堆叠钢材自动打包机控制系统设计

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1、堆叠钢材自动打包机控制系统设计柳娟*,陈曦,胡昕彤,林义煌,仇存凯(厦门大学物理与机电工程学院机电工程系福建厦门361005)摘要：针对堆叠钢材质量重、体积大、翻转难的特点，以西门子S7-200系列PLC和Weinview触摸屏为核心设计了原位自动打包自动控制系统。开发PLC和触摸屏控制程序，实现了打包规格和电机速度等工艺参数的在线设置，完成自动打包、手动调试、报警保护和故障诊断等系统功能，开发设计4路频率独立可调的脉冲发生电路，作为电机通用驱动板。所设计系统可以在1分钟之内对尺寸400mm×600mm×800mm~600mm×800mm×

2、2000mm、重量为1~3t的堆叠钢材完成自动打包，提高了生产效率。关键词：PLC；触摸屏；自动打包机；堆叠钢材；自动控制系统中图分类号：TB486.3文献标识码：A使用自动打包机可提高生产率，减轻劳动强度，适应大规模生产的需要，并满足清洁卫生的要求[1,2]。包装工业的发展水平和包装设计的研发理念不仅反映着一个国家的工业实力，更是反映了一个社会经济生活中文明程度的高低[3]。现有的裹包机械，大部分的操作对象均是质量轻、体积小的包装物，都需要将被裹包物体进行翻转运动才能完成打包[4-6]。而对于体积较大、质量较重的物体，自动打包机一般来说就

3、是捆扎机，因为重物不方便翻转和移动，所以一般的裹包机的裹包方法也就不适用，只能用捆扎的方法使得物体在运输、贮存中不会散落。但是有些重物不仅需要捆扎，还需要对其进行包装。本文针对堆叠钢材质量重、体积较大、难以翻转打包的特点，开发设计一套无需翻转的原位打包自动控制系统。1控制系统方案堆叠钢材质量重、体积大，只能在原地用裹包棒和裹包板来进行打包。相比于翻转打包机，原位打包机打包动作与执行部件较多，且各个动作之间有严格、复杂的逻辑与顺序关系；并且每个动作皆需要有自动和手动两种控制方法可供选择，以方便控制的调试。本系统设计的自动打包机示意图与打包流程

4、示意图如图1所示；系统构架示意表如表1所示。打包方案为电机Z1先上升，推动裹包棒1、2向上运动，将牛皮纸沿物体两侧搂起，如图1（c）中的一所示；到位后电机X1、X2相向运动，水平推动裹包棒1、2往中心运动，将两侧牛皮纸折角90°后沿物体上表面裹包，如图1（c）中的二所示，到位后退回限位；紧接着电机Z1下降到原位。汽缸Z1、Z2伸出，将两侧裹包板1、2同时往中心运动，对两头的牛皮纸的下半部分进行封口折叠，如图1（c）中的三所示；然后汽缸Z3、Z4伸出，对两头的牛皮纸的上半部分进行封口折叠，如图1（c）中的四所示；然后请汽缸Z5伸出，汽缸Z1-

5、Z4缩回，汽缸X1、X2伸出，进行两头封口的左三角折叠，如图1（c）中的五所示；最后汽缸X3、X4伸出，进行两头封口的右三角折叠，如图1（c）中的六所示；待汽缸X1-X5、Z5缩回后电机X1、X2复位。控制系统的控制方案图如图2所示，系统要完成全自动打包、手动调试、参数设置、故障保护等功能。整个系统的输入有气缸的到位开关、电机的限位开关和安全位置开关，输出有步进电机的启停、方向信号和电磁阀的控制信号。图1堆叠钢材自动打包机与打包流程示意图Fig.1Schematicdiagramoftheautomaticpackerofthestacke

6、dsteelandflowdiagramofpacking(a)堆叠钢材自动打包机示意图(b)侧视图(c)打包流程示意图表1系统构架示意表Tab.1Tableofsystemarchitecture图(a)(b)中序号执行部件所完成动作所对应图(c)中序号1电机Z1控制电机X1、X2的升降动作一2、3电机X1、X2控制裹包棒1、2动作二4-7电机Y1-Y4调剂规格大小8、9汽缸Z1、Z2控制裹包板1、2动作三10、11汽缸Z3、Z4控制裹包板3、4动作四12、13汽缸X1、X2控制裹包板5、6动作五14汽缸Z5控制汽缸X1、X2的升降15、

7、16汽缸X3、X4控制裹包棒3、4动作六17汽缸Z6控制胶带的升降图2控制系统控制方案Fig.2Thecontrolschemeofthecontrolsystem2控制系统通用电机驱动板设计本设计的打包过程需要7个步进电机，而步进电机是由脉冲控制的[9]。所以控制7个步进电机共需要7个脉冲，但是PLC的高速脉冲输出只有2路[10]，远远小于我们所需要的7路脉冲，针对此项功能，需要设计一块适用于多轴系统的通用电机驱动板，发出4路独立脉冲，输出脉冲频率0-30kHz可调，数字量和模拟量兼可控制，还可以控制电机的方向。2.1电路原理设计通用电机

8、驱动板的原理图共分为4个模块,如图3所示：DA转换模块用DA转换芯片AD7801实现[11,12]；控制方式选择模块用单刀双掷开关ADG884和拨码开关实现；脉冲发生模块用波形发