新型纸箱包装机PLC控制系统设计_赵汉雨

元件名称 交流伺服电机 交流伺服电机 继电器 KM1 继电器 KM2 继电器 KM3 继电器 KM4 继电器 KM5 继电器 KM6 继电器 KM7 继电器 KM8 继电器 KM9 继电器 KM10 继电器 KM11 继电器 KM12 继电器 KM13
输出
地址
功用
100． 0 100． 1
脉冲输出 CW 脉冲输出 CCW
输入 地址 0． 00 0． 01 0． 02 0． 03 0． 04 0． 05 0． 06 0． 07 0． 08 0． 09 0． 10 0． 11 1． 00 1． 01 1． 02 1． 03 1． 04 1． 05 1． 06 1． 07 1． 08
表 1 I /O 地址分配值 Table 1 I / O addresses assigned value
Abstract： Based on the designed mechanical，pneumatic system，the paper selected CP1H-X40DT-D PLC to study control system of the carton packaging machine． The paper assigned I / O addresses value，designed PLC exterior circuit and program control flow chart thus realized the automatic control functions of the cardboard feeding and pre-packaging product conveying，carton packaging forming，glue spraying，packaging sealing and shaping． This control system has realized high reliability and cost-effective． ［Ch，5 fig． 1 tab． 10 ref． ］ Key words： packaging mechinery； carton packaging machine； PLC control； AC servo-actuator； control system
ZHAO Han-yu，JI Shao-long，LIU Cun-xiang* ，LUO Fei
（ College of Mechanical and Electrical Engineering，Henan Agricultural University，Henan Zhengzhou 450002）
100． 2Hale Waihona Puke Baidu
主链条运动
100． 3 100． 4
送瓶传送带 吸纸板装置气缸电磁阀 YA1
100． 5
真空发生器电磁阀 YA2
100． 6
打纸板气缸电磁阀 YA3
100． 7 101． 0
下沉成型气缸电磁阀 YA4 产品分组气缸电磁阀 YA5
101． 1
左右喷胶电磁阀 YA6
101． 2 101． 3
功用 设备启动 设备停止 设备急停 手动、自动模式运行转换 手动进纸板 手动进待装箱产品 手动装箱 手动喷胶整形 吸纸板气缸下位检测 吸纸板气缸上位检测 装产品气缸下位检测 装产品气缸上位检测 控制喷胶 前封箱气缸上位检测 前封箱气缸下位检测 前喷胶旋转气缸左侧检测 前喷胶旋转气缸右侧检测 纸板到位检测 堵塞、倒瓶检测 位置到达 容器到位检测（ 共 4 排）
简单、安装维修方便等优点。 2． 1 控制系统组成
该纸箱包装机控制系统的主要任务是 根据待装箱产品的工艺流程对各部分进行 协调控制，控制动作主要包括： 纸板供送、 待装箱产品输送、纸箱装箱成形、喷胶封箱 整形。为完 成 以 上 各 动 作 要 求，本 设 备 控 制系统主要由 PLC、各种光电开关、接近开 关、磁性开 关、电 磁 阀、交 流 伺 服 电 机 及 其 控制系统等部分组成［5-6］，其控制原理如图 3 所示。 2． 2 PLC 选用
前喷胶旋转气缸电磁阀 YA7 前喷胶电磁阀 YA8
101． 4
前封箱升降气缸电磁阀 YA9
101． 5
前封箱气缸电磁阀 YA10
101． 6 左右侧封箱及整型气缸电磁阀 YA11
图 4 PLC 外部接线示意图 Figure 4 PLC exterior circuit
［自控·检测］
赵汉雨，等 新型纸箱包装机 PLC 控制系统设计
该纸箱包装机属于下沉式纸箱包装机，为实现全 自动包装过程，由以下几部分组成： ①纸板供送部分 主要有纸板储存区、纸板下吸机构、纸板输送机构； ② 待装箱产品输送部分 主要有待装箱产品分排输送传 送带、分组机构； ③纸箱装箱成形部分 主要有待装箱 产品装箱机构、产品纸箱下沉成形机构； ④喷胶封箱整 形部分 主要有主输送链机构、前喷胶、左右喷胶及施 压装置、整形输出装置［3］。其结构示意图如图 1 所示。 1． 2 纸箱包装机的工作原理
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图 5 控制流程图 Figure 5 Flow chart of control
3 结论 在消化吸收国内外同类包装
机的基 础 上，更 多 的 使 用 气 动 装 置代替 机 械 装 置，简 化 了 机 械 传 动链，使该设备运动可靠性更高。 本文在对纸箱包装机的工作原理 及已设 计 的 机 械、气 动 系 统 研 究 的基础上，对 PLC 控制器的 I / O 点数进行分配，并设计了 PLC 接 线图及程序控制流程图。研制的 纸箱包装机价格低，可靠性高，必 将大范 围 的 代 替 进 口 设 备，改 变 目前食 品、饮 料 等 行 业 的 装 箱 现 状，为我 国 企 业 提 高 生 产 效 率 奠 定了物质基础。 参考文献（ References） ：
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轻工机械 Light Industry Machinery
2011 年第 3 期
元件名称 启动按钮 SB1 停止按钮 SB2 急停按钮 SB3 手动、自动转换开关 SA 进纸板按钮 SB4 进产品按钮 SB5 装箱按钮 SB6 主输送链条开关 SB7 磁性开关 BG1 磁性开关 BG2 磁性开关 BG3 磁性开关 BG4 光电开关 GB5 磁性开关 BG6 磁性开关 BG7 磁性开关 BG8 磁性开关 BG9 接近开关 GB10 光电开关 GB11 位置到达伺服反馈 RA 接近开关 GB12 ～ 15
（ 河南农业大学 机电工程学院，河南 郑州 450002）
摘 要：基于已设计的机械及气动系统，选择欧姆龙公司 CP1H-X40DT-D PLC 研制纸箱包装机控制系统。并进行了 I / O
点分配、PLC 外部接线图及程序控制流程图设计，实现了纸板供送、待装箱产品输送、纸箱装箱成形、喷胶封箱整形等工
作过程的自动控制。具有很高的可靠性和性价比。图 5 表 1 参 10
［1］ 赵淮． 包装机械手册： 上册［M］． 北京： 化学工业出版社，2001．
［2］ 高德． 包装机械设计［M］． 1 版． 北京： 化学工业出版社，2005．
［3］ 赵汉雨，刘建民，刘存祥． 纸箱包装机 气动系统设计［J］． 液压与气动，2006 （ 10） ： 12-14．
［4］ 龚人杰，孙建兴，倪迎久． PTF28 型纸 板箱包装机的研制［J］． 包装与 食 品 机械，1997，15（ 5） ： 7-11．
该机最大特点是由一页根据包装结构形式需求， 经过压痕的纸板在装物品的同时自动折叠成纸箱进行 装载物品，其工作原理是： 将已灌装的容器经输送带输 送到分组输送机构进行包装分组，进入装箱机构，同时 单张纸板由纸板下吸机构将其从纸板储存区吸下，放 到纸板输送机构上输送到装箱机构处，然后随同容器 一起由产品纸箱下沉成形机构处下降到主输送链机
第 29 卷 第 3 期 2011 年 6 月
轻工机械 Light Industry Machinery
Vol． 29 No． 3 Jun． 2011
［自控·检测］
DOI： 10． 3969 / j． issn． 1005-2895． 2011． 03． 014
新型纸箱包装机 PLC 控制系统设计
赵汉雨，姬少龙，刘存祥* ，罗 飞
收稿日期：2010-10-12；修回日期：2010-11-15 基金项目：河南省科技攻关项目（ 0520340100） 作者简介：赵汉雨（ 1975） ，男，河南浚县人，硕士，实验师，主要研究方向为食品包装机械设计。E-mail： zhyndjd@ 126． com 通信作者： 刘存祥。
［自控·检测］
纸箱包装机的工作方式分为手动和自 动连续式 2 种方式［7］，考虑到该设备输入 点数 21 个，输出点数 15 个，可靠性、经济 性，该设备 控 制 器 选 用 欧 姆 龙 公 司 生 产 的
图 2 包装工艺流程图 Figure 2 Flow chart of the packaging process 2 控制系统的设计 纸箱包装机因其动作复杂、干扰信号多、包装产品 品种、规格多等特点，因此可编程控制器（ PLC） 被应用 在其控制中，这是因为 PLC 具有工作可靠、抗干扰能 力强、与工业现场信号直接输入、输出连接容易、编程
赵汉雨，等 新型纸箱包装机 PLC 控制系统设计
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1-纸板供送部分； 2-待装箱产品输送部分； 3-纸箱装箱成型部分； 4-喷胶封箱整型部分
图 1 纸箱包装机结构示意图 Figure 1 Structure of the carton packaging machine 构，在这一过程中，纸板按照折痕进行了初步的成形， 随着主输送链机构间歇式的输送过程完成喷胶及施压 粘合、整形输出包装机，完成整个包装过程。其包装工 艺流程如图 2 所示［4］。
关 键 词：包装机械； 纸箱包装机； PLC 控制； 交流伺服电机； 控制系统
中图分类号：TB486
文献标志码：A
文章编号：1005-2895（2011）03-0056-04
Design of PLC Control System of New Type Carton Packaging Machine
图 3 控制原理图 Figure 3 Principle of the control system CP1H-X40DT-D 型号的 PLC，该型号的 PLC 是具有 24 个输入点和 16 个输出点，其中有 4 轴脉冲输出，可用 来通过伺服控制系统控制交流伺服电机，完全能满足 纸箱包装机的控制任务。 2． 3 I /O 地址的分配 根据 PLC 的输入、输出点数及控制要求，该纸箱 包装机 I /O 地址的分配如表 1 所示。 2． 4 PLC 外部接线图 根据纸箱包装机输入、输出点数及控制要求的需 要，本控制系统选用欧姆龙 CP1H-X40DT-D 型 PLC，其 外部接线如图 4 所示［8-9］。 2． 5 程序流程图 纸箱包装机控制复杂，动作协调性高，因此在控制 中除应用了 PLC 作为主控单元外，还 用 到 了 光 电 开 关、磁性开关、接近开关、交流伺服电机等元件，保证该 设备的高可靠性。在该包装设备编程过程中考虑到调 试、维修的需要，其工作模式设置了手动和自动两种控 制方式，其控制流程图如图 5 所示［10］。
0 引言 纸箱包装机械是随着包装工业、相关科学技术及
现代物流业发展而发展起来，集机、电、气、光、声、磁为 一体，在生产过程中把经过内包装的商品装入箱子的 机械，是产品包装实现机械化、自动化的关键之一。目 前在国内外产品生产中广泛应用，不但可以提高生产 效率，减轻劳动强度，改善工作条件，降低生产、运输成 本，同时对 产 品 起 到 装 饰 作 用，增 强 产 品 的 市 场 竞 争 力，而且能满足清洁卫生的要求，适应大规模生产的需 要［1-2］。本课题组在消化吸收国内外先进技术的基础 上，结合我国国情，研制了一种广泛适应于包装行业、 高效环保的全自动纸箱包装机，该设备主要有机械、气 动及控制等部分组成。控制部分是保证该纸箱包装机 正常、可靠运行的关键，文章就控制部分做一介绍。 1 纸箱包装机的结构及工作原理 1． 1 纸箱包装机的结构