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當(dāng)今生產(chǎn)工業(yè)的飛速發(fā)展離不開自動(dòng)化控制的普及。在全國施行“機(jī)器換人”的政策形勢(shì)之下，浙江省更是在近幾年大力推行該項(xiàng)政策，并運(yùn)用于各大機(jī)械和制造等行業(yè)中。如今 PLC 在工業(yè)生產(chǎn)中所占比例越來越高，它高速的計(jì)算力與穩(wěn)定性極大地提高了生產(chǎn)力，創(chuàng)造了不可低估的效益。在新的發(fā)展形勢(shì)下，全自動(dòng)化包裝碼垛生產(chǎn)線技術(shù)將變得越來越重要，可為國家的工業(yè)生產(chǎn)帶來不可低估的利處。而建立基于 PLC 為基礎(chǔ)技術(shù)的包裝碼垛生產(chǎn)線， 不僅成本低，其控制系統(tǒng)操作簡易，而且自動(dòng)化程度相對(duì)較高，從而可以大大地改變從前生產(chǎn)效率低下的困境。

1. 包裝碼垛生產(chǎn)線的機(jī)電一體化系統(tǒng)

包裝碼垛全自動(dòng)生產(chǎn)線主要分為機(jī)電與傳感器兩個(gè)部分。機(jī)電部分又由氣動(dòng)及真空系統(tǒng)與光電檢測(cè)系統(tǒng)組成。傳感器部分由光電開關(guān)與金屬檢測(cè)傳感器組成。其系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)如圖 1 所示：

 

??????1.1氣動(dòng)及真空系統(tǒng)

氣壓傳動(dòng)是近幾十年被廣泛應(yīng)用的一種傳動(dòng)方式，壓縮空氣作為其介質(zhì)用于能量傳遞。氣壓元件具有結(jié)構(gòu)簡單， 易加工，壽命長，維護(hù)方便的特點(diǎn)，用空氣做介質(zhì)，來源簡單方便，用后直接排放，不污染環(huán)境。在本課題設(shè)計(jì)的全自動(dòng)化包裝碼垛生產(chǎn)線裝置中，氣動(dòng)裝置主要用于電子自動(dòng)稱重機(jī)、裝袋等環(huán)節(jié)中，具有重要的協(xié)調(diào)控制作用。

真空系統(tǒng)由真空泵、PLC 程序控制系統(tǒng)、儲(chǔ)氣罐、檢測(cè)器、真空閥門、境外過濾總成組成。其中真空泵是真空系統(tǒng)的最重要的部分，也是密封環(huán)節(jié)最為關(guān)鍵的組成部分。這個(gè)部分不僅提供真空動(dòng)力源，還控制真空部分線路的通斷控制。檢測(cè)器在真空防漏與真空壓力方面承擔(dān)檢測(cè)功能， 在檢測(cè)階段結(jié)束后發(fā)出相應(yīng)的裝卸料信號(hào)。

1.2光電檢測(cè)系統(tǒng)

光電檢測(cè)系統(tǒng)主要由光源、光學(xué)通路、光電元件和單片機(jī)四部分組成。光電檢測(cè)電路把被計(jì)數(shù)的產(chǎn)品物體變化變成電信號(hào)，由顯示計(jì)數(shù)電路計(jì)數(shù)，再由數(shù)碼顯示管顯示， 并產(chǎn)生相應(yīng)的電信號(hào)給PLC。同時(shí)該系統(tǒng)也可以檢測(cè)雜質(zhì)， 實(shí)現(xiàn)碼垛裝置的自動(dòng)控制，自動(dòng)報(bào)警等功能。

1.3光電開關(guān)

本系統(tǒng)選用了型號(hào)為 E3JK-DS30M1 光電開關(guān)。主要利用其發(fā)射光束后在產(chǎn)品上產(chǎn)生的漫反射，發(fā)射器與接收器構(gòu)成的單個(gè)信號(hào)接收時(shí)間不同，產(chǎn)生開關(guān)狀態(tài)變化，從而產(chǎn)生單個(gè)計(jì)數(shù)信號(hào)。

1.4金屬檢測(cè)傳感器

本系統(tǒng)選用了型號(hào)為SN04-N 金屬檢測(cè)傳感器。利用無觸點(diǎn)式開關(guān)，由振蕩器以及放大器組成振蕩起振，在感應(yīng)開關(guān)前方產(chǎn)生一個(gè)交變磁場(chǎng)。利用金屬本身性質(zhì)，使得金屬內(nèi)部在振蕩時(shí)產(chǎn)生渦流，進(jìn)而吸收了傳感器所產(chǎn)生的振蕩能量，時(shí)振蕩幅度減小甚至停振使得開關(guān)達(dá)到反轉(zhuǎn)。再由整形放大器將其轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制的開關(guān)電路信號(hào)，此時(shí)檢測(cè)完成。

2.包裝碼垛生產(chǎn)線的 PLC 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)的生產(chǎn)線機(jī)械部分主要為：全自動(dòng)稱重、自動(dòng)包裝、傳送檢測(cè)以及包裝碼垛單元。

2.1主要工藝流程

物料儲(chǔ)存罐利用物料斗將物料送入給料裝置，當(dāng)稱重傳感器達(dá)到預(yù)設(shè)重量時(shí)，稱重單元給出停止供料信號(hào)，當(dāng) 前次稱重環(huán)節(jié)結(jié)束，與此同時(shí)包裝部分收到來自稱重單元 的傳輸信號(hào)。稱重完成后的信號(hào)同時(shí)會(huì)傳送給自動(dòng)裝袋部 分，在接受到輸入信號(hào)之后，控制卸料門的電機(jī)開始運(yùn)行。打開卸料門，讓稱重完成的物料倒入提前預(yù)備好的物料袋。當(dāng)物料倒入完畢后，卸料門電機(jī)反向運(yùn)行，關(guān)閉打開的卸 料門。與此同時(shí)，裝料完畢的包裝袋經(jīng)過推袋機(jī)械動(dòng)作， 將袋口推送到封口裝置下。封口裝置利用光電開關(guān)進(jìn)行校 準(zhǔn)，當(dāng)物料袋到達(dá)預(yù)定位置后，縫口機(jī)械裝置開始動(dòng)作。 縫紉完成后，由自動(dòng)切線機(jī)完成縫紉線的切斷，物料袋繼 續(xù)向前運(yùn)輸。在這之后，物料袋還會(huì)經(jīng)過兩個(gè)檢測(cè)裝置， 分別為金屬、重量復(fù)查。在金屬檢測(cè)和重量檢測(cè)兩個(gè)環(huán)節(jié)中， 當(dāng)有任何一個(gè)環(huán)節(jié)檢測(cè)不合格，對(duì)應(yīng)的物料袋將由傳送帶 上的剔除裝置進(jìn)行剔除。合格的包裝袋繼續(xù)通過，之后在 傳送帶上被傳送到碼垛單元，由碼垛單元中的機(jī)械臂完成 自動(dòng)碼垛。碼垛工藝按照“2 袋豎一 3 袋橫”和“3 袋橫-2

袋豎”循環(huán)做轉(zhuǎn)位處理，一般以 8 層為一垛。當(dāng)碼垛完成后， 將有叉車送出瑪多曲。碼垛裝置的托盤及托盤倉和相應(yīng)的 托盤傳送機(jī)都由實(shí)際程序自動(dòng)供應(yīng)。( 下轉(zhuǎn)第 190 頁 )保了兩級(jí)計(jì)劃的有效串接。

3. 信息化實(shí)現(xiàn)及運(yùn)行優(yōu)化

對(duì)于項(xiàng)目執(zhí)行，也制定在線報(bào)工，分級(jí)調(diào)整的策略，以實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目計(jì)劃點(diǎn)檢的自主化和計(jì)劃的嚴(yán)肅性。

3.1規(guī)劃項(xiàng)目計(jì)劃的逐級(jí)預(yù)警

SAP 系統(tǒng)不具備主動(dòng)提示功能，與公司常用通訊軟件騰訊通（TXT）建立接口，實(shí)現(xiàn)訂單項(xiàng)目計(jì)劃任務(wù)的主動(dòng)提醒功能。同時(shí)，針對(duì)工作任務(wù)等級(jí)不同，超期情況不同等情況，設(shè)置不同的分級(jí)預(yù)警機(jī)制。實(shí)現(xiàn)了由任務(wù)負(fù)責(zé)人、分專項(xiàng)主管、部門經(jīng)理、項(xiàng)目經(jīng)理、部門領(lǐng)導(dǎo)、PMO、公司領(lǐng)導(dǎo)等 6 級(jí)預(yù)警等級(jí)及對(duì)應(yīng)的機(jī)制。

3.2設(shè)計(jì)項(xiàng)目異常的在線處置流程

規(guī)劃了項(xiàng)目異常、項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)在項(xiàng)目管理模塊下進(jìn)行管

理，同時(shí)考慮 SAP 系統(tǒng)的文檔管理和流程功能較弱，于是明確與 BPM（流程管理系統(tǒng)）進(jìn)行串接，以實(shí)現(xiàn)在 sap 系統(tǒng)中發(fā)起，BPM 系統(tǒng)中處置、記錄。并將計(jì)劃反饋至 sap 中進(jìn)行預(yù)警管理。

???????3.4規(guī)劃項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)生產(chǎn)

打通項(xiàng)目管理模塊與生產(chǎn)計(jì)劃模塊，實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)生

產(chǎn)。特別在科研項(xiàng)目中，通過科研試制模塊下掛物料驅(qū)動(dòng)生產(chǎn)，使科研費(fèi)用自動(dòng)歸集。同時(shí)，在小批試制里，通過下掛物料驅(qū)動(dòng)生產(chǎn)，為項(xiàng)目組驅(qū)動(dòng)生產(chǎn)帶來便利，為后續(xù)的成本歸集奠定基礎(chǔ)。除以上重點(diǎn)外，對(duì)項(xiàng)目結(jié)構(gòu)搭建、項(xiàng)目發(fā)運(yùn)、項(xiàng)目關(guān)閉等也進(jìn)行了藍(lán)圖規(guī)劃。在以上藍(lán)圖基礎(chǔ)上，以 SAP 既有模塊為基礎(chǔ)，進(jìn)行個(gè)性化、接口、報(bào)表開發(fā)。通過單點(diǎn)測(cè)試，串接測(cè)試等多次， 多維度測(cè)試，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)滿足預(yù)期藍(lán)圖設(shè)計(jì)需求。并通過操作手冊(cè)編制、上機(jī)培訓(xùn)、考試等方式，實(shí)現(xiàn)相關(guān)人員掌握系統(tǒng)操作要領(lǐng)，獨(dú)立操作。系統(tǒng)上線后，選擇 3 個(gè)項(xiàng)目上線運(yùn)行，驗(yàn)證系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行情況。通過驗(yàn)證，基本實(shí)現(xiàn)了預(yù)期藍(lán)圖的功能，根據(jù)使用人提供的意見，對(duì)部分預(yù)期功能進(jìn)行了調(diào)整，如預(yù)期項(xiàng)目全部工作任務(wù)上線管理，但由于運(yùn)行了預(yù)警功能，使用人反饋提醒和提示太多，報(bào)工任務(wù)繁多，無法體現(xiàn)重點(diǎn)。調(diào)整為對(duì)重點(diǎn)任務(wù)、關(guān)鍵路徑上的任務(wù)、里程碑任務(wù)進(jìn)行上線管理和預(yù)警。

4. 實(shí)施效果

1. 5.程序控制邏輯
2. 5.1全自動(dòng)稱重控制邏輯。當(dāng)物料開始倒入稱重漏斗

時(shí)稱重儀器開始記錄重量，達(dá)到預(yù)設(shè)重量值時(shí)，物料擋板關(guān)閉，稱重儀器傳輸模擬信號(hào)給 PLC，PLC 接收到重量達(dá)標(biāo)模擬信號(hào)時(shí)傳輸運(yùn)作信號(hào)給傳送帶控制電機(jī)，電機(jī)運(yùn)動(dòng)， 物料進(jìn)入自動(dòng)裝袋裝置，進(jìn)行裝袋封口，隨后接觸到傳送帶進(jìn)行運(yùn)輸。傳輸電機(jī)運(yùn)作信號(hào)只需要一次，之后便進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)，直到接收到 PLC 給出的停止信號(hào)。

2. 5.2雜質(zhì)檢測(cè)控制邏輯。當(dāng)物料袋通過金屬檢測(cè)傳感器，如果發(fā)現(xiàn)袋中含有雜質(zhì)物體，檢測(cè)傳感器亮紅燈并發(fā)出警報(bào)。含有雜質(zhì)物料袋將由自動(dòng)撿選機(jī)器控制傳送帶上的擋板進(jìn)行剔除。合格的物料袋會(huì)繼續(xù)前進(jìn)運(yùn)輸?shù)较乱粋€(gè)環(huán)節(jié)。
3. 5.3.碼垛系統(tǒng)控制邏輯。在雜質(zhì)檢測(cè)傳感器之后裝設(shè)光電門，每有一個(gè)合格物料袋通過，傳感器給 PLC 一個(gè)輸 入信號(hào)，PLC 計(jì)數(shù)。
4. 5.4碼垛要求按照“2 豎4. 橫”進(jìn)行碼垛， 每垛 8 層。PLC 計(jì)數(shù)控制，2 個(gè)豎放，再 3 個(gè)控制機(jī)械爪放置物料袋前旋轉(zhuǎn) 90°。當(dāng) 8 層堆疊達(dá)到時(shí)，PLC 輸出一個(gè)換垛信號(hào)給推送機(jī)器，開始新的碼垛堆。
5. 6.MCGS 人機(jī)交互

本系統(tǒng)選用了某公司TPC7062Ti 型號(hào)的MCGS 組態(tài)軟件。本組態(tài)軟件采用的是嵌入版，具有操作方便、功能完備、可視性好、可維護(hù)性高等特點(diǎn)。并能提供形象生動(dòng)的模擬實(shí)物動(dòng)畫畫面：利用圖形及實(shí)物仿真圖，為實(shí)際

操作員提供相應(yīng)的實(shí)時(shí)信息，可使工人遠(yuǎn)程控制流水線， 遠(yuǎn)離惡劣工作環(huán)境。

該人機(jī)交互界面可以實(shí)現(xiàn)對(duì)整條包裝碼垛流水線的實(shí)時(shí)監(jiān)控，包括監(jiān)控物料倒斗，設(shè)定倒斗質(zhì)量，各傳感器工作狀態(tài)檢測(cè)，光電開關(guān)計(jì)數(shù)等。在操作界面設(shè)定預(yù)設(shè)值后系統(tǒng)就可開始工作。當(dāng)物料經(jīng)過金屬檢測(cè)傳感器并檢出雜質(zhì)時(shí)，傳感器亮燈警報(bào)。光電計(jì)數(shù)開關(guān)在傳送帶部分與碼垛機(jī)械臂運(yùn)行部分，用于對(duì)物料數(shù)量進(jìn)行檢測(cè)。

該人機(jī)交互界面，可以實(shí)現(xiàn)即時(shí)數(shù)據(jù)收發(fā)與修改，使該系統(tǒng)的控制變得更加簡便，提高生產(chǎn)效率。

7.結(jié)語

該設(shè)計(jì)是基于 PLC 的全自動(dòng)包裝碼垛生產(chǎn)線控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，PLC 控制技術(shù)在該設(shè)計(jì)中是重要的核心。其中實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)控制是本設(shè)計(jì)的重點(diǎn)要求，為了完成這個(gè)目的，在基于 PLC 技術(shù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合了現(xiàn)場(chǎng)總線以及各類機(jī)電一體化技術(shù)。從而完成了設(shè)計(jì)的全自動(dòng)包裝碼垛生產(chǎn)線的工藝過程及其動(dòng)作流程。與此同時(shí)，完成了生產(chǎn)線控制系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計(jì)以及調(diào)試，讓該系統(tǒng)能夠按照預(yù)期的目標(biāo)正常地運(yùn)作。

 

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