在飲料灌裝生產(chǎn)線上，裝箱機將飲料瓶按一定排列方式定量裝入箱中，稱之為二次包裝，其技術(shù)水平與自動化程度直接影響到整條生產(chǎn)線的生產(chǎn)效率，是飲料灌裝生產(chǎn)線上不可缺少的設(shè)備。

目前，國內(nèi)普遍使用連續(xù)往復(fù)式的四連桿全自動裝箱，其功能和形式較為先進，但由于其運行軌跡是弧線，所以抓、放瓶的準(zhǔn)確度不夠，特別是急停時抓瓶裝置會出現(xiàn)一定程度的擺動。

因此本文提出一種以平移導(dǎo)軌和雙軸伺服系統(tǒng)進行傳動，使得抓頭裝置按垂直和水平方向運行，噪音小，效率高，抓、放瓶較準(zhǔn)確，并采用變頻器對輸送帶進行變頻調(diào)速，以觸摸屏作為圖形操作終端，實現(xiàn)裝箱機的高自動化、柔性化，提高了可靠性、穩(wěn)定性、靈活性。

裝箱機系統(tǒng)組成與工藝流程

裝箱機的功能是取瓶裝箱，其機械總體機構(gòu)如圖1所示。1)輸瓶帶大量無序的瓶子由過渡擋板引導(dǎo)至輸瓶臺，經(jīng)過排瓶擋板后整齊的排列到抓頭正下方，以供取瓶；2)空箱由入口輸箱帶輸入預(yù)定數(shù)量，利用入口止箱器停止進箱，包裝區(qū)前后止箱器實現(xiàn)對已入空箱的分組和定位，以供裝箱；3)雙軸伺服系統(tǒng)完成從輸瓶帶進行抓瓶一充氣—雙軸升降平移一放氣一放瓶裝箱一返回輸瓶帶進行下一輪抓瓶裝箱的周期過程。

圖1 裝箱機總體結(jié)構(gòu)示意圖

系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計

為使得輸送效率得到提高，對瓶臺電機和輸箱帶電機實行多段調(diào)速。傳統(tǒng)裝箱機采用雙速電機實現(xiàn)快慢兩種速度的切換，隨著變頻技術(shù)的廣泛應(yīng)用，本文改用變頻器十單速電機實現(xiàn)調(diào)速，這種取代使得裝箱機在改造過程中的調(diào)試更加方便，尤其在裝紙箱的改造方面，配合整機動作的柔性速度要求更加突出。

控制系統(tǒng)軟件設(shè)計

對裝箱機的操作分為控制面板和人機界面的操作。對于控制電壓、自動、手動、原點、復(fù)位等重要操作，設(shè)計在控制面板上進行按鈕操作，對于手動操作中具體功能的操作在人機界面中執(zhí)行。

1初始化子程序

初始化操作包括各軟元件恢復(fù)到初始值、異常狀態(tài)的檢測、伺服定位模塊的運行參數(shù)的初始設(shè)置、前等位的設(shè)定、當(dāng)前抓頭位置的讀取等。

2原點回歸程序

本文不采取限位開關(guān)處作為原點，而是在預(yù)定原點位置（輸箱帶正上方y(tǒng)軸最高點處為原點，也稱前等位）設(shè)置光電開關(guān)作為近點信號DOG，然后進行DOG搜索完成原點回歸。由于原點回歸位置不同，原點回歸動作也相應(yīng)不同。具體情況如圖2, 3所示。

圖2  原點回歸不同位置示意圖

圖3  原點回歸動作流程圖

3自動運行程序

自動過程配合光電檢測系統(tǒng)完成從輸瓶一抓瓶一裝箱一輸箱一回程整個周期的全自動運行，并包括各種異常出現(xiàn)的自動處理和箱少自動補箱。自動流程圖如圖4所示。

圖4  自動流程框圖

3.1雙軸轉(zhuǎn)角處運行控制設(shè)計

本系統(tǒng)中垂直軸完成抓頭的升降，水平軸完成抓頭在輸瓶帶與輸箱帶問的行走，兩軸為相互獨立運行。不過當(dāng)單軸運行到轉(zhuǎn)角處時會對導(dǎo)軌產(chǎn)生一定的沖擊，而且轉(zhuǎn)角處動作不連貫，影響機床的穩(wěn)定性。因此本文仿照最小偏差法原理，在轉(zhuǎn)角處對兩軸進行仿圓弧插補，增強運動平穩(wěn)性和柔性。

圖5抓頭狀態(tài)為已充氣抓瓶，并沿Y軸向后等位正程運行。當(dāng)經(jīng)過Y正處時，X軸電機開始啟動，向前等位運行;當(dāng)X軸運行至X正處時，Y軸開始啟動，開始向前終位運行，從而在轉(zhuǎn)角處兩軸進行順利過渡。

圖5 仿圓弧插補示意圖

3.2空箱自動定位

在輸箱帶上設(shè)置圖6所示6個光電開關(guān)，配合三個止箱器完成對六個空箱進行分組及定位。其中光電開關(guān)5與入口止箱器7之問的距離為5.5個箱長，光電開關(guān)6與后止箱器的距離為2.5個箱長。

圖6 空箱定位示意圖

當(dāng)入口箱帶輸入5.5個空箱時，光電開關(guān)5被遮時，此時落下入口止箱器7，依靠慣性6個空箱進入包裝區(qū);當(dāng)光電開關(guān)6被遮時，同時豎起前后止箱器，前止箱器擋住空箱，后止箱器完成分組，從而完成空箱的自動分組及定位。光電開關(guān)1234分別檢測空箱的排列狀況。

觸摸屏GOT畫面設(shè)計

GOT（圖形操作終端）是指在畫面上實現(xiàn)以往操作盤所進行的開關(guān)操作、指示燈顯示、數(shù)據(jù)顯示、數(shù)據(jù)輸入、信息顯示等的電子操作盤。根據(jù)實際生產(chǎn)需要，本系統(tǒng)主要包括以下四種畫面：操作界面、監(jiān)視界面、設(shè)定界面、操作指南。

1操作畫面

利用GOT中的開關(guān)對象，通過設(shè)置PLC相應(yīng)的位軟元件實現(xiàn)系統(tǒng)所有所需功能的操作。操作畫面中除設(shè)置控制面板的操作外，增設(shè)了裝箱機各個執(zhí)行機構(gòu)的操作，極大提高了GOT的交互性。

圖7 GOT操作畫面

2監(jiān)視界面

利用GOT中的指示燈、數(shù)值顯示對象與PLC的軟元件（位、字)相對應(yīng)完成系統(tǒng)的顯示功能。

本系統(tǒng)主要完成包括伺服報警、變頻報警、安全光柵、限位開關(guān)、急停等各種異常狀況的顯示，通過設(shè)置指示燈ON/OFF顏色顯示方式來反映各種狀態(tài)的變化，并監(jiān)視當(dāng)前抓頭位置、速度等運行參數(shù)。

3設(shè)定界面

設(shè)定功能是GOT不同于操作盤的重要功能。利用GOT中數(shù)值輸入對象設(shè)置對應(yīng)PLC軟元件（位、字)，實現(xiàn)系統(tǒng)的位置、速度、時問等運行參數(shù)的設(shè)置。

圖8 GPT設(shè)定界面

考慮到市場對包裝的需求變化，飲料的瓶型和包裝箱型會有所改變，可通過設(shè)定界面對PLC控制程序中的瓶型箱型參數(shù)進行修改，提高了裝箱機的靈活性和適應(yīng)性。

畫面的制作是在PC機上運行專用軟件GT Designer2行設(shè)繪的，繪好后下載到GOT中。然后編制PLC程序?qū)OT畫而內(nèi)容與控制程序結(jié)合起來。