基于光电控制技术的纸箱包装机的研制

当前国内近万家纸箱包装设备牛产企业，大多以生产全自动或半自动单元包装机械为主，智能化设备还处于研制阶段。而国外包装技术强国大多为自动化、智能化、集中控制的成套生产线，很少单机销售。据科技成果文献比对，我国的包装机械只有5%左右达到国外上个世纪90年代水平，20%达到80年代水平，60%才达到国外上个世纪70年代的水平。 　　一、现有的国内大多纸箱包装机械设备主要技术缺陷有： 　　①吸纸板机构是种纸板立式侧吸纸板机构。由于进给力度不均匀，导致吸纸板不稳定，易产牛错位或空位，性能不稳定;纸板有时不能平稳、迅速被吸到设定位置，影响牛产。②纸箱机入口经常塞瓶，主要原因是入口处没有外力疏松作用。③各机构共用个普通电机构成个大的传动链。由于各部位扭矩不等，导致出现输送抖动现象，物料(瓶子)因此不能确保从各部位平稳过渡，而出现倾倒或错位。④传动链太长，长时间运动，易产牛延伸，如不及时张紧，将会导致错位或不同步现象。⑤电气控制板处理速度慢，影响牛产能力的发挥。⑥外部结构是封闭的，操作及维修不便。 　　本文在研究和消化国内外纸箱包装机的基础上提出厂采用光机电体化技术和自动化技术网，代替传统的控制技术。 　　二、纸箱包装机总体结构设计 　　1、纸箱包装机的结构 　　纸箱包装机械从功能上可分三部分:纸板供送部分，纸箱成型装箱作业部分，喷胶封箱整型作业三部分。这种新型的全自动纸箱包装机，包括机体及在其上依包装物进出工艺顺序排列的纸板仓、吸纸板机构、纸板爬坡输送机构、分瓶机构、赶瓶机构、上胶机构、折箱输送机构、折页机构、中间传输机构及压合成型机构，其特征在于纸板仓内设有主纸板托，是一种水平放置的步进垂直升降式机构，吸纸板机构相应是一种平移式的机构。 　　2、纸箱包装机的工作原理 　　纸板仓的纸板进口方向与机体的工艺传动方向垂直设置，在纸板进口外侧连接有进纸板传动机构。 　　在所述主纸板托的外侧还设有中继纸板托，是种平移、步进式垂直升降机构。图中1至13部分各自连接有驱动电机机体的侧壁是敞开的，无侧板、上盖，可以及时发现机器各部位故障，及时维修在纸板仓2内设有主纸板托，种水平放置的步进垂直升降式主纸板托。与之相应，吸纸板机构3是种可以左右平移的吸纸板机构，用来将纸板从主纸板托或中继纸板托13上打开，在纸板进口外侧连接有进纸板传动机构12，具体可以是种滚轴式输送机。在主纸板托的外侧设有，种可执行左、右平移和步进垂直升降两个位置动作的中继纸板托13。其作用是当主纸板托上的纸板快被送完时，右平移，从剩余纸板底部林换主纸板托将其托住，继续给吸纸板机构3供料，主纸板托则可被腾出来重新从纸板传动机构12上托起新的探纸板，待中继纸板托13上的纸板送完时，左平移复位，由主纸板托继续向纸板传动机构12供应纸板，达到连续不间断生产的目的。 三、控制与驱动系统设计 　　1、主控制器设计 　　主要包括模拟量控制、光源控制、传感器控制、定位控制、传动控制、气动控制、工艺过程、工艺参数、运行故障、安全防护、产品质量等控制。要求控制的准确性和实时性采用单片机、可编程逻辑控制器及辅助系统来实现。 　　2、多电机拖动的同步技术与伺服传动技术 　　包装物品由主传动系统传送，各种包装辅助材料由供送系统传送，它们之间的动作必须协调配合，控制上严格保持致，采用多电机拖动的同步技术利用伺服传动技术代替常规传动部件，使包装机具有执行、反馈、自适应等功能。 　　3、在线检测和监控系统设计 　　应用计算机在线检测，可定点检测，也可实时检测采用光电传感器对机工况参数(振动、噪音、温度等)进行采集，将测定值与规定的正常值比较，以判别机器状态变化的趋势规律，可对机器的状态做出顶测和顶报，实现牛产过程的实时监控。 　　4、操作系统设计 　　实现变频控制技术与触摸屏操作技术的联合应用包装机械在自动、手动、调试等工作方式时，对设备运行速度由不同的要求，选择变频控制技术。变频器配备通信模块，通过RS-485接口可在操作站触摸屏上显示和设定主驱动参数。触摸屏作为PLC的接口，能进行与检测有关参数的设置，能显示常用数据，操作方便，界面友好。 　　5、快速成形系统设计 　　通过设计出所需零件的计算机三维模型，然后根据工艺要求，按照定的规则将该模型离散为系列有序的单元，再根据每个层片的轮廓自动登录信息，输入加工参数，自动生成数控代码，最后由成形机成形系列层片并自动将它们联接起来，得到一个三维物理实体。 　　四、系统软件设计 　　纸箱装箱机工作流程图如图2所示，程序采用FXGPWIN软件编写，该程序采用PLC的STL步进指令，程序思路清晰，能够完成工艺流程的要求。 　　五、结束语 　　(1)全自动纸箱包装机在纸板仓内设有水平放置、步进垂直升降式主纸板托，与之相应，吸纸板机构是一种平移式吸纸板机构，纸板仓的纸板进口方向与机体的工艺方向是垂直的，在纸板进口外侧连接有进纸板传动机构，实现了机构的结构紧凑和工作的连续可靠。 　　(2)在主纸板托的外侧设置平移、步进式垂直升降的中继纸板托，使吸纸板稳定，并可迅速、连续将纸板吸到设定位置，无输送抖动现象，可确保物料从各部位平稳过渡，且操作及维修方便。 　　(3)多电机伺服系统采用PLC控制，机器各工位的检测由外围各工位的接近开关来完成，实现无触点信号输入和系统的光、机、电和和气动装置的协调动作。通过改变分瓶器装置，调整喷胶、封箱、整型气缸位置，可以改变包装规格。