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摘 要：通过对HSZ-120P自动装盒机增加光纤、修改PLC程序控制主电机运行条件，实现了纸盒吸不下或吸下打不开后自动停机功能，降低了产品损耗，实现了节约成本的目的。
关键词：自動装盒机;缺盒;PLC;光纤放大器
0 引言
本次改进的HSZ-120P自动装盒机是由山东某机械制造有限公司研发生产的国产包装机，其设计生产速度为40～120盒/min。该机使用主机变频调速，采用PLC控制系统和人机界面操作，自动显示装盒速度及产量计数，具有手动、自动选择功能。设备在规定范围内可实现多规格装盒，并同步完成批号打印，也可同步完成1～4折说明书自动折叠。同时，该设备设有自动检测系统，定位停机，具有对不合格品自动剔除功能。设备前端可与贴标机、泡罩机等连线生产，后端可与三维包装机、热收缩机等连线生产，也可独立使用。
1 设备原理
自动装盒机的运行原理适合基本的产品进给系统，自动装盒机进料一般分为3个入口：说明书入口、药板入口和机包纸盒入口。设备运行过程中，利用凸轮传动系统使进药板、折叠说明书、进纸盒三大给料系统同步运作，以药板工位为控制基础，利用真空吸取原理同步补充说明书、纸盒的供给。
（1）利用同步输送带药板料仓传送药板至药板推料导盒卡仓，同时在输送药板过程中利用光纤放大器检测药板的工位序号。
（2）说明书折叠机构得到药板信号源后，由两个真空吸头反向从书架上吸取一张说明书，后经折书机构折叠后，由输送带送到说明书入口处。
（3）纸盒进料系统得药板信号源后，利用真空反向吸取进料纸盒仓最底下的纸盒，利用一个小连杆预开盒装置，在纸盒侧推、压，打开盒子。
（4）推料导盒卡仓后面推料杆在凸轮传动系统运行过程中往复进行推药板、说明书进盒装填。
（5）装填好的纸盒在送盒板的移动过程中逐步进行纸盒前后部分的折舌、插舌工序，最后完成合封盒的动作。
从机包纸盒进料到最后包装成型的整个过程大致可以分成4个阶段：下盒、打开、装填、合盖。下盒动作通常是由一个吸盘从纸盒进料口吸取一个纸盒，下行到装盒的主线上，由一个导轨卡位将纸盒固定并用一个推板打开纸盒，同时会有两个可向前移动的卡位从下面升起，从前后方向卡住纸盒的侧面，使盒子打开成直角并前移到装填区域。在装填区域填装后，机器的机构会将耳朵折进左右导轨中，然后再进行合盖动作。
装盒机工艺流程图如图1所示。
2 改进方案提出背景
在设备实际运行过程中，生产现场常会由于纸盒粘连、真空不足等非正常情况出现吸盒机构吸取不了盒子或吸下后打不开、粘连重盒的情况，造成药包、说明书同时直接被推入到机器装填导轨卡位中，造成药包、说明书损坏，没法再回收，造成浪费，严重时还会造成机器部件变形损坏。工人操作过程中经常需要停机处理误推进导轨卡位的药包，同时药包误推进导轨卡位后折盒移动推轨会碰撞药品使得药包损坏，严重时折盒移动推轨会因碰撞而发生变形，造成其经常需要维修人工调整，耗费工时及材料成本。
造成该故障的主要原因是机器运行过程中以药板为信号控制源，没有对盒子吸不下来或吸下后打不开的情况进行预估。为节约生产过程中的直接生产成本，减少工时浪费，延长设备使用寿命，增加光纤、PLC程序控制主电机运行条件，当发生纸盒吸不下来或打不开（即检测不到盒子）的情况时，通过增加PLC控制程序控制主电机停止运行，并在人机界面中显示“纸盒故障”，提示操作人员对其进行处理，以降低产品损耗，实现节约生产成本的目的。
因此，考虑在原控制系统中增加一个光纤放大器来检测盒子的情况，将光纤放大器安装在纸盒完全打开后的位置上进行检测，并增加光纤放大器检盒报警程序，在原PLC程序中的主机自动停机条件中加入缺盒报警开关，以实现盒子吸不下或吸下打不开（检测不到盒子）后自动停机的功能。
3 改进方案设计
系统设计包括3个部分：信号检测部分、程序部分和执行停机部分。
3.1 信号检测部分设计
当安装在同步输送带上的物料检测电眼检测到输送带上有物料通过时，吸纸盒、吸说明书的真空电磁阀打开，设备开始吸纸盒、吸说明书。设备继续运转，当盒子下行到物料装填盒的主线工位上时（检盒位置），压盒板正好把盒子压平，这时在此工位上新增光纤放大器，新增光纤放大器应检测到纸盒是否打开，检测开关的灯亮，机台传动箱下面凸轮高位定位停机的检测器同步进行检测，保证纸盒检测与高位停机检测信号的同步一致，并将检测信号传递到PLC中寄存，作为主电机继续运行的条件。检测过程如图2所示。
3.2 程序部分设计
在PLC输入前端增加纸盒检测输入，并修改主机运行条件：当光纤放大器检测到有盒子时，设备主机应能继续执行运行;当光纤放大器检测不到盒子时，说明盒子没有被吸下来或吸下后没有打开（即检测不到盒子），主电机应能自动停止运行并报警提示，如图3、图4所示。
3.3 执行停机部分设计
如图5所示，增加检盒功能，当光纤放大器检测到盒时开关K4灯亮，主机定位停机K2对K4进行检测，当送盒板往右运行时，K2灯熄灭，设备主机正常运行;当K4检测到缺盒时，定位停机K2对K4进行检测，得到停机信号并自动停机，利用设备本身每次停机都是凸轮高位的控制使得物料导入仓后面推料杆停止往复运行，不再向装填盒工位推物料。设备自动停机后，需等操作人员清走待装盒物料后才能再次启动开机。
4 方案前后对比
原设备PLC控制流程为：当物料转盘上的“料高、料低”照料电眼检测到有物料时，将检测信号传递到PLC中寄存;当同步输送带上的物料检测电眼检测到有物料通过时，发出信号，控制吸盒、吸说明书电磁阀打开，盒子经吸盒机构吸下打开并送至装填工位;说明书经折书机构折叠后输送到下书位置，此时检书电眼会对其进行检测，如果没有检测到说明书（说明：说明书缺书停机张数可设置为1～3张），则发出停机指令，如果检测到说明书，则将信号传递到PLC中寄存，此时如果外部状态正常，各保护开关都处于正常状态时，设备将继续运行，完成一次装盒过程。
修改后PLC控制流程为：当物料转盘上的“料高、料低”照料电眼检测到有物料时，将检测信号传递到PLC中寄存;当同步输送带上的物料检测电眼检测到有物料通过时，发出信号，控制吸盒、吸说明书电磁阀打开，盒子经吸盒机构吸下打开，此时新增加的光纤放大器对盒子进行检测，如果没有检测到盒子，则发出停机指令，如果检测到有盒子则将信号传递到PLC中寄存，并将盒子送至装填工位;说明书经折书机构折叠后输送到下书位置，此时检书电眼会对其进行检测，如果没有检测到说明书（说明：说明书缺书停机张数可设置为1～3张），则发出停机指令，如果检测到说明书，则将信号传递到PLC中寄存，此时如果外部状态正常，各保护开关都处于正常状态时，设备将继续运行，完成一次装盒过程。
设备自动停机功能的改进实现了盒子吸不下或吸下打不开后自动停机功能，在实际生产过程中，设备改进后比改进前降低了小盒、待入盒半成品的损耗，有效提高了生产的连续性及有效率，设备卡药、卡盒的情况得以减少，设备运行连续性良好，故障率明显降低。
5 结语
自动装盒机经过程序多次修改后的测试运行，在原有设备上成功实现了缺盒自动停机功能，从而有效提高了生产的连续性及有效率，极大地降低了包材及成品的损耗。
收稿日期：2021-06-28
作者简介：李燕（1978—），男，广东江门人，研究方向：制药工程及设备的应用等。
关键词：自動装盒机;缺盒;PLC;光纤放大器
0 引言
本次改进的HSZ-120P自动装盒机是由山东某机械制造有限公司研发生产的国产包装机，其设计生产速度为40～120盒/min。该机使用主机变频调速，采用PLC控制系统和人机界面操作，自动显示装盒速度及产量计数，具有手动、自动选择功能。设备在规定范围内可实现多规格装盒，并同步完成批号打印，也可同步完成1～4折说明书自动折叠。同时，该设备设有自动检测系统，定位停机，具有对不合格品自动剔除功能。设备前端可与贴标机、泡罩机等连线生产，后端可与三维包装机、热收缩机等连线生产，也可独立使用。
1 设备原理
自动装盒机的运行原理适合基本的产品进给系统，自动装盒机进料一般分为3个入口：说明书入口、药板入口和机包纸盒入口。设备运行过程中，利用凸轮传动系统使进药板、折叠说明书、进纸盒三大给料系统同步运作，以药板工位为控制基础，利用真空吸取原理同步补充说明书、纸盒的供给。
（1）利用同步输送带药板料仓传送药板至药板推料导盒卡仓，同时在输送药板过程中利用光纤放大器检测药板的工位序号。
（2）说明书折叠机构得到药板信号源后，由两个真空吸头反向从书架上吸取一张说明书，后经折书机构折叠后，由输送带送到说明书入口处。
（3）纸盒进料系统得药板信号源后，利用真空反向吸取进料纸盒仓最底下的纸盒，利用一个小连杆预开盒装置，在纸盒侧推、压，打开盒子。
（4）推料导盒卡仓后面推料杆在凸轮传动系统运行过程中往复进行推药板、说明书进盒装填。
（5）装填好的纸盒在送盒板的移动过程中逐步进行纸盒前后部分的折舌、插舌工序，最后完成合封盒的动作。
从机包纸盒进料到最后包装成型的整个过程大致可以分成4个阶段：下盒、打开、装填、合盖。下盒动作通常是由一个吸盘从纸盒进料口吸取一个纸盒，下行到装盒的主线上，由一个导轨卡位将纸盒固定并用一个推板打开纸盒，同时会有两个可向前移动的卡位从下面升起，从前后方向卡住纸盒的侧面，使盒子打开成直角并前移到装填区域。在装填区域填装后，机器的机构会将耳朵折进左右导轨中，然后再进行合盖动作。
装盒机工艺流程图如图1所示。
2 改进方案提出背景
在设备实际运行过程中，生产现场常会由于纸盒粘连、真空不足等非正常情况出现吸盒机构吸取不了盒子或吸下后打不开、粘连重盒的情况，造成药包、说明书同时直接被推入到机器装填导轨卡位中，造成药包、说明书损坏，没法再回收，造成浪费，严重时还会造成机器部件变形损坏。工人操作过程中经常需要停机处理误推进导轨卡位的药包，同时药包误推进导轨卡位后折盒移动推轨会碰撞药品使得药包损坏，严重时折盒移动推轨会因碰撞而发生变形，造成其经常需要维修人工调整，耗费工时及材料成本。
造成该故障的主要原因是机器运行过程中以药板为信号控制源，没有对盒子吸不下来或吸下后打不开的情况进行预估。为节约生产过程中的直接生产成本，减少工时浪费，延长设备使用寿命，增加光纤、PLC程序控制主电机运行条件，当发生纸盒吸不下来或打不开（即检测不到盒子）的情况时，通过增加PLC控制程序控制主电机停止运行，并在人机界面中显示“纸盒故障”，提示操作人员对其进行处理，以降低产品损耗，实现节约生产成本的目的。
因此，考虑在原控制系统中增加一个光纤放大器来检测盒子的情况，将光纤放大器安装在纸盒完全打开后的位置上进行检测，并增加光纤放大器检盒报警程序，在原PLC程序中的主机自动停机条件中加入缺盒报警开关，以实现盒子吸不下或吸下打不开（检测不到盒子）后自动停机的功能。
3 改进方案设计
系统设计包括3个部分：信号检测部分、程序部分和执行停机部分。
3.1 信号检测部分设计
当安装在同步输送带上的物料检测电眼检测到输送带上有物料通过时，吸纸盒、吸说明书的真空电磁阀打开，设备开始吸纸盒、吸说明书。设备继续运转，当盒子下行到物料装填盒的主线工位上时（检盒位置），压盒板正好把盒子压平，这时在此工位上新增光纤放大器，新增光纤放大器应检测到纸盒是否打开，检测开关的灯亮，机台传动箱下面凸轮高位定位停机的检测器同步进行检测，保证纸盒检测与高位停机检测信号的同步一致，并将检测信号传递到PLC中寄存，作为主电机继续运行的条件。检测过程如图2所示。
3.2 程序部分设计
在PLC输入前端增加纸盒检测输入，并修改主机运行条件：当光纤放大器检测到有盒子时，设备主机应能继续执行运行;当光纤放大器检测不到盒子时，说明盒子没有被吸下来或吸下后没有打开（即检测不到盒子），主电机应能自动停止运行并报警提示，如图3、图4所示。
3.3 执行停机部分设计
如图5所示，增加检盒功能，当光纤放大器检测到盒时开关K4灯亮，主机定位停机K2对K4进行检测，当送盒板往右运行时，K2灯熄灭，设备主机正常运行;当K4检测到缺盒时，定位停机K2对K4进行检测，得到停机信号并自动停机，利用设备本身每次停机都是凸轮高位的控制使得物料导入仓后面推料杆停止往复运行，不再向装填盒工位推物料。设备自动停机后，需等操作人员清走待装盒物料后才能再次启动开机。
4 方案前后对比
原设备PLC控制流程为：当物料转盘上的“料高、料低”照料电眼检测到有物料时，将检测信号传递到PLC中寄存;当同步输送带上的物料检测电眼检测到有物料通过时，发出信号，控制吸盒、吸说明书电磁阀打开，盒子经吸盒机构吸下打开并送至装填工位;说明书经折书机构折叠后输送到下书位置，此时检书电眼会对其进行检测，如果没有检测到说明书（说明：说明书缺书停机张数可设置为1～3张），则发出停机指令，如果检测到说明书，则将信号传递到PLC中寄存，此时如果外部状态正常，各保护开关都处于正常状态时，设备将继续运行，完成一次装盒过程。
修改后PLC控制流程为：当物料转盘上的“料高、料低”照料电眼检测到有物料时，将检测信号传递到PLC中寄存;当同步输送带上的物料检测电眼检测到有物料通过时，发出信号，控制吸盒、吸说明书电磁阀打开，盒子经吸盒机构吸下打开，此时新增加的光纤放大器对盒子进行检测，如果没有检测到盒子，则发出停机指令，如果检测到有盒子则将信号传递到PLC中寄存，并将盒子送至装填工位;说明书经折书机构折叠后输送到下书位置，此时检书电眼会对其进行检测，如果没有检测到说明书（说明：说明书缺书停机张数可设置为1～3张），则发出停机指令，如果检测到说明书，则将信号传递到PLC中寄存，此时如果外部状态正常，各保护开关都处于正常状态时，设备将继续运行，完成一次装盒过程。
设备自动停机功能的改进实现了盒子吸不下或吸下打不开后自动停机功能，在实际生产过程中，设备改进后比改进前降低了小盒、待入盒半成品的损耗，有效提高了生产的连续性及有效率，设备卡药、卡盒的情况得以减少，设备运行连续性良好，故障率明显降低。
5 结语
自动装盒机经过程序多次修改后的测试运行，在原有设备上成功实现了缺盒自动停机功能，从而有效提高了生产的连续性及有效率，极大地降低了包材及成品的损耗。
收稿日期：2021-06-28
作者简介：李燕（1978—），男，广东江门人，研究方向：制药工程及设备的应用等。