郑博骞+张银鑫+魏玉兰+李兵+姚隽
摘 要：介绍了一种瑜伽垫自动弯卷包装设备，分析了控制系统原理，采用PLC系统进行控制，并介绍了控制系统的软、硬件和设备工作过程。
关键词：自动设备；瑜伽垫；PLC；控制系统
引言
目前的生产生活中，自动包装机在食品、医药、化工等行业有着广泛的应用。而在瑜伽垫生产行业中未出现有自动或半自动包装机，此工作亦须工人手动完成。由于瑜伽垫表面粗糙，对长期进行瑜伽垫包装的工人的手部有着或多或少的伤害。其工作强度高，考验工人体力。同时工作效率较低，限制产量及企业发展。
根据此需求设计制作了一套可自动弯卷包装瑜伽垫的自动化设备。设备采用多工位在PLC的控制下同时工作，可有效提高运行效率[1-3]。
1 运动系统
目前，瑜伽垫的包装包含以下步骤：
（1）将切割完成的瑜伽垫卷曲裹成筒形；（2）在卷曲裹成筒形的瑜伽垫外部环形粘贴一张广告纸。该瑜伽垫自动弯卷包装设备由输入传送带、双工位自动弯卷装置、输出传送带及自动上纸机构、机架和控制系统组成。
输入传送带将瑜伽垫输送至双工位自动弯卷设备，双工位自动弯卷装置的工位1将瑜伽垫弯卷成筒形，然后旋转切换工位，自动上纸机构将广告纸输送至工位2，工位2将广告纸弯卷在瑜伽垫上。与此同时工位1弯卷下一个瑜伽垫。弯卷动作为夹持套管在无杆气缸的操作下外申到另一端，当瑜伽垫进入后，随动侧的步进电机带动内管相对于外管旋转一定角度，内管和外管将瑜伽垫一端牢牢夹紧，待瑜伽垫被夹紧后两侧的旋转步进电机同步转动，将瑜伽垫卷为筒形。待瑜伽垫弯卷包装完成后，内管反转一定角度，从而松开所挟持的瑜伽垫，然后夹持套管在无杆气缸的带动下抽出，使瑜伽垫自由下落至向前伸出输出传送带的接收板上。接收板上有一个光电传感器，当其接收到下落的瑜伽垫后，将向后退，防止其与旋转中的双工位自动弯卷装置相互干涉。
2 控制系统
控制系统包括：控制柜、电源模块、PLC控制模块、传感器模块、步进电机控制模块、气动控制模块、输出输入模块。控制系统既包括开关量控制，还有脉冲控制。设备运行方式为自动连续运行，控制系统框图如图1所示。
由于系统共有5个步进电机而FX3U只有3个脉冲输出点，因此需要使用中间继电器进行脉冲分流。工位切换步进电机使用Y000提供脉冲输出，工位1的2个步进电机和工位2的2个步进电机分别使用Y001和Y002提供脉冲。由于步进电机控制器信号输入电压为5V，生产中常用的方法是对24v信号串联电阻进行限流。但是为了保证在信号分流时电机正常工作，保证信号稳定，这里采用了5V的信号电压。使用4个中间继电器进行脉冲分流，如图2所示。
对于整个控制系统，由于采用电磁阀功率较小，因此采用IO直接驱动的形式，但是中间加入了保险丝以进行过载保护，输出输入的电机采用继电器直接控制其运转。
采用了2台明玮的LRS-350-24型开关电源对步进电机和其他24V电源设备进行供电。该电源具有短路保护、过载保护、过电压保护和过热保护功能，具有较高的可靠性。
PLC与工控机之间的通讯是通过外加的RS232模块进行的。通过协议，工控机可以读取PLC所有软元件的状态和数据，并且可通过相关指令对软元件进行操作或数据修改。数据通讯的配置为：数据长度8位，偶校验，1bit停止位，采用和校验，格式4（有CR，LF），超时判定为200ms。
该设备共需要数字量输入端口35个，数字量输出端口28个，因此选用三菱FX3U-80MT/ES-A型PLC作为主控单元。控制柜实物如图3所示。
3 结束语
瑜伽垫自动弯卷包装设备采用PLC和工控机相结合的控制方案，采用气压传动，步进电机精确控制，光电传感器技术相结合，因此本设备使用简单，性能可靠。但对于手工操作而言，工人的劳动强度低，生产效率高。
参考文献
[1]姜涛，何洋.基于PLC的线筒包装生产线控制系统设计[J].轻工机械，2012（3）：47-49.
[2]丁黎，李伯胜，丁璐，等.PLC在包装线上并行多工位控制的应用[J].包装工程，2008（7）：46-47.
[3]杨旭东.面粉自动包装机PLC控制系统设计[J].山东工业技术，2013（13）：26-27.
