1、引言
現(xiàn)代商業(yè)生產(chǎn)流通領域中，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)中貼箱機每天處理幾十萬件應是一件量非常大的生產(chǎn)任務，如果不能實現(xiàn)自動化的生產(chǎn)，將會消耗大量的勞動力，而且效率和質(zhì)量方面都很難提高。本設計就是將PLC應用于貼箱機系統(tǒng)中，從而使紙箱的生產(chǎn)實現(xiàn)自動化，其主要的任務是如何將紙板加工成型，打包成捆，如何進行生產(chǎn)過程中的自動控制，它是機電一體的紙箱機械產(chǎn)品?？傊诒ＷC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)控制特點及工藝
2.1 控制要求及特點
(1) 吸附進紙，確保了紙板吸進紙的位置準確；
(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，折疊時摩擦強制前后扯動紙板糾偏效果、明顯；
(4) 采用嶄新的分垛逐出裝置技術(shù)，比國外先進的相似裝置的性能更為穩(wěn)定可靠、運行更為迅速。遇不良紙板時卡紙混亂幾率大幅度降低；
(5) 人機界面化，可顯示生產(chǎn)速度，紙張數(shù)及相關的參數(shù)；
(6) 實現(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)所帶負載不大，可用一臺達變頻器帶動一臺3.7kW的異步電動機，該電機拖動主傳遞裝置。當物料準備好后，離合器合閘即將送料，左右電機定紙箱的大小，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，從而使伺服機工作。觸摸屏可以實現(xiàn)友好的人機界面，可以在線的監(jiān)視系統(tǒng)的運行情況，并進行相應的參數(shù)修改。紙板料從平放臺進入機器到完成加工全實現(xiàn)了自動化，其工藝簡圖參見圖1。
圖1 系統(tǒng)工藝簡圖
整個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，以下對各個主要部件做簡單的介紹。
(1) 進料裝置
由于紙板是流水線加工的，當工作臺上放有足夠多的加工紙板時，才能進入平穩(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
為了讓紙板經(jīng)過時垂直于傳送帶，并使其緊貼軌道以便紙板較為準確地成型；
(3) 測速檢測
用抗干擾能力強的接近開關作為傳感器，并將其所產(chǎn)生的脈沖信號給PLC的高速計數(shù)器；
(4) 傳送裝置
由電動機帶動，它控制主生產(chǎn)線的速度，并由變頻器進行控制；
(5) 紙板矯正
主要由位置信號傳感器和伺服系統(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
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)設計
紙板加工成型過程，有一套嚴格的工藝流程，為了滿足系統(tǒng)的控制要求，采用PLC、變頻器、伺服機、人機界面及高性能的傳感器相結(jié)合，有效地解決了實際問題。同時也使系統(tǒng)的構(gòu)成簡單，功能強大，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I/O口，18點輸入，12點輸出，且還留有擴展的余地。該機型屬于歐姆龍公司C系列的小型機，結(jié)構(gòu)緊湊，功能性強，有很好的性能價格比。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的臺達系列產(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)采用了較為先進的臺達變頻器進行調(diào)速，它調(diào)速方便可靠，且調(diào)速的精度高。為了適應這種工藝負載，需要在調(diào)速時使電動機輸出恒定的轉(zhuǎn)矩，應用V/F控制特性的變頻器在基頻應用V/F控制特性的變頻器在基頻(臺達A型機的參數(shù)是Pr04)以下調(diào)速。本系統(tǒng)應用兩臺臺達變頻器，它們是主從的關系，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，難免會出現(xiàn)位置偏差，這就得需要有能夠快速矯正其位置的器件，而伺服電動機正好具備這樣的功能。它把輸入的控制電壓信號變?yōu)檩敵龅慕俏灰苹蚪撬俣?，加上控制電壓，它便馬上旋轉(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)動慣量小，摩擦轉(zhuǎn)矩小，運行平穩(wěn)，噪聲小等特點。這里主要利用伺服驅(qū)動器對伺服電機的運動特性進行設置，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、軟件設計
4.1 人機界面的設置
要很好的對系統(tǒng)進行控制和監(jiān)視，就得利用觸摸屏。在前先確定好相應設備和信號的端口地址，然后利用觸摸屏的編程軟件——ADP軟件進行界面設置。下圖觸摸屏的主控畫面，它具有友好的人機交流性。通過對觸摸屏的操作，我們很容易的了解和監(jiān)視系統(tǒng)的運行情況，并可以方便的改變系統(tǒng)的運行參數(shù)。其主菜單的設計如圖3所示。
圖3 主菜單界面圖
4.2 PLC的程序設計
為了能使系統(tǒng)各部分協(xié)調(diào)有序、安全可靠地運行就得配以比較優(yōu)化的軟件程序。整個軟件程序采用模塊化編程的方法，便于調(diào)試、修改及擴充，它主要包含三部分:通行協(xié)議部分、參數(shù)設置部分和自動運行控制部分，程序總的控制框圖如圖4所示。
圖4 程序流程圖
4.3 軟件的可靠性設計
軟件的可靠性措施主要包括3個故障檢測程序:
(1) 時間故障檢測程序:將工序執(zhí)行時間某一時間余量作為定時控制時間，超時則報警并停產(chǎn)；
(2) 信號比較檢測程序:建立故障掃描時鐘，使自動式在運行過程中能自動檢測出各段單元，從而清除故障；
(3) 當紙板被卡主或重疊時，進行報警或減速停機。
5、結(jié)束語
紙板成型過程的控制，由于PLC及相關的高性能設備引入，解決了繁冗工作生產(chǎn)，實現(xiàn)了全自動化的生產(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。
