前言

包裝碼垛自動生產線屬于工業(yè)機器人。工業(yè)機器人是一種能自動控制、可重復編程、多功能、多關節(jié)的操作機。它可以是固定式或移動式的，用于工業(yè)自動化作業(yè)中。工業(yè)機器人與其他專用自動機的主要區(qū)別在于，專用自動機是適應于大量生產的專用自動化設備，而工業(yè)機器人是一種能適應產品種類變更,具有多自由度動作功能的柔性自動化設備。有很多地方需要對粉末狀或小顆粒狀散狀固體的流量進行準確的測量和控制，再配以給料設備組成定量給料控制系統(tǒng)。它是集喂料、流量測量和控制于一身的設備。目前，作為許多生產設備的定量給料控制系統(tǒng)己廣泛應用于水泥、冶金、建材、電力、化工、食品、礦山、糧食等各行各業(yè)。定量給料在工業(yè)生產中發(fā)揮著越來越重要的作用，正因為其應用的廣泛性，如果能提高給料系統(tǒng)的精度、自動化程度，就有著重要的現(xiàn)實意義。

包裝碼垛生產線是機電儀一體化高技術產品，適用于化工、糧食、食品及醫(yī)藥等行業(yè)。它可實現(xiàn)對粉、粒、塊狀物料（如塑料、化肥、合成橡膠、糧食等）的稱重、供袋、裝袋、折邊、封袋、倒袋整形、金屬檢測、重量復檢、批號打印、轉位編組、碼垛、托盤和垛盤的輸送等作業(yè)全部實現(xiàn)自動化。通過可編程序控制器，對整個生產線的工作過程進行自動控制，對運行過程中出現(xiàn)的故障或供料不足，供袋不及時、出垛不及時等，進行聲光報警。該設備具有操作簡單，運行可靠，維修方便等優(yōu)點。包裝碼垛生產線簡單地講，它是由包裝機械和碼垛機械組成的，其中的主要部分還是包裝機械，碼垛機械是從包裝生產線上分離出來而發(fā)展起來。

隨著計算機科學的發(fā)展和工業(yè)自動化愈來愈高的需求，可編程控制技術得到了飛速的發(fā)展，其技術和產品日趨完善。僅僅將PLC理解為開關量控制的時代已經過去，PLC不僅以其良好的性能滿足了工業(yè)生產的廣泛需要，我國應用PLC還處于初級階段，而且局限于鋼鐵、化工、汽車、機床、煤炭、電站等領域，其他行業(yè)的應用尚未普及，中國尚有廣闊的應用領域等待開拓。我國90％的PLC市場由國外占領，中、大型PLC中，幾乎100％是國外產品，以美國MODICON公司、GE公司、德國SIEMENS，日本富士公司為主。我國的包裝設備在許多方面采用了PLC，并取得了非常好的效果。

1 自動生產線系統(tǒng)組成

（1）包裝碼垛自動生產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、重量復檢等功能。碼垛部分實現(xiàn)轉位編組、推袋壓袋、碼垛及托盤的提供和垛盤的輸送等功能。

（2）電子稱重機是包裝機起始部機，其作用是完成物料的定值稱重、投料等作業(yè)。本生產線采用凈重式電子稱重方式，這樣稱量結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行模式，可以保證生產線的包裝速度達到800～1000包／小時。整個稱重系統(tǒng)的動力源采用氣動元件。

（3）自動供袋機是由供袋器、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械自動完成，操作人員只要將空袋子按要求碼放到上袋機的備用倉中就可以了。當袋倉中沒有袋子時備用袋倉中的袋子會被送袋機構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。

（4）自動裝袋機是由過渡料斗、取袋開袋夾送裝置、翻門縮口裝置、機架等構成。過渡料斗是裝袋機聯(lián)接電子稱重機的過渡裝置，它可以存儲一袋物料，提高電子稱重機的稱重速度，減小物料落差，降低粉塵產生量，利于除塵，同時保證物料順利地導入裝袋機并防止裝袋機產生的振動傳遞到電子稱重機上。

（5）推袋壓袋、分層、升降機,推袋機將編號的料袋推至緩沖區(qū)，并在分層碼垛時整形壓平，推到分層機,分層機將料袋投放到升降機上的托盤,完成一層料袋的碼垛。

氣動系統(tǒng)是生產線的基本組成部分之一，它的性能、壽命及穩(wěn)定性直接決定著生產線的工作性能和質量。氣路的基本回路：氣路系統(tǒng)由基本回路構成，基本回路有電磁閥、氣缸、管路、調速器、消音器組成。電磁閥控制氣體通斷及執(zhí)行機構換向。氣缸是執(zhí)行機構的基本元件，承擔負載、輸出力及轉矩。調速器用來調節(jié)氣缸的運動速度，以滿足負載的不同速度要求。消音器用來排除排氣噪聲，保護環(huán)境。

2 控制系統(tǒng)硬件設計

PLC控制系統(tǒng)示全包裝生產線的核心部分，而在包裝過程中，動作多，運動復雜，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、很強的故障診斷能力，確保生產的穩(wěn)定運行。由于包裝生產線的各種控制為開關量，動作關系復雜，I/0點數(shù)較多，選擇日本三菱公司的FX2N系列PLC。該系列PLC為模塊式結構，可以根據控制系統(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擴展單元、檢測元件(光電開關、接近開關、真空開關等)、人機操作界面(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(電機和氣缸等)。

②FX2N系列PLC輸入輸出擴展方法，F(xiàn)X2N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。其主機稱為基本單元，為主機備有可擴充輸入輸出點數(shù)的“擴展單元(電源I/0)和擴展模塊(I/0)”，此外，還可以連接特殊擴展設備，用于特殊控制。

③輸入輸出擴展

根據對于本生產線的分析，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到噴墨打印機，使用一個PLC系統(tǒng)控制，具體的擴展方法是FX2N-128MR+FX2N-48ER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FX2N-128MR+FX2N-16EYR，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1是I/0擴展連接示意圖。

④分配輸入/輸出點信號

分配輸入/輸出點信號、輸出點與輸出控制是一一對應的。分配好后，按系統(tǒng)配置的通道與接點號，分配給每一個輸入信號和輸出信號，即進行編號。FX2N型PLC的輸入/輸出通道號采用自由配置、固定通道方式。輸入輸出繼電器可自由選擇，與輸入點對應的即為輸入繼電器，與輸出點對應的即為輸出繼電器。

⑤控制系統(tǒng)電氣原理圖

系統(tǒng)供電電源采用三相四線制上機供電。供電電源等級為AC380±5％，50Hz。上電源經總的低壓斷路器QF0為整機供電。其中QFl給包裝部分電機M1.1～M10.1提供電源，QF2給碼垛部分電機M11.1～M20.1提供電源，QF3給檢測電機M21.1～M25.1提供電源，QF4為打印機、金檢、重量復檢的執(zhí)行電機M26.1~M30.1提供電源。普通電機的主回路包括交流接觸器和熱繼電器，制動電機還包括制動單元的輔助回路。

3 軟件設計

碼垛自動生產線可自動完成稱重、供袋、取袋、裝袋、縫口、輸送、金屬檢測、重量檢測及碼垛等功能。全自動包裝碼垛生產線的機械系統(tǒng)主要包括全自動稱重單元、包裝單元、輸送檢測單元、碼垛單元。其主要工藝流程如下:物料自儲料斗進入包裝秤的給料裝置，通過粗、細給料，實現(xiàn)粗、細兩級加料。當秤斗中的物料重量達到最終設定值時，稱重終端發(fā)出停止加料信號，待空中的飛料全部落入秤斗后此次稱重循環(huán)結束，此時電子包裝秤等待裝袋機的投料信號。當自動裝袋機完成上袋后，發(fā)出訊號，使稱重箱打開卸料翻門，向包裝袋內投料，卸料后稱重箱關閉翻門，裝袋機張開夾袋器，包裝袋通過夾口整形機和立袋輸送機進入自動折邊機，包裝袋經折邊后，進入縫口機，當設在縫口機旁邊的光電開關檢測到包裝袋后，縫紉機開始工作，縫合包裝袋，當包裝袋離開縫紉機后，縫紉機停止，并自動切斷縫合線。包裝袋經過倒袋整形機進入金屬檢測機及重量復檢機，如果檢測不合格，在包裝袋通過自動撿選機時將被剔除，而合格的包裝袋則順利通過自動撿選機，再經噴墨打印機、過渡輸送機、緩停機等設備，將包裝袋輸送到碼垛單元，由轉位機根據碼垛工藝要求將料袋依次按“2袋豎-3袋橫”和“3袋橫-2袋豎”循環(huán)做轉位處理。這樣包裝袋便以2袋直或3袋橫的形式進入編組機，最后由碼垛機將包裝袋堆碼到托盤上，一般以碼8層為一垛。碼垛完成后，垛盤輸送機將其輸送出碼垛區(qū)，停放在叉車區(qū)域垛盤輸送機上。碼垛機所使用的托盤由托盤倉和托盤輸送機根據程序自動提供。如圖2所示為碼垛自動生產線工藝流程圖。

4 系統(tǒng)抗干擾

（1）使用隔離變壓器使用隔離變壓器將屏蔽層良好地接地，對抑制電網中的干擾信號有良好的效果。為了改善隔離變壓器的抗干擾效果，必須注意兩點:一是屏蔽層要良好接地，二是次級連接線要使用雙絞線。雙絞線能減少電源線間干擾。

（2）使用濾波器使用濾波器代替隔離變壓器，在一定的頻率范圍內有一定的抗電網干擾作用，慣用的方法是即使用濾波器，同時使用隔離變壓器。

（3）防感應電壓的措施在感應電壓大的場合，如果可能的話，改交流輸入為直流輸入；在輸入端并接浪涌吸收器(浪涌吸收器的作用是防止瞬間高壓損壞設備);在長距離配線和大電流場合，感應電壓大，可用繼電器轉換。

5 結論

包裝碼垛自動生產線包括機械、電控、氣動等系統(tǒng)，雖然設備復雜，但操作卻很簡單。設有多個操作盤或觸摸屏，可進行自動/手動操作切換，在手動操作時可對單一部機或動作進行控制。操作盤面上均有多個狀態(tài)顯示窗口和故障顯示窗口，以便于操作人員了解設備所處的狀態(tài)。