【文章內(nèi)容簡介】 于我國生產(chǎn)力水平較低，勞動力便宜，科研人才缺乏造成的。隨著知識經(jīng)濟(jì)時代的到來，這種局面必將會被打破。 來自 主廠 房的 料物 傳感 器稱 重料 斗 電子 稱重 機(jī)組 封口機(jī) 碼垛系統(tǒng) 倉庫 輸送機(jī) 輸送機(jī) 4 總的來說 ,我國包裝設(shè)備制造工業(yè)經(jīng)近 20 年的努力，在數(shù)量、質(zhì)量、水平方面均有較大的進(jìn)展，為我國建立一個門類齊全、技術(shù)先進(jìn)、水平相當(dāng)、獨立完善的包裝設(shè)備生產(chǎn)系統(tǒng)奠定了堅實的基礎(chǔ)。但要想在未來的國際競爭中占有一 席之地，還必須要找出自身缺點和不足，特別是要找出與北美、日本、西歐等國家的差距。 5 2 包裝碼垛自動生產(chǎn)線系統(tǒng)組成 概述 包裝碼垛自動生產(chǎn)線是一個典型的機(jī)電一體化系統(tǒng)。所謂的機(jī)電一體化系統(tǒng)是指在系統(tǒng)的主功能、信息處理功能和控制功能等方面引進(jìn)了電子技術(shù)，并把機(jī)械裝置、執(zhí)行部件、計算機(jī)等電子設(shè)備以及軟件等有機(jī)結(jié)合而構(gòu)成的系統(tǒng)，即機(jī)械、執(zhí)行、信息處理、接口和軟件等部分在電子技術(shù)的支配下，以系統(tǒng)的觀點進(jìn)行組合而形成的一種新型機(jī)械系統(tǒng)。該系統(tǒng)由機(jī)械系統(tǒng) (機(jī)構(gòu) )、電子信息處理 系統(tǒng) (計算機(jī) )、動力系統(tǒng) (動力源 )、傳感檢測系統(tǒng) (傳感器 )、執(zhí)行元件系統(tǒng) (如電機(jī) )等五大子系統(tǒng)組成。其五種內(nèi)部功能即主功能、動力功能、檢測功能、控制功能、構(gòu)造功能。 機(jī)電一體化系統(tǒng)的一大特點是由于機(jī)電一體化系統(tǒng)的微電子裝置取代了人對機(jī)械的絕大部分的控制功能，并加以延伸和擴(kuò)大，克服了人體能力的不足和弱點。另一大特點是節(jié)省能源和材料消耗。其主要特征是自動化操作。 包裝碼垛自動生產(chǎn)線主要應(yīng)用于化工、糧食、食品及醫(yī)藥等行業(yè)中的粉、粒、塊狀物料的全自動包裝碼垛。包裝碼垛自動生產(chǎn)線可分為包裝部分和碼垛部分。包裝部分實現(xiàn) 定量稱重、自動供袋、裝袋、夾口整形、折邊縫口、金屬檢測、重量復(fù)檢等功能。碼垛部分實現(xiàn)轉(zhuǎn)位編組、推袋壓袋、碼垛及托盤的提供和垛盤的輸送等功能。 包裝碼垛自動生產(chǎn)線系統(tǒng)組成 電子稱重機(jī)是包裝機(jī)起始部機(jī)，其作用是完成物料的定值稱重、投料等作業(yè)。本生產(chǎn)線采用凈重式電子稱重方式，這樣稱量結(jié)果不受容器皮重變化的影響，稱量精度高，同時采用雙秤交替的運(yùn)行模式，可以保證生產(chǎn)線的包裝速度達(dá)到 800～1000包／小時。整個稱重系統(tǒng)的動力源采用氣動元件。給料系統(tǒng)采用氣動控制的二級投料方式，即稱重過程開始時，首先粗流料門完全 打開，當(dāng)進(jìn)料量達(dá)到預(yù)先設(shè)定的粗進(jìn)料值時 (一般為總量的 80%～ 85％左右 )，粗進(jìn)料氣缸復(fù)位，粗流料門關(guān)閉，快速投料過程停止；這時粗流料門前端有一方形孔即細(xì)流口還沒關(guān)閉，物料從該方形孔中繼續(xù)投料，即開始細(xì)投料過程，當(dāng)充填物料達(dá)到預(yù)置重量時，細(xì)投料氣缸復(fù)位，細(xì)流料門關(guān)閉，給料結(jié)束。 自動供袋機(jī)是由供袋器、吸袋器、袋子傳送器、接袋器、取袋器等部件組成。全自動包裝供袋工作是由供袋機(jī)械自動完成，操作人員只要將空袋子按要求碼放到上袋機(jī)的備用倉中就可以了。當(dāng)袋倉中沒有袋子時備用袋倉中的袋子會被送袋機(jī)構(gòu)整摞地自動送到供袋器的 袋倉中去。帶有真空吸盤的吸袋器從供袋器上把包裝袋吸住，然后向上提升到位后，傳送給傳送器。傳送器將袋子輸送到供袋機(jī)的 6 斜板上。在導(dǎo)向板、接袋器、吸盤和光電開關(guān)的作用下，確保包裝袋在斜板上保持正確的位置和形狀。取袋器撿起斜板上的包裝袋，在取袋器四連桿的作用下，包裝袋定位在包裝機(jī)的中心線上，等待裝袋機(jī)將包裝袋取走。自動供袋機(jī)供袋速度快，供袋質(zhì)量穩(wěn)定可靠，易于實現(xiàn)包裝工作的自動化。但機(jī)械結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，且對袋子的材料、尺寸和質(zhì)量以及往備用袋倉中碼放袋子時袋口的方位等都有一定的要求。 自動裝袋機(jī)是由過渡料斗、取袋開袋夾送裝 置、翻門縮口裝置、機(jī)架等構(gòu)成。過渡料斗是裝袋機(jī)聯(lián)接電子稱重機(jī)的過渡裝置，它可以存儲一袋物料，提高電子稱重機(jī)的稱重速度，減小物料落差，降低粉塵產(chǎn)生量，利于除塵，同時保證物料順利地導(dǎo)入裝袋機(jī)并防止裝袋機(jī)產(chǎn)生的振動傳遞到電子稱重機(jī)上。取袋開袋夾送裝置將自動供袋機(jī)的取袋器取好的袋子夾住，開袋吸盤吸住袋子的兩面，在主氣缸推動下送到翻門縮口裝置的下面并將袋口拉開 (此動作是和翻門縮口動作同時進(jìn)行 )為填裝物料做準(zhǔn)備，同時將已裝好物料的料袋送到夾口整形機(jī)內(nèi)。在主氣缸行程兩端安裝有緩沖器，使主氣缸在行程端點得以緩沖并使裝袋機(jī)振 動減輕。翻門縮口裝置將送過來的料袋通過夾袋手爪夾住袋子的兩上邊，通過縮口動作收縮袋口 (此動作與開袋動作同時進(jìn)行 )使翻門插入袋口，并在檢測系統(tǒng)檢測到料袋位置正確后向電子稱重機(jī)和過渡料斗發(fā)出卸料請求指令，投下物料，完成裝袋。每次裝填完物料后翻門關(guān)閉，夾袋手爪將袋口繃緊，松開，放到輸送機(jī)上，再由取袋夾送裝置在取袋的同時夾送到夾口整形機(jī)內(nèi)。 轉(zhuǎn)位輸送機(jī) : 將送來的料袋進(jìn)行變換方位的設(shè)備。該機(jī)實現(xiàn)料袋水平面內(nèi)回轉(zhuǎn) +90度 , 90度， 180度三種角度 , 料袋所需回轉(zhuǎn)的角度是以保證料袋口向內(nèi)為準(zhǔn) , 保證垛形整齊、美觀。 當(dāng)料袋到達(dá)轉(zhuǎn)位轉(zhuǎn)板下方時 , 光電開關(guān)給出信號 , 輸送機(jī)電機(jī)制動 , 繼電器輸出 , 氣缸動作 , 推動夾板夾住 , 轉(zhuǎn)位電機(jī)根據(jù)編組工序需要 , 通過同步帶傳動將料袋旋轉(zhuǎn)至所需角度。此時夾板打開 , 輸送電機(jī)啟動 , 送到下一工位。 編組機(jī)是是將轉(zhuǎn)位輸送機(jī)送來的料袋按碼垛要求實現(xiàn) 23編組和 32編組，即垛型每層為二袋豎、三袋橫或三袋橫、二袋豎并交替進(jìn)行。當(dāng)位于輸送帶入口處的光電開關(guān)檢測到一個料袋到來時，立即啟動減速電機(jī)將料袋向前拖動到預(yù)定距離，而后停止運(yùn)轉(zhuǎn)。在下一個料袋到來時，光電開關(guān)又重新啟動電機(jī)重復(fù)上述動作。當(dāng)完成 二袋豎放或三袋橫放時，推袋裝置便把這組料袋推到緩?fù)０迳蠒捍妗Ｈ绻嫈?shù)達(dá)到一層 (二袋豎加三袋橫或三袋橫加二袋豎 )時，推袋裝置就將二部分料袋一起推到碼垛區(qū)。由于緩?fù)０宓脑O(shè)置減少一次來回推袋的時間，從而提高了碼垛效率。 推袋壓袋、分層、升降機(jī) : 推袋機(jī)將編號的料袋推至緩沖區(qū) , 并在分層碼垛 7 時整形壓平 , 推到分層機(jī) , 分層機(jī)將料袋投放到升降機(jī)上的托盤 , 完成一層料袋的碼垛。當(dāng)編組機(jī)完成一組時 , 接近開關(guān)給出信號 , 推袋壓袋機(jī)的減速電機(jī)動作 , 帶動推袋小車將料袋組用擋板推至緩沖區(qū) , 然后推動小車的擋板在氣缸的作用下抬 起 , 同時電機(jī)反向返回 , 這一系列動作由一組接近開關(guān)狀態(tài)決定。當(dāng)緩沖區(qū)一層滿信號到位 , 分層機(jī)左右擋板打開 , 壓袋氣缸動作 , 將料袋組放至升降機(jī)托盤上 , 分層機(jī)關(guān) , 推板復(fù)位 , 推袋小車歸位 , 減速電機(jī)制動 , 完成一個循環(huán)。升降機(jī)在碼垛達(dá)到 8 層后 , 將托盤送至托盤輸送機(jī) , 托盤倉的啟用托盤電機(jī)啟動 , 將托盤送到升降機(jī) , 到位后升降機(jī)帶著托盤升到位 , 等待料袋組碼垛。整個過程也是通過判斷接近開關(guān)和光電開關(guān)的狀態(tài)完成的。 托盤倉 : 是存儲一定量的托盤 , 并自動完成托盤輸送過程的部分。通過托盤倉內(nèi)的光電開關(guān)判斷 托盤的數(shù)量 , 當(dāng)升降機(jī)將托盤送到下一工位 , 托盤倉下方的氣缸動作將托盤倉內(nèi)的最下端的托盤頂起 , 同時驅(qū)動電機(jī) , 將下端的托盤送出 , 氣缸恢復(fù) , 托盤在通過光柵光電開關(guān)后 , 電機(jī)制動 , 作為下一循環(huán)的啟用托盤。 8 3 包裝碼垛生產(chǎn)線 控制系統(tǒng)硬件 設(shè)計 在包裝過程中，自動完成稱重、供袋、取袋、裝袋、縫口、輸送、金屬檢測、重量檢測及碼垛等多個動作，動作多，運(yùn)動復(fù)雜，而所處工作環(huán)境惡劣 (高溫、振動、粉塵 )，這就要求控制系統(tǒng)具有很高的可靠性、良好的節(jié)能措施、很強(qiáng)的故障 診斷能力，確保生產(chǎn)的穩(wěn)定運(yùn)行。由于包裝生產(chǎn)線的各種控制為開關(guān)量，而目前流行的 PLC 具有結(jié)構(gòu)小巧、運(yùn)行速度高、通用性好、可靠性高等特點，非常適合于工業(yè)現(xiàn)場的高溫、振動、粉塵等惡劣環(huán)境下的開關(guān)控制。所以選用 PLC作為控制系統(tǒng)的核心部件。本包裝碼垛自動生產(chǎn)線動作關(guān)系復(fù)雜， I/O 點數(shù)較多，以開關(guān)量控制為主，所以選 擇日本三菱公司的 FX2N 系列 PLC 為控制核心部件。 PLC 控制的優(yōu)點 ① 高可靠性 ； 1）所有的 I/O 接口電路均采用光電隔離，使工業(yè)現(xiàn)場的外電路與 PLC 內(nèi)部電路之間電氣上隔離。 2）各輸入端均采用 RC 濾波器，其濾波時間常數(shù)一般為 10~20ms. 3）各模塊均采用屏蔽措施，以防止輻射干擾。 4）采用性能優(yōu)良的開關(guān)電源。 5）對采用的器件進(jìn)行嚴(yán)格的篩選。 6）良好的自診斷功能，一旦電源或其他軟，硬件發(fā)生異常情況， CPU 立即采用有效措施，以防止故障擴(kuò)大。 7）大型 PLC 還可以采用由雙 CPU 構(gòu)成冗余系統(tǒng)或有三 CPU 構(gòu)成表決系統(tǒng) ,使可靠性更進(jìn)一步提高。 ② 豐富的 I/O 接口模塊 ； PLC 針對不同的工業(yè)現(xiàn)場信號，如：交流或直流；開關(guān)量或模擬量；電壓或電流；脈沖或電位； 強(qiáng)電或弱電等。有相應(yīng)的 I/O 模塊與工業(yè)現(xiàn)場 的器件或設(shè)備，如：按鈕；行程開關(guān)；接近開關(guān)；傳感器及變送器；電磁線圈；控制閥等直接連接。 另外為了提高操作性能，它還有多種人 機(jī)對話的接口模塊 。 為了組成工業(yè)局部網(wǎng)絡(luò)，它還有多種通訊聯(lián)網(wǎng)的接口模塊，等等。 ③ 采用模塊化結(jié)構(gòu) ； 為了適應(yīng)各種工業(yè)控制需要，除了單元式的小型 PLC 以外，絕大多數(shù) PLC均采用模塊化結(jié)構(gòu)。 PLC 的各個部件，包括 CPU，電源， I/O 等均采用模塊化 PLC，由機(jī)架及電纜將各模塊連接起來，系統(tǒng)的規(guī)模和功能可根據(jù)用戶的需要自行組合。 9 ④ 編程簡單易學(xué) ； PLC 的編程大多采用類似于繼電器控制線路 的梯形圖形式，對使用者來說，不需要具備計算機(jī)的專門 知識 ，因此很容易被一般工程技術(shù)人員所理解和掌握。⑤ 安裝簡單，維修方便 ； 工業(yè)環(huán)境下直接運(yùn)行。使用時只需將現(xiàn)場的各種設(shè)備與 PLC 相應(yīng)的 I/O 端相連接，即可投入運(yùn)行。各種模塊上均有運(yùn)行和故障指示裝置，便于用戶了解運(yùn)行情況和查找故障。 由于采用模塊化結(jié)構(gòu)，因此一旦某模塊發(fā)生故障，用戶可以通過更換模塊的方法，使系統(tǒng)迅速恢復(fù)運(yùn)行。 PLC 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計 PLC 控制系統(tǒng)示全包裝生產(chǎn)線的核心部分，而在包裝過程中，動作多，運(yùn)動復(fù)雜，這就要求控制系統(tǒng)具有很高的可靠 性、良好的節(jié)能措施、很強(qiáng)的故障診斷能力，確保生產(chǎn)的穩(wěn)定運(yùn)行。由于包裝生產(chǎn)線的各種控制為開關(guān)量，動作關(guān)系復(fù)雜， I/0 點數(shù)較多，選擇日本三菱公司的 FX2N 系列 PLC。該系列 PLC 為模塊式結(jié)構(gòu)，可以根據(jù)控制系統(tǒng)的需要靈活地組合成最佳的配置。 ① 硬件配置 硬件配置包括 FX2N 基本單元、 FX2N 擴(kuò)展單元、檢測元件 (光電開關(guān)、接近開關(guān)、真空開關(guān)等 )、人機(jī)操作界面 (按鈕、指示燈等 )、控制元件 (交流接觸器、變頻器、電磁閥等 )以及執(zhí)行元件 (電機(jī)和氣缸等 )。 ② FX2N 系列 PLC 輸入輸出擴(kuò)展方法 ， FX2N 系列 PLC 是由電源 、 CPU、輸入輸出和程序存儲器組成的單元型可編程控制器。其主機(jī)稱為基本單元，為主機(jī)備有可擴(kuò)充輸入輸出點數(shù)的 “擴(kuò)展單元 (電源 I/0)和擴(kuò)展模塊 (I/0)”，此外，還可以連接特殊擴(kuò)展設(shè)備，用于特殊控制。 在組織 FX2N 系列時，須考慮下述各點 : 輸入輸出總點數(shù)控制在 256 點以內(nèi)，其中輸入點數(shù)和輸出點數(shù)均不能超過184 點； DC24V 電源和 DC5V 電源的容量，基本單元和擴(kuò)展單元內(nèi)部裝有電源，可以對擴(kuò)展模塊供給 DC24V 電源，對特殊模塊供給 DC5V 電源，因此擴(kuò)展模塊和特殊模塊的耗電量應(yīng)該控制在基本單元及擴(kuò)展單元的電源 范圍以內(nèi)； 對于 FX2N 基本單元，外接特殊單元和特殊模塊的數(shù)量，最多不超過 8 臺。關(guān)于輸入輸出序號的編號問題， FX2N 系列 PLC 使用如下的編號方法 : 1）輸入繼電器 (X)、輸出繼電器 (Y)的序號是由基本單元開始，按連接順序分配八進(jìn)制數(shù)碼； 2）特殊擴(kuò)展設(shè)備和 PLC 使用 PLC 的 FROM 和 T0 指令進(jìn)行數(shù)據(jù)信息交換， 10 但是輸入輸出繼電器不占序號； 3）功能擴(kuò)展板， FX2NCNVIF 型轉(zhuǎn)換電纜，和輸出輸入點數(shù)無關(guān)。 ③ 具體的輸入輸出擴(kuò)展 根據(jù)對于本生產(chǎn)線的分析，系統(tǒng)需要約 130 個輸入點、 160 個輸出點，總的點數(shù)約 在 290 個左右，加上一定的點數(shù)裕量，系統(tǒng)總的輸入輸出點數(shù)應(yīng)該配置在320 點左右，而 FX2N 系統(tǒng)最大的點數(shù)是 256 點，所以決定采取分段控制，將整個系統(tǒng)分成 2 段，前一段從電子稱重機(jī)到噴墨打印機(jī)，使用一個 PLC 系統(tǒng)控制，具體的擴(kuò)展方法是 FX2N128MR+FX2N48ER 各一臺，共有點數(shù) 176 個，輸入點88 個，編號范圍是 X000～ X127，輸出點 88 個，編號范圍是 Y000～ Y127。剩下的后面作為一個控制系統(tǒng)，使用 FX2N128MR+FX2N16EYR，總點數(shù) 144 個，輸入點數(shù) 64 個，編號范圍是 X000～ X077，輸出點 80 個，編號范圍是 Y000～Y117。這樣系統(tǒng)的總點數(shù)為 320 點，其中輸入點 152 個，輸出點 168 個，可以滿足系統(tǒng)的要求。圖 31 是 I/