PLC在四連桿裝箱包裝機中的應用

四連桿裝箱包裝機是一種一次可以裝四箱（可以是紙箱）既4×4瓶或者三箱 3×4瓶的連續裝箱的包裝機械設備。在啤酒等瓶裝飲料行業中，四連桿裝箱包裝機主要完成瓶裝產品的裝箱、卸箱等工作。由于具有性能優良等特點，在包裝行業中使用非常普及。

對于四連桿裝箱包裝機中電氣部分的控制，是包裝機使用安全、可靠性的重要保證。目前，老型號的四連桿包裝機的電氣裝置大多采用繼電器的控制方式。這種控制方式連線復雜、繼電器使用數量多，造成電氣控制部分可靠性差、故障率高，日常維護量大。同時，設備缺少操作的安全保障措施，容易發生事故。

隨著可編程控制器（PLC）技術的發展，把PLC控制技術應用于四連桿包裝機的控制中，取代原有的控制線路。是四連桿裝箱包裝機控制系統發展的必然趨勢。

二、系統結構

四連桿裝箱包裝機控制系統由電氣部分和氣動執行部分組成。工作過程見流程圖（圖1）。

電氣系統輸出控制在電氣控制部分的改造中，分析了包裝機的工作過程和控制特點；對包裝機的控制基本上都是光電開關、接近開關、電磁閥、電機等這類的開關量輸入、輸出設備。控制過程以連續的邏輯量控制為主的操作方式。PLC的開關邏輯和順序控制是PLC應用最廣泛、最基本的功能，基于PLC的這一使用功能和特點，決定將原有繼電器控制系統全部拆除，采用PLC控制。因為該用戶廠家其他自動化設備使用的基本都是日本Omron公司的PLC，再根據采集和控制點數，我們選用Omron公司的SYSMAC CPM2A-60CDR-A的 PLC作為系統控制器。

三、系統設計

1．四連桿裝箱包裝機的電機可以進行點動、正轉和反轉，以帶動夾瓶裝置做往復運動裝箱。瓶電機和兩個箱電機分別用作傳輸瓶和傳輸箱。七個電磁閥和與之對應的氣缸，分別控制“夾頭”，“定位器”，“出箱臂”及“進箱臂”“箱導向”。設“手動”和“自動”操作兩個切換開關。

2．在包裝機的操作前臺和設備后臺、側面加裝3只光電檢測開關，在操作人員誤入設備危險區域時，系統緊急停車，保證安全。

3．在傳送帶上安裝Omron的E6A2旋轉編碼器，測量傳送帶的速度。當傳送帶電機異常停車時，停止包裝機工作。

4．系統輸入回路中有光電開光和接近等開關，PLC上的DC24V電源容量就不足了，各輸入、輸出元件均使用DC24V直流穩壓電源。PLC控制系統原理圖見圖（2）。

5．為了使PLC系統安全可靠運行，采取了多種防護措施，如和系統中的強電設備分開接地，接地線的截面積大于2平方毫米。PLC輸入和輸出的感性負載都并聯續流二極管等，以消除輸入觸點在斷開時，感性負載因儲能作用而產生電弧高于電源電壓數倍甚至于數十倍的反電勢對系統產生的干擾。見圖（3）

6．系統的輸入部分36點，輸出19點，一共占用PLC 54點，系統冗余6點，符合自動化系統設計要求。

四、程序設計

PLC程序采用梯形圖編寫，其自動控制操作流程圖見圖（4）。

其中，PLC主程序參照原有繼電器控制系統的電氣控制原理圖進行設計，這種程序設計方法簡單，有現成的電氣控制線路為依據，設計周期短，在舊設備電氣系統改造中經常采用。

按照原有電氣控制系統輸入信號及輸出信號做為PLC的I/O點，原來由繼電器硬件完成的邏輯控制功能由PLC軟件——梯形圖替代完成。圖（5）為四連桿裝箱包裝機進箱臂部分電氣控制原理圖。圖（6）為轉換后的四連桿裝箱包裝機進箱臂部分PLC程序梯形圖。進箱臂部分主要I/O對照表如下：

五、系統調試

1．調整光電開關SQ1和反射板的安裝距離，使光電開關處于工作狀態時，調整到“擋光”，PLC輸入通道HR0003的指示燈亮。以同樣方法調整好光電開關SQ2、SQ3、SQ4……..SQ10。

2．調整接近開關JQ0，使“夾頭”在運動軌跡的最低點時接近“檔塊”，并使PLC輸入通道HR0012指示燈亮，以同樣方法調整好接近開關JQ2、JQ3、JQ4、JQ5。

3．調試旋轉編碼器時，A、B、Z相按說明書接線，在PLC編程軟件中對編碼器的高速計數進行設置，使用Z相加軟件復位方法。見圖（7）。按下按鈕5SA，使傳送帶電機停車時，四連桿裝箱包裝機應停止工作。

4．按動相應的按鈕，分別控制進箱電機、出箱電機、瓶電機的開、停。關機以后將開關位置置于“關”。1SA和2SA分別控制“出箱臂”和“瓶定位”，10SA，15SA控制“導向”和“變距”。

5．在上述“動作”都已正確時，將“手動”轉為“自動”，按下“整機啟動”按鈕，調試PLC邏輯程序。進行自動裝箱包裝操作。

六、結束語

經PLC改造后的四連桿裝箱包裝機電氣控制系統，外觀上；物理接線量大大減少，控制柜體積縮小，柜內的原器件排列有序。運行效果上；經設備運行證明，自動化程度大大優于原系統控制效果。控制可靠性大大提高，減輕了現場操作人員的勞動強度。由于系統在整個包裝流水線和包裝機設備的危險位置安裝了光電位置檢測開關，提高了操作的安全性。總體上提高了企業的經濟效益。