0引言

中国作为世界烟花爆竹的生产大国，其烟花生产企业大部分散落在乡镇，存在生产设备落后、劳动人员密集、劳动生产率低、安全隐患严重等问题。彩珠筒为一种手持燃放烟花产品，品种规格多种多样, 其生产工艺过程主要有卷筒、装药、外装潢纸的裹包及打捆等。目前，彩珠筒的生产机械自动化水平较低。彩珠筒的包装主要是人工方式，其工作效率较低，劳动强度较大，且工作人员在恶劣的环境下作业，存在较大的安全隐患。因此，如何实现彩珠筒生产机械化和自动化成为研究热点。

气动技术即气压传动与控制技术，是当前机械设备中发展速度最快的技术之一。它具有结构简单、成本低、维护简便等优点，被广泛应用于汽车、 机床、包装机械、食品机械、印刷机械中⑵。

针对目前市场上彩珠筒的包装工艺不能实现全自动流水线生产，且其生产过程中安全性低等问题，本文设计了一种全自动的彩珠筒包装机控制系统,米用气动系统与PLC ( programmable logic controller )相结合的控制技术对包装机的工作过程进行控制⑴。该控制系统通过彩珠筒的全自动送料、压 紧、供纸、输纸、包装、卸料等一体化动作，准确定位彩珠筒，实现了彩珠筒包装的自动化，并保证了包装过程的安全性，大大减少了人工服务，提高了生产效率，降低了生产成本。

1控制系统设计

I. 1包装机工艺流程

该包装机是从传统工艺转为机械化、自动化的生产，其工艺流程⑴为：送料一压紧-供纸-输纸T 包装T卸料，如图1所示。输纸包括输送包装纸和刷 胶，由输纸电机带动传送带与刷胶辐来完成。为实 现上述工艺流程，本文设计了包装机控制系统，控 制包装机完成送料、压紧、供纸、输纸、包装、卸 料工作。控制系统配置了4个装有磁感式传感器的有 杆气缸，并且每个气缸的出气口、入气口均装有单 向节流阀，用来调节气体流量控制速度。

图2中，卸料、送料、压紧分别由有杆气缸A, B, C,以及2个单向节流阀和一个二位五通电磁阀进行 控制；供纸由有杆气缸D和2个单向节流阀，以及 一个二位五通电磁阀与一个二位二通电磁阀进行控 制:气动系统各部分的工作流程如下。

1 )送料即将工件送至包装部位。送料气缸B活 塞上的永久磁环检测气缸活塞位置，控制电磁阀通

图1包装机工艺流程图

图2气动系统原理图

1.2气动系统工作原理

自动包装机气动系统由4个部分组成，即送料、 压紧、供纸、卸料。气动系统原理图如图2所示。

电，从而来改变气缸的运动方向。二位五通电磁阀 换向改变送料气缸B的移动方向。节流阀控制送料 气缸B的移动速度。二位五通电磁阀YA2接电，送 料气缸B向右移动，节流阀控制气缸速度，使其运 动至磁感应式传感器2B2位置，传感器2B2发出信号- 电磁阀YA2失电，送料气缸向左运动，运动至磁感 应式传感器2B1位置，传感器

2. 2B1发出供纸信号。供纸即将包装纸供送到输送部位。二位二通 电磁阀YA5接电，真空吸盘运作吸纸，二位五通电 磁阀YA4接电，供纸气缸D向左运动，节流阀控制 气缸的移动速度，当供纸气缸D运动至磁感应式传 感器4B1位置，传感器4B1发出信号。二位二通电磁 阀YA5和二位五通电磁阀YA4失电，吸盘停止运作， 供纸气缸D向右运动，运动至磁感应式传感器4B2位 置，传感器4B2发出压紧信号。
3. 压紧即将包装纸盒工件压紧。二位五通电磁 阀YA3得电，压紧气缸C向下运动，运动至磁感应 式传感器3B2位置，传感器3B2发出信号。控制包装 电机开始运动并对工件进行包装，同时，控制器控 制一定时间，以保证包装完成后，二位五通电磁阀 YA3失电，压紧气缸C向上运动，运动至磁感应式 传感器3B1位置，发岀卸料信号。
4. 卸料即将包装好的工件脱离包装部位。二位 五通电磁阀YA1得电，卸料气缸A向左运动，运动 至磁感应式传感器1B1位置，传感器1B1发出信号。 二位五通电磁阀YA1失电，卸料气缸A迅速回到磁 感应式传感器1B2位置，发出送料信号。
5. 更换工件，进入下一个循环。
6. 当按下停止按钮时，系统需等到每个工序都 完成后，才能复位，并停止工作。当按下急停按钮 时，系统会立刻停止工作。

2包装机PLC控制系统设计

2.1硬件配置和I/O表分配

根据包装机的实际输入/输岀，考虑包装机的性 能要求和实际需要，结合三菱FX2N系列PLC的特 点四，本文选用FX2N系列FX3U-32MR的PLC,其可 以为工厂自动化生产提供很大的灵活性和较强控制 能力。按照工艺流程和气动系统控制要求，对PLC的 I/O地址进行分配，如表1所示。

由表1可以看出，本文将启动、停止、气动回路 的各磁性开关作为输入信号，将气动系统的各电磁 阀、包装电机作为输出信号。PLC控制系统按照包装 机的工序流程进行相关动作。

2.2控制系统顺序功能图

顺序功能图又叫做状态转移图，它是描述控制 系统的控制过程、功能和特性的一种图形，其思想 是将控制设备的一个周期划分为若干个工作步，并 且明确表示每一步要执行的输出以及步与步之间的 转换。根据自动包装机的工作动作要求⑴，该自动包 装机的顺序功能图如图3所示。

2.3系统控制流程图

PLC具有丰富的编程指令、良好的软件设计环 可釆用梯形图(ladder diagram, LD )、顺序功能

 

，

图(sequeential function chart, SFC )和指令表 (intermediate language, IL)等基本的编程语言'时。本 文釆用顺序功能图编程，编程软件为FXGP。先利用 计算机进行编程和调试，调试成功后，通过接口电 缆将控制程序下载到PLC中。

根据控制系统的顺序功能图，设计了包装机的 控制流程图，如图4所示。由图4可以看出，该工作 过程和包装工序表达清楚，转移条件明确。

 

图4 PLC程序控制流程图

3结语

本文根据彩珠筒烟花外包装机各个工艺先后动 作的顺序，设计与研制了 “PLC-传感器-气动元件” 组成的典型气-电一体化控制系统向，即彩珠筒包装 机控制系统。自动装配机的控制器的 PLC该系统从根本上解决了人与烟花包装的分离， 并且为实现烟花爆竹产品流水作业生产提供了依据 和保障，把劳动力从密集型产业中释放出来，提高 了安全性，为今后烟花爆竹生产过程中其他工艺流 程的机械化提供了一定的基础。

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