多规格纸箱包装机控制系统设计

雷 芳 胡雄杰(湖北文理学院理工学院;襄阳三零一五航空电气公司 湖北 襄阳 4405)

1 设计背景

包装机械的应用越来越普及，码垛机、纸箱包装机、装盒机等包装类机械在各个行业都被大量的采用。随着全世界对环境保护的重视，国内积极推行以纸代木、以纸代塑的绿色包装，并大量推广使用纸包装产品，未来包装市场上使用纸箱包装机的企业会越来越多，在市场条件下纸箱包装机的投资回报率是最高的，因此纸箱包装机有很好的应用前景。

2 包装机工作流程分析

2．1常规包装流程分析。第一步:纸箱板给送机构将纸箱板从仓库输出至工作台;需要注意的是:箱轴线与工作台Y轴轴线对齐;第二步:纸箱推送机构将纸箱板推到旋转工作台区域，同时纸箱固定机构升起，配合推送机构一起完成纸箱的成型及固定工作，同时纸箱板给送机构的刮板复位;第三步:折箱封箱机构进给，到达工作区域;第四步:折箱钳进给，将纸箱的“耳朵”折叠;第五步:封箱机构进给，用胶带封住封口。封箱完成后，电磁撞针动作，截断胶带;需要注意的是:折箱完成后，折箱钳的位置在封箱机构的前进路线上，会造成机构的碰撞。解决方法是两机构联动，在封箱机构进给的时候，折箱机构要同步的后退;第六步:物品填放机构进给，封箱机构退回;第七步:物品填放机构归位;第八步:纸箱固定机构挡板下降，纸箱推送机构推板后退，解除纸箱的固定;第九步:旋转工作台旋转180度，将未封口一侧旋转到封箱工位;第十步:折箱封箱机构进给，到达工作区域;第十一步:折箱钳进给，将纸箱的“耳朵”折叠;第十二步:封箱机构进给，用胶带封住封口。封箱完成后，电磁铁动作，截断胶带;第十三步:封箱机构复位;第十四步:纸箱固定机构挡板下降，解除纸箱的固定，纸箱推送机构推板前推，将包装好的纸箱输出;第十五步:纸箱推送机构复位。到此，包装机完成一次包装任务。

2．2型号选择功能流程分析。为了能够包装不同型号的纸箱，折箱及封箱机构和物品填放机构的位置不能固定，需要能根据不同纸箱的规格，进行相应的机构位置调整。所以在产品的设计时，设计了一个可以沿XYZ三轴调整位置的平台，将需要变换位置的机构放在平台上。该平台就是纸箱规格调整机构。经研究分析，该机构的执行步骤如下:

第一步:Y轴调整位置到指定纸箱规格;第二步:Z轴调整位置到指定纸箱规格;第三步:所有机构位置检查，返回初始位置，防止误差发生;第四步:PLC寄存器中存入新纸箱规格的数据。

3 控制系统设计

3．1电机的选择。采用57BYG250B步进电机，该电机扭矩为1．2 N·m，工作电压3．6V，工作电流3A。根据步进电机的参数，选择的驱动器为TB6600，该驱动器输出峰值电流4A，细分精度1－32细分，驱动方式采用H桥双极恒流驱动，脉冲信号输入端采用高速光耦隔离，完全符合需求。

3．2 IO分析。根据流程分析，基本确定了PLC输入端和输出端所对应的功能。由于在PLC中，输入端X是公用的一个COM口，而输出端Y是以组的形式共用每组的COM口。所以，为了接线方便、整洁以及对不同功能电路进行隔离，将功能按组分配，得到I/O表。

3．3 PLC的选型。根据I/O分配表，共需要输入点19个，输出点21个，考虑到未来程序拓展的问题以及需要输出高速脉冲的问题，选择三菱FX2N－80MT。

3．4辅助控制电路的设计。由于三菱FX－2N系列PLC只有Y0和Y1两个端口可以输出高速脉冲，为了能够控制多台步进电机，设计了信号分流电路。该电路的工作原理，是将脉冲输出并联接入七台步进电机驱动器脉冲信号端，每个脉冲回路安装电磁继电器，通过控制继电器的通断，来控制脉冲信号的流向，达到控制多台步进电机的目的。

3．5程序的设计。

(1)主程序的设计:主程序使用三菱GXworks2编写STL顺控程序。

(2)急停程序的设计:机器运行过程中难免出现紧急情况，故添加了紧急停车系统，如图1。

M8040:ON时，关闭步进继电器;M8034:ON时，输出禁止

(3)规格选择程序的设计:32位加减速脉冲输出指令为:DPLSR D0 D2 D4 Y000;32位普通脉冲输出指令为:DPLSY D10 D12 Y001。

D0、D10寄存器存储脉冲频率;D2、D12寄存器存储脉冲个数;D4寄存器存储加减速时间。程序编写时，通过测试来采集两种规格纸箱的包装脉冲数据，再将数据写入程序中，在运行过程中，使用DMOV指令将数据存入相应的寄存器。

(4)复位程序的设计:步进电机在驱动器断电的状态下，转子可以自由转动，这会导致机构发生自由移动，如果在启动装置时不进行复位操作，将产生动作误差。因此，我们设计了一套复位程序，在每个动作行程设定一个零点位置，每次启动前，将进行位置检查和复位动作。

4 结论

多规格纸箱自动包装机是是一台可以包装多种规格纸箱的自动化机械。通过试验得出:该机械包装一个纸箱需要40秒左右，在将来进行技术改良后，还能达到更快的速度。该机械自动化程度高，可以减少使用人力，同时，多规格化能够减少企业对包装机的需求量，达到一机多用的效果，达到节约成本的目的，具有一定的应用前景。