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碼垛機是自動化生產線上必不可少的自動包裝設備,碼垛機通過對物品的輸送、旋轉、翻轉,堆積、組合等動作,實現(xiàn)物品各種形式堆疊、碼垛,將袋狀或者箱體類對象依照特定的次序和設定碼放在目標區(qū)域內,以便完成物品的搬運、存儲、裝卸、運輸等物流工作,可大大降低操作人員的勞動強度,提高輸送效率及包裝質量。
該文對軟包裝袋碼垛關鍵技術進行了系統(tǒng)研究,采用CAD/CAE技術實現(xiàn)軟包袋自動碼垛生產線的設計,全自動碼垛生產線主要由壓平輸送機、緩停輸送機、轉位輸送機、托盤倉、托盤輸送機、編組機、推袋裝置、碼垛裝置、垛盤輸送機等組成。碼垛過程在PLC控制下自動完成,正常運轉時無須人工干預,設備制造及維護簡單,成本低,碼垛效率高,主要用于化工、糧食、藥品等行業(yè)的粉、粒、塊狀物料（如面粉、水泥、化肥等）包裝袋的全自動碼垛,可替代昂貴的進口設備。
1軟包裝袋碼垛生產線總體方案的設計
1.1概述
軟包裝袋碼垛生產線由于所包裝的物料有著不同的特性,所以料袋有著不同的規(guī)格型號,但所完成的碼垛功能不變,所以當碼垛不同料袋時,碼垛生產線的基本構成變化不是很大。該文中的碼垛生產線主要針對水泥編織袋設計,水泥料袋尺寸為650×400×150mm、灌裝重量為50kg。軟包裝袋碼垛生產線的組成部分主要有倒袋裝置①、斜坡輸送機②、單袋整形裝置③、轉位裝置④、緩停輸送機⑤、編組裝置⑥、推袋裝置⑦、壓袋裝置⑧、分層機⑨、升降機⑩、垛盤輸送機、承垛輸送機、托盤輸送機、以及托盤倉。
1.2軟包裝袋碼垛生產線的工藝流程
軟包裝袋碼垛生產線的工藝流程如下所示:灌裝好的料袋經過輸送機送入碼垛生產線,首先倒袋裝置把灌裝好的料袋推倒放平、定向,使其以平臥的姿勢順著傳送帶輸送；斜坡輸送機用來完成料袋從低到高的輸送,經過斜坡輸送機到達單袋整形裝置,單袋整形裝置對不規(guī)則料袋進行壓平,使得料袋變得規(guī)則、整齊；轉位裝置按照碼垛需要對部分料袋進行旋轉；緩停輸送機在進入編組機之前對料袋起到了緩停作用；編組機是將緩停輸送機輸送來的料袋進行“2-3編組”即“2橫”或“3豎”的編組；推袋裝置將編組好的料袋推至緩停板或者分層機；分層機接到推袋裝置輸送過來的料袋后,打開閘門,使料袋落到垛盤上；壓袋裝置氣缸伸出帶動整形板對垛層進行整形,整形完畢后,整形氣缸復位；升降機帶動垛盤下降到特定的高度后閘門關閉,升降機帶動垛盤上升到上限位等待下一層的碼垛,即碼垛好一層,重述上述動作,直到碼垛好設定的碼垛層數即為一垛后,升降機帶動垛盤下降到承垛輸送機,由垛盤輸送機輸出,等待叉車運走。與此同時,托盤倉會在控制系統(tǒng)的操縱下放出一個空托盤,由托盤輸送機輸送到碼垛工位進行碼垛。
2軟包裝袋碼垛生產線控制系統(tǒng)的設計
控制系統(tǒng)是軟包裝袋碼垛生產線實現(xiàn)全自動碼垛的核心部件,是決定生產線性能的主要因素。碼垛生產線的各種控制為開關量,I/O點數較多,選用西門子的S7-200型PLC,因碼垛生產線中輸入/輸出端子數目較多,碼垛生產線上我們選用S7-200CPU226DC/DC/DC,以及一個EM223(16DI/16DO)和兩個EM221(16DI),總共有72個輸入點和32個輸出點,可以滿足控制需要。
碼垛生產線在工作時,各個環(huán)節(jié)都不是獨立存在的,彼此之間存在緊密的聯(lián)系,因此必須保證各個環(huán)節(jié)的適當配合,才能確保生產的順利進行。碼垛生產線的操作信號、工作狀態(tài)等信號作為輸入信號傳遞給PLC。其中手動輸入信號包含了各設備的啟動、停止等操作的28個按鈕,即28個輸入信號；位置檢測開關包括了升降機上限位等4個限位開關和料袋是否到位、托盤是否到位等37個光電開關,總計69個輸入信號。輸出信號用來控制碼垛生產線上各個電機、氣缸動作,其中控制接觸器有13個輸出,控制電磁閥有16個輸出。
為了滿足生產的需要,碼垛生產線需要有手動工作方式和自動工作方式兩種工作方式。在手動工作方式下,使用者需要操作就地箱按鈕來完成碼垛生產線的每一個動作,例如轉位、升降、釋放托盤等動作；在自動工作方式下,碼垛生產線通過子程序的調用控制各部分的動作,從而使得碼垛生產線能夠連續(xù)的工作,其總體控制流程圖如圖1所示。

3結語
經過組裝調試,整套生產線滿足生產需要,已經在威縣科創(chuàng)食品機械有限公司得到初步運行,運行可靠,狀態(tài)良好,可以替代同類進口產品及機器人碼垛功能。
 

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