基于PLC与伺服驱动控制的烟箱自动剪带与回收系统研究

引言

烟草外包装箱的剪带是烟草行业生产过程中的一个重要环节,传统开箱主要依靠人工进行,劳动强度大,效率低,且存在安全隐患。一些厂家采用机器人实现自动拆箱,存在成本高的问题。鉴于此,本文采用机器视觉、伺服驱动、4PL、触摸屏、工业网络通信等先进的技术和设备,实现打包带精准定位、剪切,并就地回收、粉碎,全自动运行,提升了企业的生产效率,节约了资源。

1自动剪带与回收系统结构设计

烟箱自动剪带与回收系统位于烟箱拆包的前段环节,针对人工去除打包带的过程实现自动化操作,除进出口位置外,其余部位均采用全密封结构设计,实现人机的完全隔离,确保使用过程中的人身安全。

如图)所示,输送线上部设置有剪带装置,通过视觉检测,确保每根打包带的位置准确,并合理避让存在有碍裁剪的风险,如金属扣等的位置,通过输送机构的精准调节,减少对裁剪设备的损伤,延长设备的使用寿命。输送带的底部设置有打包带的回收及粉碎机构,回收机构将已经剪断了的打包带统一集中到设备中部,通过下拉机构将打包带拖入粉碎机构中进行粉碎,从而大大减小了打包带的体积,减少了员工规整打包带的时间,避免了因打包带过长或剪切部位过于锋利造成的人员伤害,更利于打包带的二次回收利用。

裁剪完毕后,位于箱体底部滚轮间的顶升机构会将烟箱托离滚筒面C500,此时位于滚轮间的打包带收集机构会同步上移,并将打包带汇拢到设备中央,然后整体实现下拉动作,将打包带拉入输送银中。粉碎装置结构如图2所示。输送银与粉碎刀待机时为分开状态,

图1烟箱自动剪带与回收系统整体结构图

当水平支撑导轨将打包带拉下时,输送银合拢并转动将打包带牵引至粉碎刀进行粉碎处理。合拢的抓手会自动回到原位待命:因为高度有限,如将粉碎后的废料直接落入刀头下方的废料箱,废料箱的存储量会很少,

因此粉碎的废料会落入输送器中,废料会通过输送器输送到隔壁更大的废料箱中,以降低清运的频率。

图2粉碎装置结构图

2控制系统设计

裁剪工位所对应的输送带为多驱动独立控制的输送机结构,当检测到有烟箱过来时,对应输送带会单独运行,将烟箱输送到指定位置时,输送机构停机,位于支撑架上部的视觉检测装置将对烟箱进行拍照,当发现烟箱上打包带有金属接头时,系统会自动计算出避让位置,通过输送机构对烟箱进行微调,以避免电剪在剪切时触碰到金属接口而损坏刀头,缩短电剪的使用寿命。

开箱机采用PLC作为控制系统的核心,控制系统结构如图3所示。通过安装在设备上的传感器检测设备运行状态,并经PLC运算处理,输出控制信号控制设备自动运行。PLC与信息化生产管理系统采用工业以太网传输,可以通过工业网络远程监控设备的运行状态,显示生产工艺流程,统计产量及各种故障示警信息。通过人机交互界面,可对每班进料进行数据记录,并与车间MES系统数据共享,实现历史数据可追溯管理。

本系统选择汇川H3U一1616MTPLC作为主控制器,选择SV610伺服驱动器作为执行机构,控制输送、收带、压带电机运行。SV610伺服驱动器是汇川研制的高性能中小功率的交流伺服驱动器,支持Modbus、CANopen等通信协议。采用昆仑通泰HMI触摸屏作为人机界面,负责参数设置和运行状态监控。机器视觉检测采用MGS502(M)一H2千兆网工业相机,像素5.0MP。激光测距传感器采用4~20mA模拟量输出。PLC数字量接口地址分配如表1所示,PLC控制电路如图4所示。

收带、压带及剪切设备主回路电气原理图如图5所示。

3实验研究

根据上述方案设计制作了样机,如图6所示。

图6样机产品实验测试

经过现场实验测试,该系统可以实现烟箱无人工干预自动开箱,改善了劳动环境:在打包带拆除的同时,采用自动抽取式回收密闭粉碎储存,实现了资源回收:配备人机交互界面,可对每班进料进行数据记录,并与车间MEs系统数据共享,实现了历史数据可追溯管理。该装置完全独立,原产线及设备的操作功能和操作方式均保留不变,接线方式均保持不变,不会对原产线设备造成任何影响。

4结语

本文所述烟箱自动剪带与回收系统不占用周边系统提升了生产效率,改善了劳动环境,节约了资源,具有广阔的应用前景。系统提升了生产效率,改善了劳动环境,节约了资源,具有广阔的应用前景。