纸箱自动包装机LC控制系统设计
摘 要纸箱自动包装机是纸箱包装的重要设备，在信息技术与自动化技术快速发展的现代社会PLC技术已经被运用到纸箱自动包装机上，纸箱自动包装PLC控制系统的设计需要选择PLC技术，分配I/O地址以及进行外部接线安排。现文章主要针对纸箱自动包装机PLC控制系统设计进行研究，并且以纸箱自动包装喷胶PLC控制系统为例进行具体的分析。
【关键词】纸箱自動包装 PLC控制系统 系统设计
在现代商业生产流通领域中产品的流通与运输都离不开包装。在众多包装形式中纸箱包装的应用最为广泛。纸箱自动包装机PLC控制系统设计可以弥补传统纸箱自动包装的缺陷，使得纸箱自动包装更加高效。
1 纸箱自动包装机结构与工作原理
纸箱自动包装机最大的特征就是按照包装结构形式需求，经过压痕的纸板在进行物品包装的时候自动折叠成为纸箱来进行物品的装载，进而实现纸箱包装的效果。纸箱自动包装机的设备结构主要由纸板供给、待装箱产品输送、取纸箱板、纸板传送、纸箱折叠成型、喷胶、封箱粘合等构成。其中，纸箱板供给部分由纸箱板储存库、纸箱板等待工位、纸箱板水平输送、纸箱板供给副托叉等，以完成对纸箱自动包装机的纸箱板供应，以满足纸箱自动包装机对纸箱板的不间断供应需求，使得纸箱板的供应更加顺畅。待装箱产品输送分为两个部分，其中一部分是变频调速控制电机运行速度，使得包装线上的待装箱产品可以根据系统设计规律来进行输送，其中的缺货检测保证待装箱产品的连续供应。另外一部分是包装机的主驱动通过机械传送，按照主机运行的节奏来进行传输待装箱产品。取纸箱板是通过包装机伺服点击驱动，通过从动的方式来与主驱动进行同步工作，带有两组吸盘，两组吸盘交替取纸板，从而可以提升取纸板的效率。纸板传送是将纸板通过不同工位传送到上货处，动力由主驱动提供，其中的缺纸板检测可以保证纸板的充分供给。推货结构部分是进行分货后的整理，通过推货杆来进行推货处理，货在经过无动力过渡板时可以排列的更加紧密，进而提升包装质量。纸箱折叠成型，喷胶、封箱粘合完成，按照纸箱的结构来确定具体喷胶的位置，封箱粘合的程度要适当合理，以保证封箱的质量。
2 纸箱自动包装PLC控制系统设计
2.1 PLC技术
纸箱自动包装机的主要特点是动作繁杂，十分容易受到外界信号的影响与感染，并且在针对不同产品进行包装的时候需要辨别不同的种类与规格，这一要求给纸箱包装设计带来了一定的操作困难。伴随着计算机技术与与自动化技术的发展，人们开始使用可编程控制技术，即为PLC技术运用在纸箱包装机中，以便对纸箱包装机进行有效合理的控制。PLC技术为可编程逻辑控制器，其采用一类可编程存储器，主要用于内部存储程序、逻辑运算、顺序控制、定时、计数以及算数操作等面对用户的指令，并且利用数字与模拟式的输入输出控制不同的机械设备或生产过程。PLC技术是以微处理器为核心的数字运算处理电子系统装置，主要用于工业应用，能够控制各种机械设备的工作以及生产过程。PLC技术是计算机技术与传统的继电控制技术融合的产物，弥补了继电控制系统中机械接触点接线复杂、可靠性较低、能源消耗高、灵活性较差的缺陷，充分利用了微处理器的优点，同时对现场操作人员的要求较低。尤其是PLC的程序编制，不是专业的计算编程人才也可以使用。PLC技术使用了继电器梯形图为基础的简单指令形式，可以使得操作人员通过形象、直观的画面来进行操作。后期使用的调试、差错与维护也相对简易。PLC技术运用在纸箱自动包装机上只需要进行少量的程序编制工作就可以高效的将PLC技术运用到生产实践中。
2.2 纸箱自动包装PLC控制系统设计
2.2.1 纸箱自动包装PLC控制系统
对于纸箱包装机的PLC控制系统来说，主要是根据待装箱产品的工艺流程对其中不同的部分进行协调管理。对于纸箱自动包装机控制系统来说，主要控制内容就是纸板的供应、待装箱产品的传输、纸箱装箱成型、喷胶封箱等一系列过程。为了高校的完成纸箱包装工作，并且满足纸箱包装的共组哦需求，本次设计的PLC自动控制系统包括各类型光电开关、接近开关、磁性开关、电磁阀、内部控制系统等。上述结构为PLC自动控制系统的设计打下了一定的物质基础。
（1）PLC技术的选择。纸箱自动包装机主要有两种工作模式，分别为自动连接与手动连接。自动连接与手动连接需要根据纸箱自动包装的实际需求来进行选择。因此，在使用PLC技术时也需要结合实际情况来进行选择，并且将经济性因素考虑进去。由于纸箱自动包装机的设备输入点与输出点之间并不相同，因此操作人员需要结合相应的设备并且加以利用，以达到控制伺服电机的目的。
（2）分配输入输出地址。纸箱自动包装机在分配输出、输入地址任务的过程中可以按照PLC控制系统的输入、输出点数及其相关性的控制来进行，以便更好的保证纸箱自动包装机的正常工作。
（3）PLC系统外部接线安排。PLC外部接线图的设计需要按照纸箱自动包装机的输入点数、输出点数和内部控制实际需求来进行接线安排。对于一般控制系统来说，常用的PLC外部接线设计需要进行合理的优化处理，同时兼顾一定的抗电磁干扰功能。
2.2.2 纸箱自动包装PLC控制系统设计——以喷胶控制系统为例
纸箱自动包装PLC控制系统中的喷胶控制系统是纸箱自动包装中的关键环节，喷胶控制系统主要是哦用于粘箱式纸箱自动包装，工作原理是使用熔胶系统将热熔胶溶解成为液体，然后再使用电磁阀来对喷嘴阀芯进行控制。在压缩空气的作用下把融化了的热熔胶呈条状喷射到纸箱的面上，待热熔胶温度下降冷却后就完成了纸箱的粘合工作。这种通过热熔胶粘合的技术不会使用到金属钉子，更加有助于保证纸箱内货物的安全，尤其是当纸箱内存储的货物为软质物体与液体物体的时候热熔胶的使用尤其重要，并且也是的纸箱更加坚固耐用，有利于纸箱内物品的长途运输。另外，由于纸箱的粘合不需要钉子，所以纸箱在回收时更具有环保效果。同时，这一方法中的热熔胶缝合控制的水平将会直接影响到纸箱的自动包装的质量。根据当前纸箱自动包装的要求，PLC技术下的喷胶控制系统十分有必要，其能够根据纸箱规格大小的不同，灵活的调整热熔胶喷射的长度、方式以及时间，进而实现点、条、雾等不同的出胶形式。一般来说，常用的EVA热熔胶的喷胶过程中加热温度不得超出200摄氏度，否则胶体有可能出现燃烧。EVA热熔胶的冷却固化需要在室温下完成，较为理想的温度为15摄氏度到26摄氏度，室内湿度需要保持在50%。
纸箱自动包装机的PLC喷胶系统设计：纸箱自动包装的喷胶过程需要将热熔胶喷在需要包装的纸板上，需要精确的控制喷胶的位置、喷胶的长度以及喷胶的时间等具体参数，如参数控制不够合理则会影响到纸箱成型的最终质量。PLC技术下的喷胶控制系统原理如图1所示。其中，控制器会对温度与压力进行检测，以判断热熔胶的实时温度与压力，一旦温度与压力达到工作要求，则会驱动电磁阀转向，压缩空气经过胶管、胶分配器以及开关等部件直至喷嘴，处于熔融状态的EVA热熔胶将被喷射到纸箱表面；电机会持续带动喷胶头不同移动，以便在纸箱表面喷射出既定长度的胶条。在完成胶条喷射后，电磁阀会复位，压缩空气被截止而中断喷胶工作。通过人际交互界面可以对喷胶过程中的一系列参数进行设置。
系统硬件：本次系统设计考虑到喷胶加工工艺特点以及性价比，最终选择日本三菱公司生产的FX1N-40MR PLC作为控制器，作为喷胶系统现场数据收集、转换以及控制的设备。该PLC控制器结构紧凑，具有较高的通用性，配置相对更加灵活，不仅仅可以作为单独的PLC控制设备使用，还可以作用I/O子站，与现场总线以及多台PLC构成分布式的大型控制系统，对生产线进行批量化的操作。本次设计系统中的喷胶控制系统主要用于纸箱的粘合，需要在纸箱的三个受胶面（分别为两个侧面以及一个顶面）上准确的按照需求进行连续喷胶以及间断喷胶。系统中所需要使用的输入点有激活喷胶输入点、设备运行输入点等；系统中所需要使用的输出点有控制顶喷胶以及侧喷胶的气阀开关输出点、控制顶喷胶马达离合器结合的输出点，在设备运行中加热降温或气压不足需要停机的输出点等。
系统软件：PLC控制系统为扫描工作方式，每一个扫描周期分为三个阶段，分别为输入扫描、程序制定以及输出刷新。在按下设备开关后，空气压缩机以及设备熔胶系统则会进行工作，经过空气压力继电器以及温度控制器对温度以及压力进行检测，当温度与压力达到预先设定的数值时，空气压力继电器与温度控制器的常开触点闭合，初步完成喷胶工作的条件；进而PLC技术将获取控制面板中事前输入的喷胶方式、喷胶时间、喷胶长度、喷胶量等不同数据来进行喷胶，同时对喷胶头的安全门进行复核，保证其处于关闭状态。喷胶进行中的温度高达150摄氏度，并且在喷胶时处于喷射状态，因此需要在喷胶头周边装设有机玻璃安全门以保证安全。喷胶头在正常工作的时候，安全门处于关闭状态，以便保证喷胶的安全进行，同时还可以实时观察喷胶的喷射状态。假如安全门由于故障或其他原因被打开，则喷胶设备会紧急制动停止，在安全门正常关闭后点击复位按钮则可以让设备继续进行喷胶。而后，电磁阀得电换向，喷胶头打开，熔胶会在其自身的压力下自动喷出。在喷胶粘合的过程中喷胶的程度需要控制电机拉动喷头按照预定轨迹运动来完成，电机的运行以及喷胶头的持续喷胶能够喷射出指定长度的胶条。通过PLC可以自由设定喷胶时间，并且在既定标准范围内任意调节喷胶量。通过，利用PLC可以控制喷胶头以间歇式的方式在纸箱的侧面喷出任意长度、连续或断续的胶段。喷胶头的开关主要由电磁阀的换向来完成。当熔胶压力得到预先设定值后，电磁阀的电换向，喷胶头则打开进行喷胶，安全门关闭；当达到预先设定时间后，电磁阀失电转向，喷胶头关闭停止工作。图2为PLC控制喷胶系统流程图。
系统调试：喷胶PLC控制系统的调试分为软件与硬件调试两个部分。其中，硬件调试主要检查设备的电控元件是否正常、线路连接是否正常、设备的抗干扰手段是否生效；软件调试主要对系统进行整体调试，再分模块进行逐步调试，以分析每一模块是否能满足生产需求，做好后期软件维护工作，避免工作异常情况出现。
3 结束语
纸箱自动包装机PLC控制系统的设计需要根据待包装对象的特点来进行程序的编写，通过设置不同的数据参与来达到待包装对象的包装需求。PLC控制系统弥补了传统继电器控制机械的缺陷，使得纸箱自动包装的效率更高、质量更好、安全性更高。本文以纸箱自动包装机喷胶PLC控制系统为例进行了研究，认为PLC控制系统使用便捷，安全可靠，效率更高，值得在纸箱自动包装中投入使用。
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作者简介
林光濂（1961-），男，广东省江门市人。江门市科业电器制造有限公司总经理、工程师。研究方向为机电一体化设备的设计、产品开发、生产技术管理，机械设计、开发。
作者单位
江门市科业电器制造有限公司 广东省江门市 529000