阴极铜板自动包装机组的总体设计

阴极铜板自动包装机组的总体设计
沙青林
【摘要】according to the requirements of process of cathode copper packaging,researched and designed big scale auto cathode copper packaging unit that united machine,hydraumatic,pneumatic,electronic and computer control system,at the same time,discussed the structure,working principle,and operating effects of this packaging unit.The design has some reference value of the production line design of the same process requirements.%根据阴极铜板包装工艺流程的要求，研发设计了集机械、液压、气动、电气和计算机控制系统于一体的大型自动化阴极铜板自动包装机组，并阐述了其结构、工作原理及运用效果。

本设计思路对类似生产工艺要求的生产线设计，具有一定的参考意义。

【期刊名称】《新技术新工艺》
【年(卷),期】2014(000)007
【总页数】3页(P38-40)
【关键词】阴极铜板;自动包装机组;控制系统
【作者】沙青林
【作者单位】云南铜业股份有限公司冶炼加工总厂物资采购部，云南昆明650102
【正文语种】中文
【中图分类】TH122
云南铜业股份有限公司以往采用传统的包装加工工艺，整个加工过程几乎全为人工操作，劳动强度大，安全操作系数低，人工分拣称重精度低，作业效率低，严重制约了阴极铜板整体的生产效率。

为了提高效率和安全操作性能，并使每摞阴极铜板质量符合期货交易的要求，采用先进的自动化配重和精称重包装生产线是十分必要的。

针对上述问题，综合应用机械、液压、电气和计算机控制等技术，对阴极铜板自动包装机组（生产线）进行总体设计，并对其结构和原理等进行介绍。

1 阴极铜板包装作业流程及自动包装机组介绍
1.1 包装作业流程
阴极铜板成品的包装作业流程为：叉车上料→配重→整形（对齐）→压紧→精称重→检查／套袋→打捆→喷码、贴标→下料入库。

作业流程涉及到不同学科和专业技术，具有一定的工艺要求和技术要求［1－3］。

1.2 自动包装机组的组成
阴极铜板自动包装机组主要用于阴极铜板的配重、对齐整形、平压整形、精称重、检查／套袋、手动打捆和手动贴标等。

该机组主要由4个系统组成，即机械系统、液压系统、气动及真空系统、电气及计算机控制系统，如图1所示。

图1 自动包装机组的组成
机械系统主要包括粗称配重、对齐整形、平压整形、精称重、检查／套袋、打捆和贴标等功能单元，各功能单元由2台链式输送机贯穿连接，形成一条完整的半自
动化阴极铜板包装生产线。

液压系统主要用于对齐单元、压紧单元、液压升降台及旋转工作平台等的驱动，每套机组单独配置1个液压站。

气动及真空系统主要用
于配重单元、喷码和贴标单元的驱动，配重单元取板吸盘所用真空由1台真空泵
单独提供，每套设备单独配备1台空压机。

自动包装机组的电气控制系统配备1
个操作平台。

整机采用PLC集中控制，通过触摸屏及操作按钮操作［4－7］。

2 自动包装机组的工位设置及总体布局
阴极铜板自动包装机组总体布局如图2所示，其主要由上料单元、配重单元、对
齐单元、压紧单元、过渡单元、精称重单元、检查／套袋单元、打捆A工位、打
捆B工位、贴标和喷码单元以及卸料单元等组成，以2台按照步进方式运行的链
式输送机为主线，在其上布置8个加工单元。

升降链式输送机为可升降型式，可
以将其上面的阴极铜板摞全部抬起来整体输送1个步距。

升降链式输送机负责上
料单元、配重单元、对齐单元、压紧单元、过渡单元、精称重单元和检查／套袋单元共7个单元的输送。

固定链式输送机负责打捆A工位、打捆B工位、贴标和喷
码单元以及卸料单元这4个单元的输送，在打捆单元配有旋转升降台，配合打捆
操作。

图2 自动包装机组的总体布局图
3 自动包装机组工作过程描述
如图2所示，将需要打捆的阴极铜板摞用输送车放到上料单元的接料架上，升降
链式输送机起动并抬升后，将各个工位上面所有的阴极铜板摞全部抬起来，这时输送链运行1个步距；然后，所有阴极铜板摞被输送链向前输送1个步距，输送完
成后，升降链式输送机落下，输送链上的阴极铜板再次被放到各个工位的支承上，每摞铜板都被向前转运了1个工位。

阴极铜板在不同的工位上完成不同的加工后，升降链式输送机再执行下一个循环，其出料端与固定链式输送机的进料端搭接，当其下落时，最后一摞阴极铜板被放到固定链式输送机的进料端的输送链上。

固定链式输送机再按照步进的方式运行，在其两侧设有打捆工位A、打捆工位B、喷码和贴标单元以及卸料单元。

4 自动包装机组主要加工单元及相关控制系统
4.1 主要加工单元
1）升降链式输送机。

升降链式输送机由机架、输送链、丝杆升降机、同步轴、减速电动机和驱动电动机组成。

减速电动机驱动输送链按照步进的方式运行，驱动电动机通过丝杆升降机使机架升降。

机架升到上止点后，输送链把各个工位上的阴极铜板摞都抬起来，使其落在链上，此时，减速电动机运行，链带动其上的阴极铜板摞向前运动1个步距后，驱动电动机反转，机架落到下止点。

在机架下降的过程中，阴极铜板摞又被放到了对应的工位上，这时，阴极铜板摞都被向前移动了1个工位。

2）自动配重单元。

自动配重单元的主要作用是对阴极铜板摞进行加板或减板，通过加减板来达到配重的目的。

升降链式输送机把阴极铜板摞抬放到支架上，支架落在电子秤上，当阴极铜板摞放好后，电子秤就自动秤出其质量，并将信息传给控制计算机。

控制计算机根据实测数据发出加板或是减板的指令。

吸盘装在吸盘架上，吸盘架装在滑车上，滑车由直线导轨支承，气缸推动滑车沿导轨移动。

吸盘可以把电子秤上阳极铜板摞的阴极铜板吸起来，放到储存工位上，也可以把储存工位的阴极铜板吸起来，加到正在秤量的阴极铜板摞上。

储存阴极铜板摞由输送车支承，输送车可以沿轻轨拉出。

3）对齐单元。

升降链式输送机把阴极铜板摞抬放到托架后，2个液压缸分别带动推板向前推出，将阴极铜板摞挤齐。

第1个边挤齐后，推板退回，摆动液压缸带动阴极铜板摞转动90°，然后进行第2次对齐。

4）压紧单元。

挤压机构采用四立柱标准油压机YX32－500B，整形后的阴极铜板由升降链式输送机抬放到垫铁上后，用压机加压，把阴极铜板摞压紧，达到定型要求。

压机设有自动和手动调整压力和速度的功能，使运行平稳。

5）精称重单元。

精称重单元由底座、电子秤和支架组成。

底座固定在地面上，电子秤安装在底座上面，支架装在电子秤上。

被称重的阴极铜板被升降链式输送机抬放到支架上，电子秤自动记录被称阴极铜板的质量，并将数据存到电气控制系统的
计量统计计算机中。

自动包装机组的电子秤为复式秤，可以保证电子秤在没有物料时的测量值不为零，以及在规定时间内，测量值稳定度不达标；物料质量不在预先设定的范围之内以及主、副秤测量值超过规定偏差等异常情况时，生产过程自动暂停，并在计量统计计算机中显示错误信息并报警，故障未排除不能继续生产。

6）打捆单元。

为了提高打捆效率，在固定链式输送机的两侧设有2个人工打捆工位，即打捆A工位和打捆B工位。

每个工位各站2个人，共4个人进行人工打捆，4个人可以同时打2捆。

在2个打捆工位各配一套手动捆扎工具。

4.2 相关控制系统
根据阴极铜板自动包装机组的工艺要求，基于可编程逻辑控制器（PLC）控制理论，设计了以西门子S7－300为核心的控制系统。

PLC是一种专门为在工业环境下应
用而设计的数字运算电子操作装置，其采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时运算、计数运算和算术运算等操作的指令；并且，能够通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械生产过程。

西门子S7－300控制系统的模块化结构易于实现分布式的配置，具有性价比高、电磁
兼容性强和抗振动冲击性能好的特点，广泛应用于工业控制领域中，既经济又实用。

电气控制系统采用了西门子S7－300的PLC进行整个生产线逻辑的控制及相关的运算，实现了阴极铜板的上料、配重、对齐、压紧、精称重、打捆、下料和入库等全过程的控制，可实行联动、自动送出运行、手动和测试4种调控方式。

采用变
频器和编码器来精确控制输送链的移动距离，保证每个工位上物料的位置正确。

采用光电开关检测工位上是否有物料，采用接近开关检测装置的位置。

电动机驱动输送链转动，通过变频器对电动机的控制及G编码器的反馈，实现精确的输送链移动。

升降控制采用带反馈的变频电动机配合滚子丝杠驱动。

现场操作台实现集中控制，关键部位设有现场控制箱，安装急停开关以便于应急操作。

控制程序流程框图如图3所示。

图3 控制程序流程框图
5 结语
本文所述自动包装机组生产实际应用结果表明，设备的技术性能指标满足阴极铜板包装的生产需要，运行成本合理，阴极铜板摞质量满足期货交易规定，称重精准。

自动包装机组软、硬件设计先进，性能良好，操作方便，易于维护，运行稳定可靠，可大大提高生产效率，改善工作环境。

参考文献
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