摘要：随着科学技术水平的不断发展，我国的建陶产业的发展十分迅猛，生产技术也在不断地进行革新，为了能够减轻工人劳动强度，提高生产效率，将先进生产设备及工艺取代落后生产设备、工艺，加快技术进步，促进产业升级，研制一种符合我国陶瓷行业实际生产需要的瓷砖自动包装码垛生产线变得尤为迫切，对促进陶瓷机械产品的更新换代，促进创新装备的国产化和研制开发具有重要意义。基于此，本文主要就自动包装码垛的动作流程与其控制系统设计进行了一系列的研究，具有一定的参考价值。
关键词：瓷砖包装；自动码垛；生产线控制系统；设计
1自动包装码垛动作流程
1.1上砖模块
上砖模块由上砖机构和翻转机构组成，主要完成的工作是将人工放到指定位置的整架的摆放好的瓷砖，按照规定的每包砖的数量放置到线架上，将瓷砖由原来的存放状态分离并且达到水平状态。上砖机构由Ａ、Ｂ两个平台组成。平台由轨道、瓷砖分离机构、推送部件三部分组成，如图1所示。上砖模块的执行器件采用气压驱动和电机驱动两种方式结合。
图1上砖机工作原理图
系统正常工作时，需要工人用机动叉车把摆放整齐的砖架放到导轨平台上，在启动信号或者人工的辅助操作的作用下导轨平台在平台电机的作用下通过丝杠的传动作用前进。当载砖平台的砖面前进到对齐传感器检测的位置时，电机停止前进，对齐气缸获得执行信号，两侧的对齐气缸执行对齐动作。对齐气缸返回后滑台继续前进，当瓷砖与分离机构的抬砖臂接触，通过机械缓冲装置的作用使砖面与抬砖臂的角度吻合，瓷砖此时达到最理想的分离状态，这时平台停止前进，抬砖臂气缸动作将砖夹紧，导轨平台后退一段距离，分离动作完成，然后下摆正气缸复位、滚轮气缸看出，把倾斜的砖拉至竖直的平面内。然后抬砖臂气缸返回，把砖放置在滚轮上，此时启动推送电机，通过链条和挡板的作用，将砖运送到翻转位置。反复这样的工作流程，最后把瓷砖传送到下一个工位。
1.2裹包模块
裹包模块由视频检测机构、对齐机构、送纸机构、包角机构、折纸机构组成，主要完成自动在检测通过的砖四边放好规定的支撑材料，自动将砖放到纸箱上，自动折叠好纸箱等功能。由一台伺服电机控制传送带在某一指定速度行进适当的行程，使传送带上的瓷砖进入到下一工位，通过设定的时间，各工位的动作都已完成后，继续按照设定一速度行进适当的行程，从而进入到另一个工位，以此循序进行。
1.3捆扎模块
捆扎模块一般是由捆扎机构和转向机构组成，主要是完成对砖包的打带功能。根据不同尺寸规格的瓷砖要求，可以完成井字型、日字型或者田字型的打带动作。前、后捆扎机构（一打一备）工作原理相同，下面仅阐述前捆扎机构的工作原理。前捆扎机构有两台捆扎机。
在正常情况下，捆扎机１工作、捆扎机２备用；当捆扎机１在工作时出现故障或换带时将自动启用捆扎机２，并且报警灯闪烁，以示报警。当捆扎机１故障处理完毕，立即切换回捆扎机１工作‘，此刻的捆扎机２将正在打包的瓷砖打包完毕后转入待用工作状态，并且解除闪烁报警。如果两台打包机同时没带或者带未到位，则捆扎机停止工作，并且发出常亮报警。正常工作情况下，砖未到捆扎机时，前输送线架处于运行状态，工作状态下的前挡板和后挡砖架都处于打下状态，从裹包模块来的砖由前输送线架进入捆扎机构，折叠好的纸箱由压板来保持。当瓷砖前端运动到捆扎机1龙门架下方并碰到前挡板时，触发相应接近开关，砖和前输送线架都停止，捆扎机1打带，打带完毕前挡板在气缸驱动下抬起，前输送线架和后输送线架1启动，砖前进。当砖中部运动到捆扎机1龙门架下方时，触发相应接近开关，砖、前输送线架和后输送线架1停止，捆扎机1打带，同时后挡砖架在气缸驱动下抬起，打带完毕前输送线架和后输送线架1均启动，砖前进，直至碰到后挡砖架并触发接近开关，后输送线架1停止，砖停止，捆扎机1打带，同时后挡砖架放下，打带完毕后输送线架1启动，砖前进，通过过渡轮、后输送线架2进入转向部分，前挡板放下，前捆扎循环下一次捆扎动作。转向机构工作原理是：当检测到瓷砖砖到达转向机构，转向挡板抬起，转向输送线架停止，转向顶砖气缸将转盘顶起，转向气缸驱动摇臂旋转带动转盘转过90度，转向动作完成。
1.4码垛模块
码垛模块由叠包翻转机构、搬运机构、码垛平台三个部分组成，整体结构如图2所示。工作时待码垛的瓷砖依次经过叠包工位、翻转工位，搬运模块将其夹取提起，运送到码垛平台，完成码垛动作后返回进行下一次搬运。
图2码垛装置原理图
2生产线控制系统的设计
2.1控制系统的硬件设置
第一，就是要进行PLC控制器的选择，对其进行选择时，首要考虑的是设计的需求，一定要保证其满足相关设备的实际要求。其次考虑其工作运行的性能，分析其是否能与相关的设备进行兼容。最终就是PLC的经济因素，PLC的I/O点数直接决定其价格，所以要根据对设备的科学分析，选择适合设备并且能有效节省生产成本的I/O点数的PLC。第二，传感器选型，其主要工作的原理是利用被检测物件对光线的遮挡，来进行物件的检测。只要物件对光线有反射作用，传感器选型就能实现对该物件的检测工作，所以其检测物件类型范围较广并且其通过光电传感器能实现对物体的探测。其中光电传感器可以分为几种类型：漫反射型光电传感器、镜反射型光电传感器、对射型光电传感器、槽型光电传感器和光纤型光电传感器。但是大部分的传感器选型中，选用的是对射型光电传感器和反射型光电传感器，因为光电传感器的体积较小，安装的难度较低，并且有高度的灵敏性和较强的抗干扰性能。
2.2系统硬件设计
生产线的各个模块控制系统的硬件结构都比较相似，都是以PLC为控制核心的，并且通过开关量和驱动电机完成相应的装置（如图3）。
图3电器控制示意图
图4系统软件结构图
在硬件的电路设计过程中，首先要设计强电部分，以传感器和编码器等原件进行硬件的供电，并且将上砖模块、包裹模块、捆扎模块和码垛模块的急停开关进行电路环节的串联，这样连接的主要原因是，当其中一个模块发生故障时，通过串联的电路，其他的模块也随着停运，可以及时的进行故障的排除和修整。依据设计方案的具体要求，确定光电传感器的具体位置，使对射型光电传感器与检测瓷砖的反射型光电传感器并联，这样设计的主要原因是，当其中一个光电传感器出现故障后，另外一个光电传感器在并联的电路上依然可以正常的运行工作，保证瓷砖自动包装的工作检测可以继续的进行。
2.3控制系统的软件设置
控制系统的软件是由软件的上位机和下位机PLC程序共同组成的，上位机采用操作触摸屏，并且通过相关的软件程序的编写，实现操作界面的信息和控制功能的显示。下位机是通过自带的软件程序进行编程设计，并且结合相关的模块，进行相应程序的使用和修改。在进行控制系统软件设置的时候一定要充分考虑到操作技术人员的操作习惯，使控制系统的设计体现人性化，系统软件设置的整体结构（如图4）。
PLC程序设计，PLC控制系统办公软件的开发，首先要进行设计实施可行性的分析，然后通过对系统相关需求进行分析，实现系统程序的设计，保证PLC系统能够安全的应用于自动包装工作实施中。在设计的过程中，尽量减少设计的失误，设计出现问题的时候，及时的进行问题的分析和故障的排除，保证PLC程序开发的质量。PLC程序的设计流程包括：上砖模块程序的设计、包裹模块程序的设计、捆扎模块程序的设计和码垛模块程序的设计。
3结语
综上所述，通过瓷砖自动包装码垛生产线控制系统设计，实现自动上砖、自动检测、自动包裹、自动捆扎、自动码垛的功能。该系统的设计，降低了瓷砖生产包装劳动力的输出，使得瓷砖的包装速度和效率明显提高。
参考文献：
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[5]白酒包装自动码垛机器人的研制[D].张明.四川理工学院2013
论文作者:钟海洋
论文发表刊物:《基层建设》2019年第19期
论文发表时间:2019/9/21
标签：瓷砖论文; 模块论文; 传感器论文; 控制系统论文; 气缸论文; 光电论文; 机构论文; 《基层建设》2019年第19期论文;