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近年來(lái)，電子商務(wù)的快速發(fā)展帶動(dòng)了物流行業(yè)的發(fā)展，使得現(xiàn)代物流業(yè)越來(lái)越受到社會(huì)各界的廣泛重視。訂單碎片化使得物流快遞化^［1］。但由于行業(yè)的發(fā)展和技術(shù)的限制，我國(guó)現(xiàn)有的紙箱包裝技術(shù)普遍為低效率、高成本的手工包裝；且國(guó)內(nèi)并無(wú)可變紙箱包裝技術(shù)的應(yīng)用。雖應(yīng)用有單一產(chǎn)品的全自動(dòng)化或半自動(dòng)化包裝，但其設(shè)備成本高昂且靈活性低，一條規(guī)模龐大的包裝線只能完成一種相對(duì)應(yīng)的產(chǎn)品的包裝工作，無(wú)法滿足目前物流包裝市場(chǎng)需求⑵。為提高包裝效率及包裝的靈活性和智能性，節(jié)約包裝 成本，滿足物流包裝市場(chǎng)的需求，本文提出一種基于可變紙箱包裝的解決方案，最終達(dá)到柔性、個(gè)性化 包裝的效果。

1可變紙箱自動(dòng)包裝機(jī)的基本結(jié)構(gòu)與工作原理

1. 1可變紙箱自動(dòng)包裝機(jī)的基本結(jié)構(gòu)

可變紙箱自動(dòng)包裝機(jī)的基本結(jié)構(gòu)由機(jī)械系統(tǒng)和控制系統(tǒng)兩部分組成，其中機(jī)械系統(tǒng)主要由機(jī)架、紙 箱包裝機(jī)構(gòu)、傳送裝置、送料裝置組成，如圖1所示⑶。

可變紙箱自動(dòng)包裝機(jī)的機(jī)架用來(lái)承載包裝機(jī)構(gòu)及控制裝置，具有可拼接性，使包裝機(jī)能與其他包裝 線模塊拼接，成為完整的包裝線的一部分，底部配有轉(zhuǎn)輪，使本機(jī)構(gòu)具有較強(qiáng)的移動(dòng)性。紙箱包裝機(jī)構(gòu) 是用來(lái)完成一系列的紙箱包裝工序，使紙箱各紙頁(yè)折疊成型，主要由上折頁(yè)機(jī)構(gòu)、下折頁(yè)機(jī)構(gòu)、包裝工 作平臺(tái)組成。其中上下折頁(yè)機(jī)構(gòu)又分為前邊、中邊、后邊折頁(yè)機(jī)構(gòu)。每個(gè)折頁(yè)機(jī)構(gòu)由電機(jī)滑臺(tái)進(jìn)行變位 調(diào)節(jié)，并在電機(jī)與氣缸的聯(lián)動(dòng)下，使折頁(yè)片進(jìn)行折頁(yè)動(dòng)作。傳送裝置由傳送帶與限位裝置組成。運(yùn)送紙 板進(jìn)入包裝機(jī)構(gòu)及輸送包裝成型的產(chǎn)品。送料裝置由一個(gè)推桿機(jī)構(gòu)組成，負(fù)責(zé)將被包裝物品推入包裝工 作臺(tái)中心。

1.2可變紙箱自動(dòng)包裝機(jī)的工作流程

可變紙箱自動(dòng)包裝機(jī)的工作流程^［4］，如圖2所示。當(dāng)按下啟動(dòng)開關(guān)，包裝機(jī)開始運(yùn)行，系統(tǒng)接收被 包裝物品的三維參數(shù)；光電傳感器1感應(yīng)到物品到達(dá)送料區(qū)后，電機(jī)滑臺(tái)使各紙箱折頁(yè)機(jī)構(gòu)移動(dòng)到相應(yīng) 位置；同時(shí)，傳送裝置啟動(dòng)，待包裝的瓦楞紙板限位傳送到包裝工作平臺(tái)中心；此時(shí)光電傳感器2觸 發(fā)，傳送帶停止工作，被包裝物品被推進(jìn)入包裝工作平臺(tái)中心；各包裝機(jī)構(gòu)開始按主程序進(jìn)行相應(yīng)的包裝工序（具體步驟詳見(jiàn)下文介紹），依次將紙板的各頁(yè)折起，最終使紙箱包裝成型，粘合平整；傳送帶 重新啟動(dòng)，紙箱輸出，包裝完成。

2控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2. 1 PLC的選擇

PLC與其他控制器相比，可靠性高、通用性好、抗干擾能力強(qiáng)、編程簡(jiǎn)單、體積小、配置靈活、維 護(hù)方便?？紤]可變紙箱包裝機(jī)的工作環(huán)境及其所需的控制要求，本文選用三菱FX2N-48MT型PLC作為 整機(jī)的控制器進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)§。系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)的功能如下：

1）通信功能。在每次包裝開始前，接收計(jì)算機(jī)或者外部其他裝置發(fā)送的紙箱包裝參數(shù)并作出反 饋。接收并反饋開始信號(hào)，結(jié)束信號(hào)，傳感器的感應(yīng)信號(hào)等^［6］。

2）控制功能。根據(jù)接收的包裝參數(shù)及其他信號(hào)，按包裝程序控制電磁閥，電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊等，從而 控制各包裝機(jī)構(gòu)完成相應(yīng)的包裝工序。

2.2系統(tǒng)的硬件組成

本文設(shè)計(jì)的可變紙箱自動(dòng)包裝機(jī)主要由PLC控制系統(tǒng)、觸摸屏、傳感器、電磁閥、驅(qū)動(dòng)模塊、電 機(jī)、氣缸和機(jī)械設(shè)備等組成，它們之間的關(guān)系如圖3所示。其中，PLC控制系統(tǒng)是由FX2N-48MT型 PLC及其擴(kuò)展模塊組成的。觸摸屏用于對(duì)可變紙箱包裝機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)和故障的顯示與監(jiān)控。該系統(tǒng)上位 機(jī)選用威綸TK6050ip系列觸摸屏。傳感器為光電傳感器，作為感應(yīng)裝置，是系統(tǒng)的開關(guān)信號(hào)。PLC控 制系統(tǒng)通過(guò)直接控制電磁閥及電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊來(lái)控制氣缸及電機(jī)的工作，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)械設(shè)備完成包裝工 序。

2.3系統(tǒng)的控制流程圖

可變紙箱自動(dòng)包裝機(jī)有兩種工作模式，一種是高效率的單一規(guī)格物品的包裝模式，另一種是多種規(guī) 格物品的隨機(jī)性包裝模式，根據(jù)具體的控制要求，可變紙箱自動(dòng)包裝機(jī)系統(tǒng)的控制流程，如圖4所 示^[7] O

2.4上位機(jī)軟件開發(fā)

本文利用VB和VC + +設(shè)計(jì)了 PLC上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，并通過(guò)串行通訊口與PLC進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。其 功能主要包括系統(tǒng)狀態(tài)顯示，包裝參數(shù)設(shè)置以及報(bào)警功能等。上位機(jī)的人機(jī)界面主要包括初始界面、主 控界面、手動(dòng)界面以及報(bào)警界面，部分界面如圖5所示。

2. 5主程序設(shè)計(jì)

2. 5. 1程序設(shè)計(jì)說(shuō)明

1） 圖6為可變紙箱包裝機(jī)的結(jié)構(gòu)圖，數(shù)字1-12表示各機(jī)構(gòu)電機(jī)，字母a-f表示氣缸。以包裝工 作中心為坐標(biāo)原點(diǎn)建立直角坐標(biāo)系。設(shè)物品的最大長(zhǎng)寬高尺寸分別為a、b、h （單位：mm）相對(duì)應(yīng)的包 裝紙箱的長(zhǎng)寬高分別為x = a + △、/ = b +A、z = h + △,其中△為包裝紙箱與物品的間隙量，根據(jù)包裝 物品的類型取相應(yīng)的值，范圍為5?20 mm。在圖7紙箱平面展開圖中，①??紙板表示不同的紙頁(yè)部 分，其中心對(duì)應(yīng)紙箱示意圖的坐標(biāo)原點(diǎn)，工作時(shí)，與包裝機(jī)的包裝工作中心重合。

2） 下文的“復(fù)位”指包裝機(jī)構(gòu)移動(dòng)回到初始位置，即不工作狀態(tài)時(shí)機(jī)構(gòu)所在位置。A、B、C （單 位：mm）分別為各坐標(biāo)方向機(jī)構(gòu)距包裝中心的距離。

3 ） g （單位：mm）表示紙箱包裝成型調(diào)整量，由紙箱規(guī)格確定，一般取值為5 ~ 2 °

3結(jié)語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)了一種基于PLC控制系統(tǒng)的可變紙箱自動(dòng)包裝機(jī)，介紹了該包裝機(jī)的基本結(jié)構(gòu)及工作原 理，能實(shí)現(xiàn)在同一臺(tái)包裝設(shè)備用瓦楞紙包裝不同規(guī)格或不同類型的產(chǎn)品，適用于隨機(jī)性的物流快遞自動(dòng) 包裝及單一物品的高效率自動(dòng)包裝，具有高靈活性、高效率、低成本等特點(diǎn)，為快遞的無(wú)人寄件服務(wù)提 供了一種新的可能。在應(yīng)用前景方面，本文設(shè)計(jì)的可變紙箱包裝機(jī)，能在一定程度上滿足用戶的個(gè)性化 需求。隨著包裝技術(shù)的不斷改進(jìn)，能達(dá)到真正的柔性包裝，迎合工業(yè)4.0 “智能物流”的需求，實(shí)現(xiàn)產(chǎn) 品的在線生產(chǎn)，包裝與物流一體化。

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