自动化控制方案在磁力码垛机上的应用

刘红峰/文

自动化控制方案在磁力码垛机上的应用

刘红峰/文

磁力码垛机是以磁力吸附铁质罐体，并按一定排列顺序将罐体堆码放在托盘（木质、塑料）上的自动堆码设备。它可将货物堆码多层并推出，便于叉车运至仓库储存。本文主要介绍了磁力码垛机产品的特点、控制原理，并在此基础上介绍了台达自动化控制方案在龙门磁力码垛机上的应用。

磁力、码垛机、定位、自动控制

随着经济不断发展和国民生活水平的提高，罐装饮料的需求也日益增加。这为灌装装备行业的发展带来了机遇，同时也使该行业面临一个急需解决的问题：如何降低灌装产品码垛环节的人工成本。传统的码垛环节，需要大量人工进行物品堆栈，人力成本高且危险性大。为降低人工成本，目前通用的解决方案是通过导入自动化码垛设备，来提高生产的自动化程度，减少人力的使用。

磁力码垛机作为自动化码垛设备之一，采用可编程控制器 (PLC) 为运算核心，通过人机界面进行人机交互，实现智慧化操作管理，方便掌握,亦可大幅减少劳动力和降低劳动强度。本文将对该设备的具体应用做详尽的介绍。

一、磁力码垛机简介

码垛机可依照需求编组方式和层数，完成对罐体、料袋、胶块、箱体等各种产品的堆栈。自动码垛机按智能化水平可分为机器人码垛(如图2)和机械式码垛两种。本文所介绍的是龙门磁力码垛机，它属于机械式码垛机，如图1。

磁力码垛机的一大优点就是采用最优化的设计，可在较短时间里将产品物料高效地堆出紧密、整齐的垛形。相对于人工码垛，磁力码垛机具有如下优势：（1）效率高；（2）工艺水平高，即码垛整齐度高；（3）对环境要求低；（4）可降低人工成本；（5）可提高企业形象等。

图1：龙门磁力码垛机

二、 控制原理

本文介绍的磁力码垛机为龙门式码垛机，它由水平行走机构、起升机构、载货台及传送机构、机架和电气设备等基本部分组成。其中载货台使用的大磁力永磁体，可通过对其位置的控制来实现对铁质罐体吸附和释放。

1．主要工艺环节：收集、排列、分罐、吸罐、码罐、自动计算堆码层数等。其中前三个环节由传送机构来完成，称为前端处理；后三个环节由磁力码垛机来完成，称为码垛处理。

2．工艺流程：传送机构将灌装完毕的罐体传送到排列机构处。排列机构会依据码垛托盘的大小将罐体整理成与之对应面积的罐体列队。在需要码垛时，分罐机构会将整理好的罐体列队输送到磁力码垛机磁力吸盘下。磁力码垛机会将罐体列队整体吸起，提升，平移，计算垛体高度，下降，放罐，回原位等待下一次循环。待垛体达到设定层数时发出完成提示。

图2：机器人码垛机

图3：控制系统架构

图4：PLC程序功能块

三、控制系统架构

根据控制工艺流程，台达提供的系统控制主要电气组件，如表1，控制系统架构，如图3。

四、程序说明

该方案程序主要由PLC程序和HMI程序构成。下面就上述两种程序进行说明。

图5：部分自动程序

1．PLC程序

PLC程序采用ISPSoft 来编写，主要是考虑到该软件的功能块和变量定义功能。上述两点对后期的调试有很大帮助。程序中共分7部分，编写功能块，如图4。

其中的主要工艺程序使用步进梯形图编写。根据工艺要求编写的动作程序分为10个动作和9个变换条件，如图5。

表1：控制系统主要电气组件

程序分为手动程序、自动程序、数据处理和报警处理等,下面简要介绍程序中的手动和自动部分。此处须注意以下几点：（1）水平和提升轴要缓启缓停（通过加减速来实现）；（2）自动动作时各动作之间的间隔要合适；（3）自动计算高度的方法和外部检测设备的配合等等。

（1）手动部分程序，如图6。

（2）自动程序中基本采用顺序功能图 (SFC)来实现，图7只是一小部分程序。

图6：动作程序

图7：部分手动程序

图8：人机界面接口设计

2．HMI画面

在人机界面（HMI）接口的设计中，主要体现的是终端客户的操作习惯和设备厂对设备调试的掌控。HMI主要分为手动接口、自动接口、参数设置等，如图8。

五、结语

由于人工成本的不断提高和罐装饮料需求量的增加，迫使设备生产厂家要不断完善现有设备和研发新的设备。以上工控理念和创新思维，可以高度满足此需求。通过应用台达自动化控制方案的磁力码垛机，控制精度高，操作简单，提高了整体工作效率，受到客户认可。

作者单位为台达集团——中达电通股份有限公司