基于PLC与伺服驱动控制的烟箱自动剪带与回收系统研究

朱建新 赵淑华 付 恒 杨万华 韩 明

（1.河南中烟工业有限责任公司安阳卷烟厂，河南安阳 455000；2.安阳钢铁股份有限公司，河南安阳 455000）

0 引言

烟草外包装箱的剪带是烟草行业生产过程中的一个重要环节，传统开箱主要依靠人工进行，劳动强度大，效率低，且存在安全隐患。一些厂家采用机器人实现自动拆箱，存在成本高的问题。鉴于此，本文采用机器视觉、伺服驱动、PLC、触摸屏、工业网络通信等先进的技术和设备，实现打包带精准定位、剪切，并就地回收、粉碎，全自动运行，提升了企业的生产效率，节约了资源。

1 自动剪带与回收系统结构设计

烟箱自动剪带与回收系统位于烟箱拆包的前段环节，针对人工去除打包带的过程实现自动化操作，除进出口位置外，其余部位均采用全密封结构设计，实现人机的完全隔离，确保使用过程中的人身安全。

如图1所示，输送线上部设置有剪带装置，通过视觉检测，确保每根打包带的位置准确，并合理避让存在有碍裁剪的风险，如金属扣等的位置，通过输送机构的精准调节，减少对裁剪设备的损伤，延长设备的使用寿命。输送带的底部设置有打包带的回收及粉碎机构，回收机构将已经剪断了的打包带统一集中到设备中部，通过下拉机构将打包带拖入粉碎机构中进行粉碎，从而大大减小了打包带的体积，减少了员工规整打包带的时间，避免了因打包带过长或剪切部位过于锋利造成的人员伤害，更利于打包带的二次回收利用。

裁剪完毕后，位于箱体底部滚轮间的顶升机构会将烟箱托离滚筒面50 mm，此时位于滚轮间的打包带收集机构会同步上移，并将打包带汇拢到设备中央，然后整体实现下拉动作，将打包带拉入输送辊中。粉碎装置结构如图2所示。输送辊与粉碎刀待机时为分开状态，当水平支撑导轨将打包带拉下时，输送辊合拢并转动将打包带牵引至粉碎刀进行粉碎处理。合拢的抓手会自动回到原位待命；因为高度有限，如将粉碎后的废料直接落入刀头下方的废料箱，废料箱的存储量会很少，因此粉碎的废料会落入输送器中，废料会通过输送器输送到隔壁更大的废料箱中，以降低清运的频率。

2 控制系统设计

裁剪工位所对应的输送带为多驱动独立控制的输送机结构，当检测到有烟箱过来时，对应输送带会单独运行，将烟箱输送到指定位置时，输送机构停机，位于支撑架上部的视觉检测装置将对烟箱进行拍照，当发现烟箱上打包带有金属接头时，系统会自动计算出避让位置，通过输送机构对烟箱进行微调，以避免电剪在剪切时触碰到金属接口而损坏刀头，缩短电剪的使用寿命。

开箱机采用PLC作为控制系统的核心，控制系统结构如图3所示。通过安装在设备上的传感器检测设备运行状态，并经PLC运算处理，输出控制信号控制设备自动运行。PLC与信息化生产管理系统采用工业以太网传输，可以通过工业网络远程监控设备的运行状态，显示生产工艺流程，统计产量及各种故障示警信息。通过人机交互界面，可对每班进料进行数据记录，并与车间MES系统数据共享，实现历史数据可追溯管理。

本系统选择汇川H3U-1616MT PLC作为主控制器，选择SV610伺服驱动器作为执行机构，控制输送、收带、压带电机运行。SV610伺服驱动器是汇川研制的高性能中小功率的交流伺服驱动器，支持Modbus、CANOpen等通信协议。采用昆仑通泰HMI触摸屏作为人机界面，负责参数设置和运行状态监控。机器视觉检测采用MGS502（M）-H2千兆网工业相机，像素5.0MP。激光测距传感器采用4～20 mA模拟量输出。PLC数字量接口地址分配如表1所示，PLC控制电路如图4所示。

收带、压带及剪切设备主回路电气原理图如图5所示。

3 实验研究

根据上述方案设计制作了样机，如图6所示。

经过现场实验测试，该系统可以实现烟箱无人工干预自动开箱，改善了劳动环境；在打包带拆除的同时，采用自动抽取式回收密闭粉碎储存，实现了资源回收；配备人机交互界面，可对每班进料进行数据记录，并与车间MES系统数据共享，实现了历史数据可追溯管理。该装置完全独立，原产线及设备的操作功能和操作方式均保留不变，接线方式均保持不变，不会对原产线设备造成任何影响。

4 结语

本文所述烟箱自动剪带与回收系统不占用周边的宝贵资源，不影响整体产线的生产节拍，使作业面与人员活动区域完全分离，安全性更高。实际应用表明，该系统提升了生产效率，改善了劳动环境，节约了资源，具有广阔的应用前景。