基于PLC控制的多肉植物自动打包系统分单元研究

吴彦霖，曹 瑜

(云南国土资源职业学院，云南 昆明 650000)

0 引 言

近年来，由于外形小巧、可爱，多肉植物作为一种新兴起的花卉植物伸手年轻人的喜爱。多肉植物多在“微”传播的环境下销售，且多肉植物耐旱、皮实、能够经受脱土的长途的运输因此多肉的销售量巨大。而由此也带来了巨量的多肉的打包工作。目前多肉的打包主要由人工完成，效率比较低下。多肉的人工包装模式已跟不上需求，多肉的包装需进行自动化改进。因此研发一种多肉自动打包系统是很有必要的。

该文针对多肉植物的自动打包系统进行了多方面的研究，通过五个单元共同作用，完成多肉的自动装盒打包功能。

1 系统构成

由于多肉耐旱、皮实等特性，多肉的打包较为简单，流程为在包装盒中垫入底层珍珠棉，再放入多肉植物，最后再覆盖一层珍珠棉即可封盒。针对以上过程，多肉自动打包系统分为包装盒供料单元、填充棉装载单元、多肉装载单元、包装盒封装单元、传送单元，总体结构见图1。

多肉自动打包系统由光电传感器、磁性开关、气动装置、光电编码器、PLC、变频器、三相异步电动机、传送带等组成，系统通过上述技术的协同运用完成多肉的自动打包功能，系统的工作流程图见图2所示。

图1 基于PLC控制的多肉植物自动打包系统构成Fig.1 The composition of a succulent plant automatic packaging system based on PLC control

图2 系统的工作流程图Fig.2 System working flowchart

1.1 包装盒供料单元

包装盒供料单元，主要为填充棉和多肉提供包装盒，并通过传送带进行传输。供料单元由料仓，顶盒杆，挡盒杆及各种传感器组成。料仓中装入底部已封好的包装盒，同时料仓上装有光电传感器，以检测包装盒是否充足。供料单元是起始单元，需保证能够提供充足的包装盒以供后续流程。

1.2 珍珠棉装载单元

珍珠棉装载单元主要用来将多肉固定于包装盒中心。珍珠棉是由聚丙烯纤维进行人造化学纤维，棉弹性好，膨松度强，不怕挤压。将珍珠棉至于打包盒中，可对多肉进行很好的保护作用，使多肉在长途运输中得到很好的保护，且蓬松透气性强，以保证多肉的长途运输环境。珍珠棉装载单元由料仓、挡棉板、切棉板及相应传感器构成。珍珠棉装载单元需进行2次动作。第一次在装载多肉之前用珍珠棉进行底层填充；第二次在装载多肉之后，用珍珠棉进行顶层填充。

1.3 多肉装载单元

多肉装载单元主要由机械手动作，通过机械手将平台上已排好序到的多肉抓取放入到已填入底层珍珠棉的包装盒中。该单元需特别注意机械手抓取多肉时不能伤到多肉，因此需使用特制的抓手。

1.4 封装单元

封装单元主要对已装入多肉的包装盒进行封装，以保证多肉在长土运输时不会从包装盒中掉出。包装盒封装单元主要是胶带封箱机工作，胶带封箱机由两个伺服电机作为动力来源，带动履带将包装盒送入到胶封机芯下，再由胶封机进行准确封箱。

1.5 传送单元

传送单元由两条传送带及一个机械手构成。传送带1将包装盒由包装盒供料单元传输至珍珠棉装载单元，传送带2将包装盒在珍珠棉装载单元及多肉装载单元进行往返传输，机械手将已装好多肉及珍珠棉的包装盒放至封装单元进行封装。

2 PLC系统设计

2.1 PLC硬件配置

系统选用能够在分布式场合应用的西门子S7-200系列的PLC为自动化平台。S7-200是一种小型的可编程序控制器，适用于各种场合中的检测、监测及控制的自动化。该设计中选用4台S7-200系列的PLC，将传送单元的PLC作为主站，除封装单元外其余3个单元各配一台作为从站，相连成网络，以完成多肉的自动打包控制系统。主站及从站间的连接采用PPI协议通信的分布式网络控制，系统指令信号由外接按钮提供，安装在控制系统个单元的警示灯可显示系统的主要工作状态。

2.2 PLC程序设计

根据多肉自动打包系统的分单元设计，PLC的程序也分为包装盒供料程序、珍珠棉装载程序、多肉装载程序、传送单元程序。

2.2.1 包装盒供料单元程序设计

包装盒供料单元主要用于提供底部封好的包装盒。两个光电传感器装于料仓的底部和距离料仓底部20 cm处，分别用于提示料仓是否有料及是否缺料；另一个装于传送带1一侧，用于传送带上是否有包装盒。供料单元运行时，顶盒杆顶住次底层包装盒，挡盒杆缩回盒杆将一层包装盒掉落至传送带底层上。当底层包装盒掉落后，挡盒杆顶盒杆依次恢复原态，准备下一次动作。包装盒供料单元程序流程见图3。

2.2.2 珍珠棉装载单元程序设计

珍珠棉装载单元用于填充包装盒的底部及顶部。两个笔型气缸分别作用于挡棉板及切棉板；两个光电传感器装于料仓的底部和距离料仓底部50 cm处，分别用于提示料仓是否有料及是否缺料；另一个装于料仓下部，用于检测工作台上是否有包装盒。

珍珠棉装载单元运行时：当检测到料仓底部有包装盒，则切棉板伸出切断珍珠棉，以保证有一定数量的珍珠棉落入包装盒中。其次挡棉板打开，珍珠棉落入包装盒中。之后挡棉板切棉板依次恢复原始状态，待包装盒中装入多肉后重复以上动作，完成一次工作，并准备下一次动作。

2.2.3 多肉装载单元程序设计

多肉装载单元通过机械手抓取多肉放到包装盒中，通过PLC控制机械手进行下降、抓取、上伸、伸出、下降、释放、上伸缩回的动作，将平台上整理好的多肉依序放到包装盒中。机械手的动作通过3个气缸完成的三维度控制，各气缸分别管理垂直方向，水平方向及抓取的动作。多肉装载单元程序流程见图4。

图3 包装盒供料单元程序流程图Fig.3 Flowchart of the box feeding unit program

图4 多肉装载单元程序流程图Fig.4 Flowchart of succulent loading unit program

2.2.4 传送单元程序设计

传送单元主要由两条传送带及一个机械手构成。传送带1负责将多肉包装盒运送至珍珠棉装载平台，传送带2负责将包装盒在珍珠棉装载和多肉装载处进行往返传输。PLC控制电磁阀来控制旋转气缸，旋转气缸连接机械手，通过另外两个气缸完成机械手的伸缩及夹紧功能，已完成珍珠棉装载单元及封装单元的连接。由于用到两条传送带，需通过PLC控制变频器来控制电机已完成对传送带的控制。传送单元PLC作为主站，还需完成4台PLC间的数据通信部分。

3 结 语

基于PLC的多肉打包系统设计，可以实现多肉的自动打包功能，从而减少工人工作量，进而降低多肉销售成本。系统结构设计紧凑、高效便捷、绿色环，在多肉市场急剧膨胀的现代社会，该系统有较高的应用价值，市场前景良好。