半自动纸箱包装机PLC控制系统设计

刘志东　张含叶　黄刚

摘要：为了解决目前纸箱手工包装效率低的问题，设计一种半自动纸箱包装机PLC控制系统。 阐述了半自动纸箱包装机的基本结构及其工作原理，确定了PLC的型号，建立了PLC控制器的I/O点数分配方案，设计了PLC控制系统电气原理图和程序流程。该控制系统运行平稳、操作方便、稳定性好、半自动化程度高。在纸箱尺寸标准、无变形的情况下，系统能够完成产品的包装工作。系统的应用满足了控制要求，提高了生产效率，节约了劳动成本，适用于中小型商品的快速包装，具有很大的应用空间。

Abstract： In order to solve the problem of low efficiency of manual packaging， the PLC control system of semi-automatic carton packaging machine is designed. First of all， the basic structure and working principle of semi-automatic carton packaging machine were expounded. Secondly， the model of PLC was determined. Thirdly， the I/O point allocation scheme of PLC controller was established. Finally， the electrical schematic diagram and program flow of PLC control system were designed. The control system is stable， easy to operate， stable and of high semi-automatic. When the carton size is standard and no deformation， the system can complete the packaging work of the products. The application of the system meets the control requirements， improves production efficiency， saves labor cost， and is suitable for the fast packing of small and medium-sized goods and has great application space.

關键词：纸箱包装机；PLC；控制系统

Key words： carton packaging machine；programmable logic controller；control system

中图分类号：TB486 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2018）32-0111-03

0 引言

随着生活节奏的加快，人们的生活越来越网络化，网络购物应运而生且受到热捧并迅速走红，成为一股新的时尚潮流，开始引导人们的购物方式。由于网络商品经营成本低、客源广、利润高，许多商户纷纷从实体店经营转为了网络经营。

由于网络商品都是采用快递的方式邮寄给买家，因此发货前商品的包装成为必不可少 的一环。目前，大多数商户都是手工包装，一旦碰上购物旺季往往会因忙不过来而耽误商品的包装发货。为了帮助网络商户解决包装问题，本文设计了半自动纸箱包装机PLC控制系统。

1 半自动纸箱包装机的结构及工作原理

1.1 半自动纸箱包装机的结构

半自动纸箱包装机的基本结构由机械系统和控制系统两部分组成，其中机械系统由托盘转动机构、开箱成形机构和折叶折曲机构组成，如图1所示[1]。

1.2 半自动纸箱包装机的工作原理

半自动纸箱包装机的工作原理如图2所示。

2 控制系统设计

因为PLC具有可靠性高、寿命长、易于维护、接线少、编程简单等优点，所以半自动纸箱包装机采用PLC控制[2-3]。

系统主要实现的功能如下：

①对存/取物品以及复位这三个主要动作提供原始触发信号，通过对应的接触器、继电器以及电气连接使得驱动传动得以顺利工作，从而将动力传给托盘转动机构、开箱成形机构和折叶折曲机构，以便完成纸箱的包装。

②要使气缸运动精确、平稳、安全，为此设计PLC来控制电机，使得电机的启动、运行和停止这三个动作满足包装机的存取效率、运动精度、稳定性和安全性要求。

2.1 控制系统组成

PLC 控制系统组成[4-6]如图3所示。

2.2 PLC型号选择

德国西门公司的 S7-200 PLC[7-11]，其适用于各种场合中的检测及控制。该 PLC 模块上有集成的I/O 点数为：14点开关量输入，10点开关量输出。另外它还集成有模拟量输入与输出点，可以直接用于模拟量控系统。它运行稳定、使用简单方便、价格便宜，具有良好的模块扩展能力，因此结合本设计要求，选用S7-200 PLC。

2.3 I/O地址分配

半自动纸箱包装机控制系统具体的输入/输出（即I/O分配[12-15]）如表1和表2所示。

2.4 控制系统电气原理图

PLC控制系统电气原理图如图4所示。

2.5 程序流程

下面为半自动纸箱包装机的程序流程：

①按下启动按钮，气缸1在电磁换向阀1通电条件下推杆向下运动，行程200mm；

②气缸1触发光电门1，使连接真空发生器的电磁阀2开始工作，吸盘带动纸箱成型；

③气缸1在电磁换向阀1的控制下向上运动行程200mm；

④气缸2在电磁换向阀3的控制下推杆向左运动，行程200mm触发光电门2，等待2s；

⑤气缸3，4在电磁换向阀4的控制下向左运动接触光电门3，行程100mm同时气缸2在电磁换向阀3的控制下向右回程，行程200mm；

⑥气缸5在电磁换向阀5的控制下推杆运动，行程100mm触发光电门4；

⑦电磁换向阀4在光电门4信号下使气缸3，4的推杆向右退回行程为100mm；

⑧电磁换向阀2控制真空发生器停止工作；

⑨步进电机开始顺时针旋转90°；

⑩停留2s（截断胶带）；

{11}气缸5接受电磁换向阀5信号推杆向 左回程100mm；

{12}步进电机旋转180°；

{13}等待20s（放置货物）；

{14}步进电机接着顺时针旋转270°；

{15}气缸2在电磁换向阀3的控制下推杆向左运动，行程200mm触发光电门2，等待2s；

{16}气缸3，4在电磁换向阀4的控制下向左运动接触光电门3，行程100mm同时气缸2在电磁换向阀3的控制下向右回程，行程200mm；

{17}气缸5在电磁换向阀5的控制下推杆运动，行程100mm触发光电门4；

{18}电磁换向阀4在光电门4信号下使气缸3，4的推杆向右退回行程为100mm；

{19}步进电机开始顺时针旋转90°；

{20}停留2s（截断胶带）；

{21}气缸5接受电磁换向阀5信号推杆向左回程100mm；

{22}步进电机旋转90°；

{23}步进电机旋转90°；

{24}取出纸箱，程序结束。

3 结论

本文介绍了半自动纸箱包装机的基本结构及其工作原理，确定了PLC的型号，并对PLC控制器的I/O点数进行了分配，最后设计了PLC控制系统电气原理图和程序流程。本文研制的半自动纸箱包装机适用于中小型商品的快速包装，移动方便、成本低、效率高，具有很大的应用空间。

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