shù)據(jù)收集、轉(zhuǎn)換以及控制的設(shè)備。該 PLC 控制器結(jié)構(gòu)緊湊，具有較高的通用性，配置相對更加靈活，不僅僅可以作為單獨(dú)的 PLC 控制設(shè)備使用，還可以作用 I/O 子站，與現(xiàn)場總線以及多臺(tái) PLC 構(gòu)成分布式的大型控制系統(tǒng)，對生產(chǎn)線進(jìn)行批量化的操作。本次設(shè)計(jì)系統(tǒng)中的噴膠控制系統(tǒng)主要用于紙箱的粘合，需要在紙箱的三個(gè)受膠面（分別為兩個(gè)側(cè)面以及一個(gè)頂面）上準(zhǔn)確的按照需求進(jìn)行連續(xù)噴膠以及間斷噴膠。系統(tǒng)中所需要使用的輸入點(diǎn)有激活噴膠輸入點(diǎn)、設(shè)備運(yùn)行輸入點(diǎn)等；系統(tǒng)中所需要使用的輸出點(diǎn)有控制頂噴膠以及側(cè)噴膠的氣閥開關(guān)輸出點(diǎn)、控制頂噴膠馬達(dá)離合器結(jié)合的輸出點(diǎn)，在設(shè)備運(yùn)行中加熱降溫或氣壓不足需要停機(jī)的輸出點(diǎn)等。

系統(tǒng)軟件：PLC 控制系統(tǒng)為掃描工作方式，每一個(gè)掃描周期分為三個(gè)階段，分別為輸入掃描、程序制定以及輸出刷新。在按下設(shè)備開關(guān)后，空氣壓縮機(jī)以及設(shè)備熔膠系統(tǒng)則會(huì)進(jìn)行工作，經(jīng)過空氣壓力繼電器以及溫度控制器對溫度以及壓力進(jìn)行檢測，當(dāng)溫度與壓力達(dá)到預(yù)先設(shè)定的數(shù)值時(shí)，空氣壓力繼電器與溫度控制器的常開觸點(diǎn)閉合，初步完成噴膠工作的條件；進(jìn)而 PLC 技術(shù)將獲取控制面板中事前輸入的噴膠方式、噴膠時(shí)間、噴膠長度、噴膠量等不同數(shù)據(jù)來進(jìn)行噴膠，同時(shí)對噴膠頭的安全門進(jìn)行復(fù)核，保證其處于關(guān)閉狀態(tài)。噴膠進(jìn)行中的溫度高達(dá) 150 攝氏度，并且在噴膠時(shí)處于噴射狀態(tài)，因此需要在噴膠頭周邊裝設(shè)有機(jī)玻璃安全門以保證安全。噴膠頭在正常工作的時(shí)候，安全門處于關(guān)閉狀態(tài)，以便保證噴膠的安全進(jìn)行，同時(shí)還可以實(shí)時(shí)觀察噴膠的噴射狀態(tài)。假如安全門由于故障或其他原因被打開，則噴膠設(shè)備會(huì)緊急制動(dòng)停止，在安全門正常關(guān)閉后點(diǎn)擊復(fù)位按鈕則可以讓設(shè)備繼續(xù)進(jìn)行噴膠。而后，電磁閥得電換向，噴膠頭打開，熔膠會(huì)在其自身的壓力下自動(dòng)噴出。在噴膠粘合的過程中噴膠的程度需要控制電機(jī)拉動(dòng)噴頭按照預(yù)定軌跡運(yùn)動(dòng)來完成，電機(jī)的運(yùn)行以及噴膠頭的持續(xù)噴膠能夠噴射出指定長度的膠條。通過 PLC可以自由設(shè)定噴膠時(shí)間，并且在既定標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)任意調(diào)節(jié)噴膠量。通過，利用 PLC 可以控制噴膠頭以間歇式的方式在紙箱的側(cè)面噴出任意長度、連續(xù)或斷續(xù)的膠段。噴膠頭的開關(guān)主要由電磁閥的換向來完成。當(dāng)熔膠壓力得到預(yù)先設(shè)定值后，電磁閥的電換向，噴膠頭則打開進(jìn)行噴膠，安全門關(guān)閉；當(dāng)達(dá)到預(yù)先設(shè)定時(shí)間后，電磁閥失電轉(zhuǎn)向，噴膠頭關(guān)閉停止工作。

系統(tǒng)調(diào)試：噴膠 PLC 控制系統(tǒng)的調(diào)試分為軟件與硬件調(diào)試兩個(gè)部分。其中，硬件調(diào)試主要檢查設(shè)備的電控元件是否正常、線路連接是否正常、設(shè)備的抗干擾手段是否生效；軟件調(diào)試主要對系統(tǒng)進(jìn)行整體調(diào)試，再分模塊進(jìn)行逐步調(diào)試，以分析每一模塊是否能滿足生產(chǎn)需求，做好后期軟件維護(hù)工作，避免工作異常情況出現(xiàn)。

3 結(jié)束語

紙箱自動(dòng)包裝機(jī) PLC 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需要根據(jù)待包裝對象的特點(diǎn)來進(jìn)行程序的編寫，通過設(shè)置不同的數(shù)據(jù)參與來達(dá)到待包裝對象的包裝需求。PLC 控制系統(tǒng)彌補(bǔ)了傳統(tǒng)繼電器控制機(jī)械的缺陷，使得紙箱自動(dòng)包裝的效率更高、質(zhì)量更好、安全性更高。本文以紙箱自動(dòng)包裝機(jī)噴膠 PLC 控制系統(tǒng)為例進(jìn)行了研究，認(rèn)為PLC 控制系統(tǒng)使用便捷，安全可靠，效率更高，值得在紙箱自動(dòng)包裝中投入使用。

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