便于产品码垛或包装的自动排列输送系统

王立源

摘要：随着工业控制技术的不断发展，机械设备不断集成为一个机电一体化综合体，自动控制逐渐取代人工操作。可编程控制器是一种以微处理器为核心，集计算机技术、通信技术和自动化技术于一体的新型工业自动控制装置。21世纪以来，可编程逻辑控制器已成为工业自动化领域的领先控制设备，在工业生产自动化的四大支柱（可编程逻辑控制器、机器人、数控机床、计算机辅助设计和制造）中排名第一。它的应用程度已经成为衡量一个国家工业进步和自动化程度的标志。包装码垛自动生产线控制系统的设计主要基于可编程控制器的集成控制。结合WinCC、工业以太网和PLC，实现了控制系统三层结构之间的通信和监控，增强了系统的综合自动化水平，提高了生产系统的整体经济效益，具有重要的现实意义。

关键词：包装袋;码垛;PLC全自动;

软包装袋全自动码垛生产线是自动化生产线上必不可少的自动包装设备，是一种机、电、气动一体化的高技术产品，控制系统以西门子作为控制核心，采用PLC结合变频调速功能控制生产线运行，实现动作执行可靠及联锁到位，实现倒袋、整形、转位、编组、推袋、压袋、码垛、托盘及垛盘的输送等自动工作，全面提高输送效率及包装质量，主要用于化工、粮食、药品等行业的粉、粒、块状物料（如面粉、水泥、化肥等）包装袋的全自动码垛，整套产品可以替代同类进口产品及机器人码垛功能。

一、软包装袋码垛生产线总体方案的设计

1.概述。软包装袋码垛生产线由于所包装的物料有着不同的特性，所以料袋有着不同的规格型号，但所完成的码垛功能不变，所以当码垛不同料袋时，码垛生产线的基本构成变化不是很大。该文中的码垛生产线主要针对水泥编织袋设计，水泥料袋尺寸为650×400×150 mm、灌装重量为50 kg。软包装袋码垛生产线的组成部分主要有倒袋装置①、斜坡输送机②、单袋整形装置③、转位装置④、缓停输送机⑤、编组装置⑥、推袋装置⑦、压袋装置⑧、分层机⑨、升降机⑩、垛盘输送机、承垛输送机、托盘输送机、以及托盘仓。

2.软包装袋码垛生产线的工艺流程。软包装袋码垛生产线的工艺流程如下所示：灌装好的料袋经过输送机送入码垛生产线，首先倒袋装置把灌装好的料袋推倒放平、定向，使其以平卧的姿势顺着传送带输送;斜坡输送机用来完成料袋从低到高的输送，经过斜坡输送机到达单袋整形装置，单袋整形装置对不规则料袋进行压平，使得料袋变得规则、整齐;转位装置按照码垛需要对部分料袋进行旋转;缓停输送机在进入编组机之前对料袋起到了缓停作用;编组机是将缓停输送机输送来的料袋进行“2-3编组”即“2横”或“3竖”的编组;推袋装置将编组好的料袋推至缓停板或者分层机;分层机接到推袋装置输送过来的料袋后，打开闸门，使料袋落到垛盘上;压袋装置气缸伸出带动整形板对垛层进行整形，整形完毕后，整形气缸复位;升降机带动垛盘下降到特定的高度后闸门关闭，升降机带动垛盘上升到上限位等待下一层的码垛，即码垛好一层，重述上述动作，直到码垛好设定的码垛层数即为一垛后，升降机带动垛盘下降到承垛输送机，由垛盘输送机输出，等待叉车运走。与此同时，托盘仓会在控制系统的操縱下放出一个空托盘，由托盘输送机输送到码垛工位进行码垛。

3.包装码垛自动生产线。包装码垛自动生产线能够对PP、PE粒子、PVC、粮食等颗粒状、粉状物料进行装袋完成全自动包装码垛作业。在石油化工、化肥、食品、港口等行业广泛应用。方便了产品的储存、运输和销售，自动生产线具有操作简便，运行稳定，可视性强，维修方便等优点，通过与上位计算机或触摸屏连接，还能够对自动生产线实现实时监控、远程诊断和网络化管理。伴随科学技术的不断发展，在自动控制领域中计算机应用普及。包装码垛生产线把PLC作为控制核心，PC机经以太网与PLC进行连接通信，完成对各电机正反转、转速及各个中继器和接触器等的控制。主要的两部分组成是包装和码垛机械，物料经过装袋后通过装置最终码垛在仓库，

二、包装码垛自动生产线系统的组成及控制设计

包装码垛自动生产线一般由五大部分组成，包括动力系统、机械结构、计算机控制、传感器技术和执行元器件。生产线主要由包装和码垛两部分组成，包括自动定量包装机、自动上袋机、封口机、倒袋机、金属检测机、重量检验机、检选机、码垛机等单元组成。PLC对整个生产线的工作过程完成自动控制，当出现故障或供料不足，供袋、出垛不及时，系统自动进行声光报警。自动包装生产线核心部位的PLC控制系统，整个包装过程中运动复杂且动作多，使得控制系统不得不具有可靠性高、故障诊断能力强和良好的节能措施，来保证生产的稳定运行。而作为开关量的包装生产线各种控制具有I/O点数较多、动作关系复杂等特点，系统选择西门子PLC的S7-300系列，它网络功能强，板卡类别全面，可以根据控制系统的需要组合配置。

三、控制系统的通讯和监控实现

在包装码垛控制系统底层采用西门子S7-300对生产设备进行数据采集和功能执行。WinCC运行在工控机中，利用以太网与S7-300型号PLC进行数据通讯和控制。底层PLC通过CP1613进行数据采集，向上位机传递设备的实时参数WinCC进行变量设置和动作执行。同时WinCC也可以客户端将数据传送到局域网上的管理信息系统，实现网络监控。WinCC作为监控系统的构架基础，起到了控制效果。在工控机中，WinCC运用以太网与S7-300型号的PLC进行数据通讯和控制。底层PLC通过CP1613进行数据采集，向上位机传递设备的实时参数WinCC进行变量设置和动作执行。同时WinCC将数据输送到局域网上的管理信息系统，进行网络监控。信息监控系统可以分为底层PLC数据采集层，中间层WinCC监控层和信息管理层三个部分。本系统硬件主要包括传感器、西门子S7-300（包括扩展模拟量I/O模块、电源和数字量I/O模块等）、服务器、工控机和工业以太网卡等。系统的功能通过WinCC实现过程监控层。以下为配料系统涉及到的运行设备所有具体参数，下载的配料单，以及实时监视的整个系统生产情况。当遇到故障和报警时，定义相关故障点，解除了报警，维护了生产系统工作的稳定性，最大程度使工厂生产效率得以提高。控制系统分为参数配置和监控两部分。其中仓参数设置、混合机参数设置、称参数设置、配料单输入和手加料参数设置为参数配置。其中仓供加料用，一般都有多个仓可同时投入不同的原料、称实时提供当前原料重量、手加料使用户可以自行手动加料，解决部分原料本身量少或者仓加料出现误差情况，混合机用于原料按照设定程序混合的部分。监控部分的组成主要是运行界面和控制界面，整个系统的运行情况可以直观地在运行界面中观察，包括仓、称、混合机和手加料的运行情况及实时报警信息。图形化的直观界面可以让工作人员一目了然。而控制界面则更适应于工厂管理人员的操作，当出现故障时，详细鉴定故障及时排除，在最短时间内使系统恢复正常运行。控制界面包括很多具体控制单元。

总之，生产线控制系统基本完成了各项功能预期的目标，主要任务是PLC控制系统的设计和实现，监控系统的设计和部分实现，经历了部分现场调试及实验室调试，实现了系统的正常工作。经过组装调试，整套生产线满足生产需要，已经在科创食品机械有限公司得到初步运行，运行可靠，状态良好，可以替代同类进口产品及机器人码垛功能。

参考文献：

[1]廖宏宇.便于产品码垛或包装的自动排列输送系统研究.2020.

[2]赵志珍.基于PLC的全自动包装码垛生产线控制系统设计.2018.

[3]张伯胜.我国包装码垛机械的现状及发展趋势.2019.