浅谈商标纸堆垛机在烟草包装工业中的电气工作原理.docx

第 33 卷第 21 期 Vol.33 No.21企 业 技 术 开 发TECHNOLOGICAL DEVELOPMENT OF ENTERPRISE2014 年 7 月 Jul.2014浅谈商标纸堆垛机在烟草包装工业中的电气工作原理沈文杰（上海烟草机械有限责任公司，上海 201206）摘 要：文章论述了智能堆垛机在烟草包装行业商标纸输送中的作用。介绍了堆垛机电气工作原理，并通过调研烟厂实际使用需 求，制定和优化堆垛机的工作流程设计方案，填补了国产硬盒包装机组商标纸自动供料的空白，节省了人工成本，简化了操作流 程，提高了烟草硬盒包装的自动化程度。关键词：烟草包装；堆垛机；工作原理；流程图中图分类号：TP271 文献标识码：A文章编号：1006-8937（2014）21-0003-03YF711型商标纸堆垛输送装置在ZB48型包装机组中担任 向主机供应商标纸的任务。以往在硬盒包装中，一般都是人工 往主机商标纸输送皮带供料。YF711型商标纸堆垛输送装置的 研发成功并投入使用，填补了国产硬盒包装机组商标纸自动供 料的空白，节省了人工成本，简化了操作流程，提高了烟草硬盒 包装的自动化程度。1YF711的电气工作原理1.1 电器柜电气柜担负着YF711型商标纸堆垛输送装置的综合控制。 电气柜中除各电源变压器、各种保护装置、各类控制继电器、各 电机接触器之外，还配置了Beckhoff总线端子排、Beckhoff工控 机及ELAU伺服驱动器等。1.2 机器部件YF711型商标纸堆垛输送装置除了上文已经介绍过的配 电柜外，主要分为以下几个部分，我们通过YF711俯视图（A型）（如图1所示）了解一下其他部件和其功能。B型（如图2所示）除 了托盘上堆垛放置位置、存放桌及下游机皮带摆放位置不同， 其他与A型相同。两种机型可以满足不同客户的需求。图中防护罩所包围中间区域即为 YF711 的工作区域， YF711工作时防护门及滑动门必须关闭，不允许人员随意进出 工作区域。存放桌和下游机传送皮带虚框位置为抓具吸盘放置 商标纸堆垛的位置。图1 YF711型商标纸堆垛输送装置俯视图（A型）作者简介：沈文杰，男，大学本科，研究方向：烟草包装机。图2 YF711型商标纸堆垛输送装置俯视图（B型）作为YF711最重要的组成部分，由底座与机身、机械臂、抓 具吸盘、气路及电路走线骨架等组成。通过对安装于机身和机 械臂上的电气线路及4个伺服电机的运转控制，机械臂完成一 系列吸纸，运输及放置等程序预设动作抓具吸盘共有3个，即3 个吸风位置，一次最多能吸取3堆商标纸堆垛。通过安装于抓具 吸盘上的传感器感应，YF711工控机进行判断，开启气阀吸风 从而吸取商标纸堆垛，关闭吸风从而放置商标纸堆垛。存放桌作为商标纸堆垛输送的一个缓冲装置，在下游机传 送皮带运送没有可供放堆垛的空闲位置或下游机出现故障等 意外情况停止运行时，商标纸堆垛输送机器人会优先把堆垛放 在存放桌上。从YF711俯视图中我们可以发现，存放桌的位置相比商标 纸堆垛托盘距离下游机传送皮带更近。在新的商标纸堆垛托盘 进入YF711工作区域，即YF711在更换新的满装托盘后，机器人 将首先把存放台上已有的商标纸堆垛运送到下游机输送皮带 上，然后运送新托盘上的商标纸堆垛。这样在下游机高速运转 时就节约了商标纸供料时间，弥补了在YF711更换商标纸堆垛 托盘时损失的向下游机供料时间。显示屏及操作面板的支架安装于YF711型商标纸堆垛输 送装置防护罩上，显示屏与电柜中的工控机相连接，人机界面 及软件在正常运行时会实时显示YF711参数和故障报警信息。 同时显示屏也支持触摸操作，YF711的日常操作一般在人机界 面进行触摸操作即可完成。隔板废料库安装于防护罩侧面，与YF711工作区域相连 通。由于商标纸堆垛在托盘上一般有46层，层与层之间有厚4企 业 技 术 开 发2014 年 7 月约3 mm的衬纸隔板隔开。在输送完即清空每层托盘后，商标纸 堆垛输送机器人将进入吸取隔板并投入废料库的工作流程。2YF711的流程设计2.1 换盘流程当YF711工作区域内托盘上的商标纸堆垛被清空，YF711 工控机系统将在托盘上商标纸堆垛即将被清空时将在人机界 面上显示黄色信息“托盘即将清空”以提示操作人员准备换盘， 之后YF711将进入换盘流程，如图3所示。图3 换盘流程图人在完成最后一项指令动作后进入安全等待位置（即机械臂并 不会马上向安全等待位置运行），此时机器报红色信息“起始位 置”并停止运行。这时需要对YF711人机界面进行手动操作，先 按复位按钮复位故障信息，然后打开钥匙开关与K1菜单下“开 启滑动门按钮”。滑动门打开后，操作人员可以清理YF711工作 区域，退出已有的托盘，待新的满装托盘进入工作区域后即可 打开“关闭滑动门”按钮。接着手动打开K1菜单中“更换托盘放 行”按钮并关闭钥匙开关。最后再次按下复位按钮复位已出现 的各种警告信息，启动YF711即开始新一轮的工作循环。如图5 所示。从上面的流程图可以看出，只有同时满足上图的三个条件 滑动门才会自动开启。YF711在实际工作中，当机械臂放置完最后一组商标纸堆 垛后，工控机程序中的计数器将变为0，同时人机界面中K1菜 单下的“更换后放行托盘”按钮将自动关闭（“更换后放行托盘” 按钮关闭后机器人将中止对已有托盘上堆垛的动作并竟如等 待状态），程序发出指令使机械臂向安全等待位置运行；当机械 臂实际达到安全等待位置 （此时吸盘抓具约位于存放台上方2 m）后，滑动门才会自动开启，如图4所示。图4 K1菜单人机界面操作面板图当需要更换一种新规格的商标纸或已有的商标纸出现损 坏等情况下，操作人员可能需要在组工作区域内托盘上的商标 纸堆垛未被清空的状态下进行换盘操作。为了解决这种情况， YF711也有对应的换盘方式。在托盘上堆垛未清空时，必须对人机界面手动操作才能完 成换盘。先打开K1菜单“起始位置”按钮后（参见K1菜单人机界 面操作面板图，系统会自动关闭“更换后放行托盘”按钮。机器图5 YF711商标纸堆垛输送装置换盘流程图2.2 预扫描流程预扫描流程是指YF711在开始吸取商标纸堆垛前所进行 的测量和扫描过程。通过移动机械臂，抓具吸盘上在整个商标 纸堆垛层最上层上方进行全方位，毫无遗漏的测量和扫描。经 过预扫描流程后，YF711工控机系统将计算出商标纸堆垛层中 的堆垛数量与方位，为之后吸取商标纸堆垛做好了准备。为了安全快捷地把商标纸堆垛从托盘运送到下游机皮带 上，预扫描流程是必不可少的。当换盘流程结束，新托盘进入工 作区域后，或是YF711运行过程打开了滑动门或防护门S91.07， 或是重启了工控机操作程序，重新复位启动YF711后，YF711都 将首先执行预扫描流程。新托盘进入工作区域后及重启工控机操作程序后，工控机 电脑程序都将开始新的程序循环，首先进行预扫描流程。而当 滑动门或防护门S91.07打开后，YF711同时需要重新开始预扫 描流程。因为防护门S91.08面对下游机皮带阻隔，无法直接进 入工作区域，此防护门主要供操作人员整理皮带及存放桌上的 商标纸堆垛服务。而操作人员通过滑动门及防护门S91.07都可 以直接进入托盘放置位置的工作区域，电脑程序在滑动门和防 护门S91.07打开后，默认有操作人员进入工作区域对托盘上的 堆垛进行了整理和维护。此时托盘上的堆垛数量和排放顺序可 能已经发生了变化，为了保证YF711的安全生产和流畅作业， 在复位重启YF711后，YF711默认开始预扫描流程进行新的工 作流程循环。当YF711仅仅因为按下停止或急停按钮，及其他小故障而 停机时，重启YF711后并不会开始繁琐的预扫描流程而是直接第 33 卷第 21 期沈文杰：浅谈商标纸堆垛机在烟草包装工业中的电气工作原理5继续停机前的工作流程。2.3 正常的工作流程YF711型商标纸堆垛输送装置的正常工作流程自新的满 装商标纸堆垛托盘进入YF711工作区域中开始，完成的动作即 正常工作步骤见表1，其中编号对应下方俯视图如图6所示。表1 YF711商标纸堆垛输送装置正常工作步骤表方面：吸取商标纸堆垛并放置在下游机皮带或存放桌上的工 作流程（步骤1，3，5，6）。此流程是YF711工作最重要的流程，担负了YF711输送商标 纸的工作。通过皮带及存放桌上对射式光电传感器的感应，工 控机可以判断出皮带及存放桌上的堆垛放置位置是否为空闲。步骤编号 123456名称 机器人移动至商标纸堆垛层上方 抓具吸盘把商标纸堆垛吸附在吸盘上 当一层商标纸堆垛都被清空抓具吸盘吸取商标纸堆垛层间的衬纸隔板 并投入隔板废料库中 如果下游机输送皮带无放置上商标纸堆垛位置 机器人放置堆垛于存放桌上（存放桌上有3处放置位置，此时堆垛被放置于存放桌上） 如果存放桌及传送皮带上均无放置商标纸堆垛位置 机器人暂时进入安全等待位置（下图中虚线位置） 当托盘上的堆垛完全被清空后 机器人把堆垛从存放桌运送到输送皮带 如果输送皮带上有放置位置 机器人移动至输送皮带上方，抓具吸盘放下堆垛机器人优先放置堆垛于输送皮带上的空闲位置，当下游机正常运行时，随着皮带不断运动，机器人可以源源不断地把堆垛放 置于皮带上。如果皮带上无空闲位置，机器人将放置堆垛于存放桌上暂 存。存放桌上仅有3处放置位置，当机器人放置堆垛三次后，如 果皮带位置仍不空闲，YF711将进入下文将提到的待机状态。 当托盘上的堆垛完全被清空后，在新托盘进入YF711工作 区域，开始新一轮的运料循环前，机器人将优先把存放桌上已有的堆垛运送到输送皮带以节约换盘所耽误的时间。吸取商标纸堆垛层间的隔板并放入隔板废料库的工作 流程（步骤2）。当一层商标纸堆垛被清空后，材料堆最上方为衬纸隔板，机 器人移动至衬纸隔板上方进行一次短暂安全测量扫描。扫描完 毕后抓具吸盘吸取衬纸隔板投入废料库中。等待有放置商标纸堆垛空闲位置的待机状态（步骤4）。 如果皮带及存放桌上都无空闲位置可放置商标纸堆垛，机 器人将暂时进入安全等待位置。当有任何空闲位置出现后，机器人继续工作。3结语进入21世纪，全国各大卷烟工业企业设备趋向