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0引言

中國作為世界煙花爆竹的生產(chǎn)大國，其煙花生產(chǎn)企業(yè)大部分散落在鄉(xiāng)鎮(zhèn)，存在生產(chǎn)設(shè)備落后、勞動(dòng)人員密集、勞動(dòng)生產(chǎn)率低、安全隱患嚴(yán)重等問題。彩珠筒為一種手持燃放煙花產(chǎn)品，品種規(guī)格多種多樣, 其生產(chǎn)工藝過程主要有卷筒、裝藥、外裝潢紙的裹包及打捆等。目前，彩珠筒的生產(chǎn)機(jī)械自動(dòng)化水平較低。彩珠筒的包裝主要是人工方式，其工作效率較低，勞動(dòng)強(qiáng)度較大，且工作人員在惡劣的環(huán)境下作業(yè)，存在較大的安全隱患。因此，如何實(shí)現(xiàn)彩珠筒生產(chǎn)機(jī)械化和自動(dòng)化成為研究熱點(diǎn)。

氣動(dòng)技術(shù)即氣壓傳動(dòng)與控制技術(shù)，是當(dāng)前機(jī)械設(shè)備中發(fā)展速度最快的技術(shù)之一。它具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低、維護(hù)簡便等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于汽車、 機(jī)床、包裝機(jī)械、食品機(jī)械、印刷機(jī)械中⑵。

針對目前市場上彩珠筒的包裝工藝不能實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)流水線生產(chǎn)，且其生產(chǎn)過程中安全性低等問題，本文設(shè)計(jì)了一種全自動(dòng)的彩珠筒包裝機(jī)控制系統(tǒng),米用氣動(dòng)系統(tǒng)與PLC ( programmable logic controller )相結(jié)合的控制技術(shù)對包裝機(jī)的工作過程進(jìn)行控制⑴。該控制系統(tǒng)通過彩珠筒的全自動(dòng)送料、壓 緊、供紙、輸紙、包裝、卸料等一體化動(dòng)作，準(zhǔn)確定位彩珠筒，實(shí)現(xiàn)了彩珠筒包裝的自動(dòng)化，并保證了包裝過程的安全性，大大減少了人工服務(wù)，提高了生產(chǎn)效率，降低了生產(chǎn)成本。

1控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

I. 1包裝機(jī)工藝流程

該包裝機(jī)是從傳統(tǒng)工藝轉(zhuǎn)為機(jī)械化、自動(dòng)化的生產(chǎn)，其工藝流程⑴為：送料一壓緊-供紙-輸紙T 包裝T卸料，如圖1所示。輸紙包括輸送包裝紙和刷 膠，由輸紙電機(jī)帶動(dòng)傳送帶與刷膠輻來完成。為實(shí) 現(xiàn)上述工藝流程，本文設(shè)計(jì)了包裝機(jī)控制系統(tǒng)，控 制包裝機(jī)完成送料、壓緊、供紙、輸紙、包裝、卸 料工作?？刂葡到y(tǒng)配置了4個(gè)裝有磁感式傳感器的有 桿氣缸，并且每個(gè)氣缸的出氣口、入氣口均裝有單 向節(jié)流閥，用來調(diào)節(jié)氣體流量控制速度。

圖2中，卸料、送料、壓緊分別由有桿氣缸A, B, C,以及2個(gè)單向節(jié)流閥和一個(gè)二位五通電磁閥進(jìn)行 控制；供紙由有桿氣缸D和2個(gè)單向節(jié)流閥，以及 一個(gè)二位五通電磁閥與一個(gè)二位二通電磁閥進(jìn)行控 制:氣動(dòng)系統(tǒng)各部分的工作流程如下。

1 )送料即將工件送至包裝部位。送料氣缸B活 塞上的永久磁環(huán)檢測氣缸活塞位置，控制電磁閥通

圖1包裝機(jī)工藝流程圖

圖2氣動(dòng)系統(tǒng)原理圖

1.2氣動(dòng)系統(tǒng)工作原理

自動(dòng)包裝機(jī)氣動(dòng)系統(tǒng)由4個(gè)部分組成，即送料、 壓緊、供紙、卸料。氣動(dòng)系統(tǒng)原理圖如圖2所示。

電，從而來改變氣缸的運(yùn)動(dòng)方向。二位五通電磁閥 換向改變送料氣缸B的移動(dòng)方向。節(jié)流閥控制送料 氣缸B的移動(dòng)速度。二位五通電磁閥YA2接電，送 料氣缸B向右移動(dòng)，節(jié)流閥控制氣缸速度，使其運(yùn) 動(dòng)至磁感應(yīng)式傳感器2B2位置，傳感器2B2發(fā)出信號- 電磁閥YA2失電，送料氣缸向左運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)至磁感 應(yīng)式傳感器2B1位置，傳感器

2. 2B1發(fā)出供紙信號。供紙即將包裝紙供送到輸送部位。二位二通 電磁閥YA5接電，真空吸盤運(yùn)作吸紙，二位五通電 磁閥YA4接電，供紙氣缸D向左運(yùn)動(dòng)，節(jié)流閥控制 氣缸的移動(dòng)速度，當(dāng)供紙氣缸D運(yùn)動(dòng)至磁感應(yīng)式傳 感器4B1位置，傳感器4B1發(fā)出信號。二位二通電磁 閥YA5和二位五通電磁閥YA4失電，吸盤停止運(yùn)作， 供紙氣缸D向右運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)至磁感應(yīng)式傳感器4B2位 置，傳感器4B2發(fā)出壓緊信號。
3. 壓緊即將包裝紙盒工件壓緊。二位五通電磁 閥YA3得電，壓緊氣缸C向下運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)至磁感應(yīng) 式傳感器3B2位置，傳感器3B2發(fā)出信號?？刂瓢b 電機(jī)開始運(yùn)動(dòng)并對工件進(jìn)行包裝，同時(shí)，控制器控 制一定時(shí)間，以保證包裝完成后，二位五通電磁閥 YA3失電，壓緊氣缸C向上運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)至磁感應(yīng)式 傳感器3B1位置，發(fā)岀卸料信號。
4. 卸料即將包裝好的工件脫離包裝部位。二位 五通電磁閥YA1得電，卸料氣缸A向左運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng) 至磁感應(yīng)式傳感器1B1位置，傳感器1B1發(fā)出信號。 二位五通電磁閥YA1失電，卸料氣缸A迅速回到磁 感應(yīng)式傳感器1B2位置，發(fā)出送料信號。
5. 更換工件，進(jìn)入下一個(gè)循環(huán)。
6. 當(dāng)按下停止按鈕時(shí)，系統(tǒng)需等到每個(gè)工序都 完成后，才能復(fù)位，并停止工作。當(dāng)按下急停按鈕 時(shí)，系統(tǒng)會(huì)立刻停止工作。

2包裝機(jī)PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1硬件配置和I/O表分配

根據(jù)包裝機(jī)的實(shí)際輸入/輸岀，考慮包裝機(jī)的性 能要求和實(shí)際需要，結(jié)合三菱FX2N系列PLC的特 點(diǎn)四，本文選用FX2N系列FX3U-32MR的PLC,其可 以為工廠自動(dòng)化生產(chǎn)提供很大的靈活性和較強(qiáng)控制 能力。按照工藝流程和氣動(dòng)系統(tǒng)控制要求，對PLC的 I/O地址進(jìn)行分配，如表1所示。

由表1可以看出，本文將啟動(dòng)、停止、氣動(dòng)回路 的各磁性開關(guān)作為輸入信號，將氣動(dòng)系統(tǒng)的各電磁 閥、包裝電機(jī)作為輸出信號。PLC控制系統(tǒng)按照包裝 機(jī)的工序流程進(jìn)行相關(guān)動(dòng)作。

2.2控制系統(tǒng)順序功能圖

順序功能圖又叫做狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖，它是描述控制 系統(tǒng)的控制過程、功能和特性的一種圖形，其思想 是將控制設(shè)備的一個(gè)周期劃分為若干個(gè)工作步，并 且明確表示每一步要執(zhí)行的輸出以及步與步之間的 轉(zhuǎn)換。根據(jù)自動(dòng)包裝機(jī)的工作動(dòng)作要求⑴，該自動(dòng)包 裝機(jī)的順序功能圖如圖3所示。

2.3系統(tǒng)控制流程圖

PLC具有豐富的編程指令、良好的軟件設(shè)計(jì)環(huán) 可釆用梯形圖(ladder diagram, LD )、順序功能

 

，

圖(sequeential function chart, SFC )和指令表 (intermediate language, IL)等基本的編程語言'時(shí)。本 文釆用順序功能圖編程，編程軟件為FXGP。先利用 計(jì)算機(jī)進(jìn)行編程和調(diào)試，調(diào)試成功后，通過接口電 纜將控制程序下載到PLC中。

根據(jù)控制系統(tǒng)的順序功能圖，設(shè)計(jì)了包裝機(jī)的 控制流程圖，如圖4所示。由圖4可以看出，該工作 過程和包裝工序表達(dá)清楚，轉(zhuǎn)移條件明確。

 

圖4 PLC程序控制流程圖

3結(jié)語

本文根據(jù)彩珠筒煙花外包裝機(jī)各個(gè)工藝先后動(dòng) 作的順序，設(shè)計(jì)與研制了 “PLC-傳感器-氣動(dòng)元件” 組成的典型氣-電一體化控制系統(tǒng)向，即彩珠筒包裝 機(jī)控制系統(tǒng)。自動(dòng)裝配機(jī)的控制器的 PLC該系統(tǒng)從根本上解決了人與煙花包裝的分離， 并且為實(shí)現(xiàn)煙花爆竹產(chǎn)品流水作業(yè)生產(chǎn)提供了依據(jù) 和保障，把勞動(dòng)力從密集型產(chǎn)業(yè)中釋放出來，提高 了安全性，為今后煙花爆竹生產(chǎn)過程中其他工藝流 程的機(jī)械化提供了一定的基礎(chǔ)。

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