引言

煙草外包裝箱的剪帶是煙草行業(yè)生產(chǎn)過程中的一個(gè)重要環(huán)節(jié),傳統(tǒng)開箱主要依靠人工進(jìn)行,勞動(dòng)強(qiáng)度大,效率低,且存在安全隱患。一些廠家采用機(jī)器人實(shí)現(xiàn)自動(dòng)拆箱,存在成本高的問題。鑒于此,本文采用機(jī)器視覺、伺服驅(qū)動(dòng)、4PL、觸摸屏、工業(yè)網(wǎng)絡(luò)通信等先進(jìn)的技術(shù)和設(shè)備,實(shí)現(xiàn)打包帶精準(zhǔn)定位、剪切,并就地回收、粉碎,全自動(dòng)運(yùn)行,提升了企業(yè)的生產(chǎn)效率,節(jié)約了資源。

1自動(dòng)剪帶與回收系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

煙箱自動(dòng)剪帶與回收系統(tǒng)位于煙箱拆包的前段環(huán)節(jié),針對人工去除打包帶的過程實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化操作,除進(jìn)出口位置外,其余部位均采用全密封結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)人機(jī)的完全隔離,確保使用過程中的人身安全。

如圖)所示,輸送線上部設(shè)置有剪帶裝置,通過視覺檢測,確保每根打包帶的位置準(zhǔn)確,并合理避讓存在有礙裁剪的風(fēng)險(xiǎn),如金屬扣等的位置,通過輸送機(jī)構(gòu)的精準(zhǔn)調(diào)節(jié),減少對裁剪設(shè)備的損傷,延長設(shè)備的使用壽命。輸送帶的底部設(shè)置有打包帶的回收及粉碎機(jī)構(gòu),回收機(jī)構(gòu)將已經(jīng)剪斷了的打包帶統(tǒng)一集中到設(shè)備中部,通過下拉機(jī)構(gòu)將打包帶拖入粉碎機(jī)構(gòu)中進(jìn)行粉碎,從而大大減小了打包帶的體積,減少了員工規(guī)整打包帶的時(shí)間,避免了因打包帶過長或剪切部位過于鋒利造成的人員傷害,更利于打包帶的二次回收利用。

裁剪完畢后,位于箱體底部滾輪間的頂升機(jī)構(gòu)會(huì)將煙箱托離滾筒面C500,此時(shí)位于滾輪間的打包帶收集機(jī)構(gòu)會(huì)同步上移,并將打包帶匯攏到設(shè)備中央,然后整體實(shí)現(xiàn)下拉動(dòng)作,將打包帶拉入輸送銀中。粉碎裝置結(jié)構(gòu)如圖2所示。輸送銀與粉碎刀待機(jī)時(shí)為分開狀態(tài),

圖1煙箱自動(dòng)剪帶與回收系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)圖

當(dāng)水平支撐導(dǎo)軌將打包帶拉下時(shí),輸送銀合攏并轉(zhuǎn)動(dòng)將打包帶牽引至粉碎刀進(jìn)行粉碎處理。合攏的抓手會(huì)自動(dòng)回到原位待命:因?yàn)楦叨扔邢?如將粉碎后的廢料直接落入刀頭下方的廢料箱,廢料箱的存儲(chǔ)量會(huì)很少,

因此粉碎的廢料會(huì)落入輸送器中,廢料會(huì)通過輸送器輸送到隔壁更大的廢料箱中,以降低清運(yùn)的頻率。

圖2粉碎裝置結(jié)構(gòu)圖

2控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

裁剪工位所對應(yīng)的輸送帶為多驅(qū)動(dòng)獨(dú)立控制的輸送機(jī)結(jié)構(gòu),當(dāng)檢測到有煙箱過來時(shí),對應(yīng)輸送帶會(huì)單獨(dú)運(yùn)行,將煙箱輸送到指定位置時(shí),輸送機(jī)構(gòu)停機(jī),位于支撐架上部的視覺檢測裝置將對煙箱進(jìn)行拍照,當(dāng)發(fā)現(xiàn)煙箱上打包帶有金屬接頭時(shí),系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)計(jì)算出避讓位置,通過輸送機(jī)構(gòu)對煙箱進(jìn)行微調(diào),以避免電剪在剪切時(shí)觸碰到金屬接口而損壞刀頭,縮短電剪的使用壽命。

開箱機(jī)采用PLC作為控制系統(tǒng)的核心,控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3所示。通過安裝在設(shè)備上的傳感器檢測設(shè)備運(yùn)行狀態(tài),并經(jīng)PLC運(yùn)算處理,輸出控制信號(hào)控制設(shè)備自動(dòng)運(yùn)行。PLC與信息化生產(chǎn)管理系統(tǒng)采用工業(yè)以太網(wǎng)傳輸,可以通過工業(yè)網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程監(jiān)控設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài),顯示生產(chǎn)工藝流程,統(tǒng)計(jì)產(chǎn)量及各種故障示警信息。通過人機(jī)交互界面,可對每班進(jìn)料進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄,并與車間MES系統(tǒng)數(shù)據(jù)共享,實(shí)現(xiàn)歷史數(shù)據(jù)可追溯管理。

本系統(tǒng)選擇匯川H3U一1616MTPLC作為主控制器,選擇SV610伺服驅(qū)動(dòng)器作為執(zhí)行機(jī)構(gòu),控制輸送、收帶、壓帶電機(jī)運(yùn)行。SV610伺服驅(qū)動(dòng)器是匯川研制的高性能中小功率的交流伺服驅(qū)動(dòng)器,支持Modbus、CANopen等通信協(xié)議。采用昆侖通泰HMI觸摸屏作為人機(jī)界面,負(fù)責(zé)參數(shù)設(shè)置和運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控。機(jī)器視覺檢測采用MGS502(M)一H2千兆網(wǎng)工業(yè)相機(jī),像素5.0MP。激光測距傳感器采用4~20mA模擬量輸出。PLC數(shù)字量接口地址分配如表1所示,PLC控制電路如圖4所示。

收帶、壓帶及剪切設(shè)備主回路電氣原理圖如圖5所示。

3實(shí)驗(yàn)研究

根據(jù)上述方案設(shè)計(jì)制作了樣機(jī),如圖6所示。

圖6樣機(jī)產(chǎn)品實(shí)驗(yàn)測試

經(jīng)過現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)測試,該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)煙箱無人工干預(yù)自動(dòng)開箱,改善了勞動(dòng)環(huán)境:在打包帶拆除的同時(shí),采用自動(dòng)抽取式回收密閉粉碎儲(chǔ)存,實(shí)現(xiàn)了資源回收:配備人機(jī)交互界面,可對每班進(jìn)料進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄,并與車間MEs系統(tǒng)數(shù)據(jù)共享,實(shí)現(xiàn)了歷史數(shù)據(jù)可追溯管理。該裝置完全獨(dú)立,原產(chǎn)線及設(shè)備的操作功能和操作方式均保留不變,接線方式均保持不變,不會(huì)對原產(chǎn)線設(shè)備造成任何影響。

4結(jié)語

本文所述煙箱自動(dòng)剪帶與回收系統(tǒng)不占用周邊系統(tǒng)提升了生產(chǎn)效率,改善了勞動(dòng)環(huán)境,節(jié)約了資源,具有廣闊的應(yīng)用前景。系統(tǒng)提升了生產(chǎn)效率,改善了勞動(dòng)環(huán)境,節(jié)約了資源,具有廣闊的應(yīng)用前景。