尹悅悅，王保恒

（1.江蘇聯(lián)合職業(yè)技術(shù)學(xué)院鎮(zhèn)江分院，江蘇 鎮(zhèn)江 212000；2.鎮(zhèn)江誠益環(huán)保科技有限公司，江蘇 鎮(zhèn)江 212000）

0 引言

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，智能制造越來越多的融入了生產(chǎn)和生活。針對糖果禮盒包裝時(shí)依賴人工的問題，本文設(shè)計(jì)開發(fā)了基于PLC的糖果禮盒包裝系統(tǒng)，系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)訂單設(shè)置、自動生產(chǎn)、生產(chǎn)監(jiān)控等功能，自動化程度高，有效降低了人工分揀的勞動強(qiáng)度，提高了生產(chǎn)效率。

1 系統(tǒng)控制要求

本文設(shè)計(jì)了一種糖果禮盒自動包裝系統(tǒng)，用戶可根據(jù)需求進(jìn)行訂單的設(shè)置。每種糖果分別存儲在不同的儲料倉中。例如某生產(chǎn)線糖果種類包括巧克力、奶糖和水果糖，每種糖果質(zhì)量不同，分別為巧克力每塊質(zhì)量15g，奶糖每塊質(zhì)量10g，水果糖每塊質(zhì)量15g。禮盒有簡裝禮盒和精裝禮盒兩種，若選擇簡裝禮盒，機(jī)械手搬運(yùn)會按儲料倉順序進(jìn)行糖果的搬運(yùn)。若選擇精裝禮盒，用戶需設(shè)定成品搬運(yùn)的順序，方便各種糖果在精裝禮盒內(nèi)的擺放。例如：某用戶需要精裝糖果禮盒，可首先在系統(tǒng)中設(shè)定巧克力、奶糖、水果糖的入盒比例，然后設(shè)定生產(chǎn)盒數(shù)，系統(tǒng)將自動顯示單個禮盒質(zhì)量。之后選擇精裝禮盒，設(shè)定糖果擺放順序。參數(shù)確認(rèn)后，按下啟動按鈕，系統(tǒng)進(jìn)入備料加工階段，可在糖果禮盒包裝生產(chǎn)設(shè)備的監(jiān)控界面進(jìn)行運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控。機(jī)械手根據(jù)訂單設(shè)置的情況進(jìn)行糖果的搬運(yùn)，一個禮盒品搬運(yùn)完成后，由輸送帶運(yùn)送到打包工位進(jìn)行打包，完成一個禮盒的組合打包。

2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)由儲料倉、搬運(yùn)機(jī)械手、打包機(jī)械手、皮帶輸送機(jī)、電機(jī)、變頻器等部件構(gòu)成。儲料倉可根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)需要進(jìn)行添加或移除，搬運(yùn)機(jī)械手用于各種糖果的組合搬運(yùn)，打包機(jī)械手用于糖果禮盒的包裝，皮帶輸送機(jī)用于將配置好的糖果禮盒運(yùn)送至打包工位。皮帶輸送機(jī)由三相電機(jī)驅(qū)動，用戶可根據(jù)需要在變頻器中設(shè)定電機(jī)轉(zhuǎn)速，以滿足實(shí)際生產(chǎn)。在生產(chǎn)過程中的儲料倉信息、生產(chǎn)信息及設(shè)備運(yùn)行情況可實(shí)時(shí)在觸摸屏上進(jìn)行顯示，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)過程的智能產(chǎn)監(jiān)控。在本系統(tǒng)中，控制器采用三菱FX3U系列PLC進(jìn)行編程，觸摸屏采用昆侖通態(tài)嵌入式一體化觸摸屏TPC7062Ti。系統(tǒng)硬件接線圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)外部接線圖

2.2 PLC程序設(shè)計(jì)

系統(tǒng)控制流程圖如圖2所示，PLC根據(jù)系統(tǒng)訂單確定糖果禮盒的包裝方式，如果為簡裝禮盒，搬運(yùn)機(jī)械手按各種糖果儲料倉位置依次進(jìn)行夾取。若用戶設(shè)置了精裝禮盒，機(jī)械手將按照用戶設(shè)定的搬運(yùn)順序進(jìn)行操作。搬運(yùn)機(jī)械手動作由3個氣缸和伺服電機(jī)完成，在設(shè)計(jì)程序時(shí)要處理好各執(zhí)行步驟及工作元件之間動作執(zhí)行的并行性、關(guān)聯(lián)性及先后邏輯順序，使氣動機(jī)械手的動作程序得到合理優(yōu)化。

由于氣動機(jī)械手在儲料倉和糖果包裝盒之間的動作是重復(fù)進(jìn)行的，因此在PLC程序編寫過程中，為簡化程序，可分別編寫3個子程序，用于機(jī)械手將糖果從3個不同的儲料倉搬運(yùn)至包裝盒。在主程序中，只需調(diào)用相關(guān)子程序，即可完成相關(guān)動作。

圖2 控制系統(tǒng)流程圖

2.3 人機(jī)界面設(shè)計(jì)

根據(jù)訂單要求，本文涉及了觸摸屏人機(jī)交互界面，包括糖果禮盒包裝設(shè)備訂單設(shè)置界面和糖果禮盒包裝設(shè)備生產(chǎn)監(jiān)控界面，如圖3所示。在糖果禮盒包裝設(shè)備訂單設(shè)置界面，用戶可設(shè)置每盒糖果的配比及產(chǎn)品數(shù)量，系統(tǒng)可自動計(jì)算每盒質(zhì)量。用戶可選擇生產(chǎn)簡裝禮盒還是精裝禮盒，及每種糖果的組裝順序。在糖果禮盒包裝設(shè)備生產(chǎn)監(jiān)控界面顯示了儲料倉、生產(chǎn)信息及生產(chǎn)設(shè)備的實(shí)時(shí)情況。

圖3 人機(jī)界面設(shè)計(jì)

3 系統(tǒng)調(diào)試

為確保系統(tǒng)能夠可靠運(yùn)行，需對系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試，調(diào)試可分為硬件調(diào)試和軟件調(diào)試2部分。在軟件調(diào)試時(shí)，根據(jù)系統(tǒng)的硬件接線圖，接通電源，檢查各傳感器是否有信號，通過給定信號的形式，測定各輸出設(shè)備是否能正常工作。在軟件調(diào)試時(shí)，可首先通過三菱plc仿真教學(xué)軟件FX-TRN-BEG-C，并進(jìn)行模擬調(diào)試，確保程序邏輯功能完整，之后將調(diào)試的程序在硬件系統(tǒng)中進(jìn)行調(diào)試。通過反復(fù)調(diào)試和試運(yùn)行，最終保證系統(tǒng)工作的完整性、可操作性和可靠性。