基于plc的自动装箱机控制系统的设计

1 前言

1.1 自动装箱机的发展概况

在现代自动包装流水线中，装箱机是整个流水线系统运行的重要部分。装箱机是一种将没有包装的产品或者小包装的产品经过按照一定的方式排列、计数半自动或者自动装入包装容器，目前，国内生产的自动装箱机可以对盒类产品、玻璃瓶、塑料瓶、异形瓶、塑料桶、金装的一种设备。 1.1.1 国内发展现状

目前，国内生产的自动装箱机可以对盒类产品、瓶类、枕形袋等产品进行包装。首先是箱子成型，在操作过程中，拾取未成型的纸箱一侧，拉动这一侧将纸箱成四方形，将纸箱的底部折边并粘贴好，纸箱就成型了，然后将产品按照规定计数排列，并填充到箱内，最后将箱子封口并输送到下一条生产线。对于软包装产品的装箱一般采用箱子成型和物料收集和填充同时进行的方式，这样可以有效提高装箱的速度。而瓶子、易拉罐等刚性产品经过排列计数，由自动装箱机的抓手按夹紧产品后送入入包装容器内。装箱完成后，对有特殊要求的产品包装还配备了封箱和捆扎等辅助功能，自动进行封箱和捆扎。

我国自动装箱机制造业起步较晚。目前，国内生产制造装箱机的企业较少。最近几年，随着科技的发展和创新，国产自动装箱机在产品结构、装箱效率和技术创新方面取得了较大的发展。比如，我国江西德赛特包装机械设备有限公司研发成功的多功能全自动装箱机的多项性能指标都达到了国际先进水平。

这项多功能自动装箱机适用于各种规格，多种形状多种类型的瓶类产品的包装。该装箱机的特点是可以根据装箱的要求，将产品自动分道并按要求排列。在控制方面，它采用伺服系统，因此定位准确可靠、动作稳定，可以自动完成瓶子的抓取、提升、移动、下降等装箱动作，对于有分区的纸箱，抓瓶器还可以将瓶子自动抓取放进纸箱的分区内。该设备较传统装箱机的优越性体现在：

（1）由PLC控制，采用伺服驱动器和变频器，启动和停止均缓慢平稳； （2）切换到一个不同的瓶型，只需要更换抓瓶器；

（3）用变频器对装箱的速度进行无级调速，能有效契合工厂流水线的生产速度。生产效率极高，生产速度可以高达20000～100000瓶/h；

（4）该机配备了光电安全保护装置，当装箱过程中出现缺瓶、缺箱、箱子堆积、错位等现象时，能立即自动停机，以免发生安全故障。

1.1.2 国外发展现状

国外自动装箱机技术起步较早，在产品的高效率，多样化，自动化等诸多方面都优于我国。

下面以国外新进自动装箱设备为例，介绍国外的先进技术（该资料参考中国包装联合会纸包装委员会专家委员会发布的《装箱机的发展趋势》）：

德国一公司研制的自动装箱机，能够连续包装不同规格，不同型号，不不同尺寸的多种产品，该机装箱速度较快，对于盒类产品装箱速度可以达到每分钟25箱。此外，该机采用PLC控制，可以垂直输送纸箱，自动更换多种规格的辅助装置，设有安全自锁，积货自动停机等多种功能。

目前，ABC公司研发出的新型自动装箱机，在装箱的同时，可以同步在高速生产线上完成纸箱外部各个方向的印刷，包括企业商标、产品批号、生产日期、产品说明等信息。

1.2 自动装箱机的发展前景

中国包装联合会纸包装委员会专家委员会调查的资料显示，目前，全球包括自动装箱机在内的包装机械需求每年正以6.3%的速度增长。而全球包装机械市场上的设备大约有35%来自德国，其余大部分来自于是美国、日本等国家。国内一些跨国公司和外资企业大多使用从国外进口的自动装箱设备。调查显示，截止至2010年，国内包装机械市场总需求量约为1300亿元，其中装箱设备具有非常大的市场需求潜力。此外，装箱机在金属容器生产领域内的应用也非常广泛。据调查，全国生产罐装产品的企业有一千多家，假如每个企业配置2至4台装箱机，那么市场将达到2000～4000台，销售额可达12～24亿人民币。由此可见，装箱机在国内的市场极为广阔。

面对乐观的国内装箱机市场，我国包装机械行业的一个重点是：和世界先进水平看齐，创新技术，完善性能、研发拥有自主知识产权的装箱设备。

我国自动装箱机制造业起步较晚。目前，国内生产制造装箱机的企业较少。国产装箱机与世界先进水平还有很大的差距，还不能满足国内市场需求，适应国际市场的竞争环境。国产设备在自动化程度和装箱精度等方面还比较低。性能不稳定、结构复杂、能耗高、维修麻烦、装箱效率低是国产装箱机急需解决的问题。

2 自动装箱机总体设计构想

目前，我国产品的生产模式越来越趋近于现代化，规模化。这就需要对产品排列、计数及包装等工作流程设计出一套完整的自动化生产线，来代替人工操作。

本章将从自动装箱机控制系统设计的构思、设计流程及主要部件选择等方面，对电气控制系统进行简要阐述。

2.1 自动装箱机的定义及特点

自动装箱机的概念：

装箱机是整个流水线系统运行的重要部分。装箱机是一种将没有包装的产品或者小包装的产品经过按照一定的方式排列、计数半自动或者自动装入包装容器。一般，该设备还具有开箱、封箱、捆扎等功能。

自动装箱的设计整体上要体现如下的特点：

（1）根据装箱要求，能自动对产品准确计数，并按要求整理排列。 （2）技术先进，结构新颖，整体紧凑。

（3）可适用于多种产品装箱。比如瓶类、盒类袋类、桶类系列。 （4）整体性较好，要易于移动，便于和生产流水线组合使用。 （5）电脑远程控制，操作简单，维维修方便，动作平稳。。 （6）装箱精确性要高。

2.2 自动装箱机的基本结构及各装置作用

设计参数要求：

生产能力：5～10箱/分钟 盒子尺寸：10 cm×10 cm×15cm 箱子尺寸： 22 cm×32 cm×32cm 功率：50Hz 380V 重量：每盒约100g 盒类产品进箱方式：水平 盒装产品个数：4×2×2＝16

根据设计任务书的设计参数要求，自动装箱机主要包括产品输送装置，导向装置，旋转装置1，侧推装置1，侧推装置2，旋转装置2，积货报警装置。

以下是各装置的作用及特点：