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0引言

中國作為世界煙花爆竹的生產大國，其煙花生產企業(yè)大部分散落在鄉(xiāng)鎮(zhèn)，存在生產設備落后、勞動人員密集、勞動生產率低、安全隱患嚴重等問題。彩珠筒為一種手持燃放煙花產品，品種規(guī)格多種多樣, 其生產工藝過程主要有卷筒、裝藥、外裝潢紙的裹包及打捆等。目前，彩珠筒的生產機械自動化水平較低。彩珠筒的包裝主要是人工方式，其工作效率較低，勞動強度較大，且工作人員在惡劣的環(huán)境下作業(yè)，存在較大的安全隱患。因此，如何實現(xiàn)彩珠筒生產機械化和自動化成為研究熱點。

氣動技術即氣壓傳動與控制技術，是當前機械設備中發(fā)展速度最快的技術之一。它具有結構簡單、成本低、維護簡便等優(yōu)點，被廣泛應用于汽車、 機床、包裝機械、食品機械、印刷機械中⑵。

針對目前市場上彩珠筒的包裝工藝不能實現(xiàn)全自動流水線生產，且其生產過程中安全性低等問題，本文設計了一種全自動的彩珠筒包裝機控制系統(tǒng),米用氣動系統(tǒng)與PLC ( programmable logic controller )相結合的控制技術對包裝機的工作過程進行控制⑴。該控制系統(tǒng)通過彩珠筒的全自動送料、壓 緊、供紙、輸紙、包裝、卸料等一體化動作，準確定位彩珠筒，實現(xiàn)了彩珠筒包裝的自動化，并保證了包裝過程的安全性，大大減少了人工服務，提高了生產效率，降低了生產成本。

1控制系統(tǒng)設計

I. 1包裝機工藝流程

該包裝機是從傳統(tǒng)工藝轉為機械化、自動化的生產，其工藝流程⑴為：送料一壓緊-供紙-輸紙T 包裝T卸料，如圖1所示。輸紙包括輸送包裝紙和刷 膠，由輸紙電機帶動傳送帶與刷膠輻來完成。為實 現(xiàn)上述工藝流程，本文設計了包裝機控制系統(tǒng)，控 制包裝機完成送料、壓緊、供紙、輸紙、包裝、卸 料工作。控制系統(tǒng)配置了4個裝有磁感式傳感器的有 桿氣缸，并且每個氣缸的出氣口、入氣口均裝有單 向節(jié)流閥，用來調節(jié)氣體流量控制速度。

圖2中，卸料、送料、壓緊分別由有桿氣缸A, B, C,以及2個單向節(jié)流閥和一個二位五通電磁閥進行 控制；供紙由有桿氣缸D和2個單向節(jié)流閥，以及 一個二位五通電磁閥與一個二位二通電磁閥進行控 制:氣動系統(tǒng)各部分的工作流程如下。

1 )送料即將工件送至包裝部位。送料氣缸B活 塞上的永久磁環(huán)檢測氣缸活塞位置，控制電磁閥通

圖1包裝機工藝流程圖

圖2氣動系統(tǒng)原理圖

1.2氣動系統(tǒng)工作原理

自動包裝機氣動系統(tǒng)由4個部分組成，即送料、 壓緊、供紙、卸料。氣動系統(tǒng)原理圖如圖2所示。

電，從而來改變氣缸的運動方向。二位五通電磁閥 換向改變送料氣缸B的移動方向。節(jié)流閥控制送料 氣缸B的移動速度。二位五通電磁閥YA2接電，送 料氣缸B向右移動，節(jié)流閥控制氣缸速度，使其運 動至磁感應式傳感器2B2位置，傳感器2B2發(fā)出信號- 電磁閥YA2失電，送料氣缸向左運動，運動至磁感 應式傳感器2B1位置，傳感器

2. 2B1發(fā)出供紙信號。供紙即將包裝紙供送到輸送部位。二位二通 電磁閥YA5接電，真空吸盤運作吸紙，二位五通電 磁閥YA4接電，供紙氣缸D向左運動，節(jié)流閥控制 氣缸的移動速度，當供紙氣缸D運動至磁感應式傳 感器4B1位置，傳感器4B1發(fā)出信號。二位二通電磁 閥YA5和二位五通電磁閥YA4失電，吸盤停止運作， 供紙氣缸D向右運動，運動至磁感應式傳感器4B2位 置，傳感器4B2發(fā)出壓緊信號。
3. 壓緊即將包裝紙盒工件壓緊。二位五通電磁 閥YA3得電，壓緊氣缸C向下運動，運動至磁感應 式傳感器3B2位置，傳感器3B2發(fā)出信號。控制包裝 電機開始運動并對工件進行包裝，同時，控制器控 制一定時間，以保證包裝完成后，二位五通電磁閥 YA3失電，壓緊氣缸C向上運動，運動至磁感應式 傳感器3B1位置，發(fā)岀卸料信號。
4. 卸料即將包裝好的工件脫離包裝部位。二位 五通電磁閥YA1得電，卸料氣缸A向左運動，運動 至磁感應式傳感器1B1位置，傳感器1B1發(fā)出信號。 二位五通電磁閥YA1失電，卸料氣缸A迅速回到磁 感應式傳感器1B2位置，發(fā)出送料信號。
5. 更換工件，進入下一個循環(huán)。
6. 當按下停止按鈕時，系統(tǒng)需等到每個工序都 完成后，才能復位，并停止工作。當按下急停按鈕 時，系統(tǒng)會立刻停止工作。

2包裝機PLC控制系統(tǒng)設計

2.1硬件配置和I/O表分配

根據(jù)包裝機的實際輸入/輸岀，考慮包裝機的性 能要求和實際需要，結合三菱FX2N系列PLC的特 點四，本文選用FX2N系列FX3U-32MR的PLC,其可 以為工廠自動化生產提供很大的靈活性和較強控制 能力。按照工藝流程和氣動系統(tǒng)控制要求，對PLC的 I/O地址進行分配，如表1所示。

由表1可以看出，本文將啟動、停止、氣動回路 的各磁性開關作為輸入信號，將氣動系統(tǒng)的各電磁 閥、包裝電機作為輸出信號。PLC控制系統(tǒng)按照包裝 機的工序流程進行相關動作。

2.2控制系統(tǒng)順序功能圖

順序功能圖又叫做狀態(tài)轉移圖，它是描述控制 系統(tǒng)的控制過程、功能和特性的一種圖形，其思想 是將控制設備的一個周期劃分為若干個工作步，并 且明確表示每一步要執(zhí)行的輸出以及步與步之間的 轉換。根據(jù)自動包裝機的工作動作要求⑴，該自動包 裝機的順序功能圖如圖3所示。

2.3系統(tǒng)控制流程圖

PLC具有豐富的編程指令、良好的軟件設計環(huán) 可釆用梯形圖(ladder diagram, LD )、順序功能

 

，

圖(sequeential function chart, SFC )和指令表 (intermediate language, IL)等基本的編程語言'時。本 文釆用順序功能圖編程，編程軟件為FXGP。先利用 計算機進行編程和調試，調試成功后，通過接口電 纜將控制程序下載到PLC中。

根據(jù)控制系統(tǒng)的順序功能圖，設計了包裝機的 控制流程圖，如圖4所示。由圖4可以看出，該工作 過程和包裝工序表達清楚，轉移條件明確。

 

圖4 PLC程序控制流程圖

3結語

本文根據(jù)彩珠筒煙花外包裝機各個工藝先后動 作的順序，設計與研制了 “PLC-傳感器-氣動元件” 組成的典型氣-電一體化控制系統(tǒng)向，即彩珠筒包裝 機控制系統(tǒng)。自動裝配機的控制器的 PLC該系統(tǒng)從根本上解決了人與煙花包裝的分離， 并且為實現(xiàn)煙花爆竹產品流水作業(yè)生產提供了依據(jù) 和保障，把勞動力從密集型產業(yè)中釋放出來，提高 了安全性，為今后煙花爆竹生產過程中其他工藝流 程的機械化提供了一定的基礎。

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