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近年來，電子商務(wù)的快速發(fā)展帶動了物流行業(yè)的發(fā)展，使得現(xiàn)代物流業(yè)越來越受到社會各界的廣泛重視。訂單碎片化使得物流快遞化^［1］。但由于行業(yè)的發(fā)展和技術(shù)的限制，我國現(xiàn)有的紙箱包裝技術(shù)普遍為低效率、高成本的手工包裝；且國內(nèi)并無可變紙箱包裝技術(shù)的應(yīng)用。雖應(yīng)用有單一產(chǎn)品的全自動化或半自動化包裝，但其設(shè)備成本高昂且靈活性低，一條規(guī)模龐大的包裝線只能完成一種相對應(yīng)的產(chǎn)品的包裝工作，無法滿足目前物流包裝市場需求⑵。為提高包裝效率及包裝的靈活性和智能性，節(jié)約包裝 成本，滿足物流包裝市場的需求，本文提出一種基于可變紙箱包裝的解決方案，最終達到柔性、個性化 包裝的效果。

1可變紙箱自動包裝機的基本結(jié)構(gòu)與工作原理

1. 1可變紙箱自動包裝機的基本結(jié)構(gòu)

可變紙箱自動包裝機的基本結(jié)構(gòu)由機械系統(tǒng)和控制系統(tǒng)兩部分組成，其中機械系統(tǒng)主要由機架、紙 箱包裝機構(gòu)、傳送裝置、送料裝置組成，如圖1所示⑶。

可變紙箱自動包裝機的機架用來承載包裝機構(gòu)及控制裝置，具有可拼接性，使包裝機能與其他包裝 線模塊拼接，成為完整的包裝線的一部分，底部配有轉(zhuǎn)輪，使本機構(gòu)具有較強的移動性。紙箱包裝機構(gòu) 是用來完成一系列的紙箱包裝工序，使紙箱各紙頁折疊成型，主要由上折頁機構(gòu)、下折頁機構(gòu)、包裝工 作平臺組成。其中上下折頁機構(gòu)又分為前邊、中邊、后邊折頁機構(gòu)。每個折頁機構(gòu)由電機滑臺進行變位 調(diào)節(jié)，并在電機與氣缸的聯(lián)動下，使折頁片進行折頁動作。傳送裝置由傳送帶與限位裝置組成。運送紙 板進入包裝機構(gòu)及輸送包裝成型的產(chǎn)品。送料裝置由一個推桿機構(gòu)組成，負(fù)責(zé)將被包裝物品推入包裝工 作臺中心。

1.2可變紙箱自動包裝機的工作流程

可變紙箱自動包裝機的工作流程^［4］，如圖2所示。當(dāng)按下啟動開關(guān)，包裝機開始運行，系統(tǒng)接收被 包裝物品的三維參數(shù)；光電傳感器1感應(yīng)到物品到達送料區(qū)后，電機滑臺使各紙箱折頁機構(gòu)移動到相應(yīng) 位置；同時，傳送裝置啟動，待包裝的瓦楞紙板限位傳送到包裝工作平臺中心；此時光電傳感器2觸 發(fā)，傳送帶停止工作，被包裝物品被推進入包裝工作平臺中心；各包裝機構(gòu)開始按主程序進行相應(yīng)的包裝工序（具體步驟詳見下文介紹），依次將紙板的各頁折起，最終使紙箱包裝成型，粘合平整；傳送帶 重新啟動，紙箱輸出，包裝完成。

2控制系統(tǒng)設(shè)計

2. 1 PLC的選擇

PLC與其他控制器相比，可靠性高、通用性好、抗干擾能力強、編程簡單、體積小、配置靈活、維 護方便?？紤]可變紙箱包裝機的工作環(huán)境及其所需的控制要求，本文選用三菱FX2N-48MT型PLC作為 整機的控制器進行系統(tǒng)設(shè)計§。系統(tǒng)主要實現(xiàn)的功能如下：

1）通信功能。在每次包裝開始前，接收計算機或者外部其他裝置發(fā)送的紙箱包裝參數(shù)并作出反 饋。接收并反饋開始信號，結(jié)束信號，傳感器的感應(yīng)信號等^［6］。

2）控制功能。根據(jù)接收的包裝參數(shù)及其他信號，按包裝程序控制電磁閥，電機驅(qū)動模塊等，從而 控制各包裝機構(gòu)完成相應(yīng)的包裝工序。

2.2系統(tǒng)的硬件組成

本文設(shè)計的可變紙箱自動包裝機主要由PLC控制系統(tǒng)、觸摸屏、傳感器、電磁閥、驅(qū)動模塊、電 機、氣缸和機械設(shè)備等組成，它們之間的關(guān)系如圖3所示。其中，PLC控制系統(tǒng)是由FX2N-48MT型 PLC及其擴展模塊組成的。觸摸屏用于對可變紙箱包裝機的運行狀態(tài)和故障的顯示與監(jiān)控。該系統(tǒng)上位 機選用威綸TK6050ip系列觸摸屏。傳感器為光電傳感器，作為感應(yīng)裝置，是系統(tǒng)的開關(guān)信號。PLC控 制系統(tǒng)通過直接控制電磁閥及電機驅(qū)動模塊來控制氣缸及電機的工作，從而實現(xiàn)機械設(shè)備完成包裝工 序。

2.3系統(tǒng)的控制流程圖

可變紙箱自動包裝機有兩種工作模式，一種是高效率的單一規(guī)格物品的包裝模式，另一種是多種規(guī) 格物品的隨機性包裝模式，根據(jù)具體的控制要求，可變紙箱自動包裝機系統(tǒng)的控制流程，如圖4所 示^[7] O

2.4上位機軟件開發(fā)

本文利用VB和VC + +設(shè)計了 PLC上位機監(jiān)控系統(tǒng)，并通過串行通訊口與PLC進行數(shù)據(jù)交換。其 功能主要包括系統(tǒng)狀態(tài)顯示，包裝參數(shù)設(shè)置以及報警功能等。上位機的人機界面主要包括初始界面、主 控界面、手動界面以及報警界面，部分界面如圖5所示。

2. 5主程序設(shè)計

2. 5. 1程序設(shè)計說明

1） 圖6為可變紙箱包裝機的結(jié)構(gòu)圖，數(shù)字1-12表示各機構(gòu)電機，字母a-f表示氣缸。以包裝工 作中心為坐標(biāo)原點建立直角坐標(biāo)系。設(shè)物品的最大長寬高尺寸分別為a、b、h （單位：mm）相對應(yīng)的包 裝紙箱的長寬高分別為x = a + △、/ = b +A、z = h + △,其中△為包裝紙箱與物品的間隙量，根據(jù)包裝 物品的類型取相應(yīng)的值，范圍為5?20 mm。在圖7紙箱平面展開圖中，①??紙板表示不同的紙頁部 分，其中心對應(yīng)紙箱示意圖的坐標(biāo)原點，工作時，與包裝機的包裝工作中心重合。

2） 下文的“復(fù)位”指包裝機構(gòu)移動回到初始位置，即不工作狀態(tài)時機構(gòu)所在位置。A、B、C （單 位：mm）分別為各坐標(biāo)方向機構(gòu)距包裝中心的距離。

3 ） g （單位：mm）表示紙箱包裝成型調(diào)整量，由紙箱規(guī)格確定，一般取值為5 ~ 2 °

3結(jié)語

本文設(shè)計了一種基于PLC控制系統(tǒng)的可變紙箱自動包裝機，介紹了該包裝機的基本結(jié)構(gòu)及工作原 理，能實現(xiàn)在同一臺包裝設(shè)備用瓦楞紙包裝不同規(guī)格或不同類型的產(chǎn)品，適用于隨機性的物流快遞自動 包裝及單一物品的高效率自動包裝，具有高靈活性、高效率、低成本等特點，為快遞的無人寄件服務(wù)提 供了一種新的可能。在應(yīng)用前景方面，本文設(shè)計的可變紙箱包裝機，能在一定程度上滿足用戶的個性化 需求。隨著包裝技術(shù)的不斷改進，能達到真正的柔性包裝，迎合工業(yè)4.0 “智能物流”的需求，實現(xiàn)產(chǎn) 品的在線生產(chǎn)，包裝與物流一體化。

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