引言：易發表網憑借豐富的文秘實踐，為您精心挑選了一篇煙箱碼垛控制系統范例。如需獲取更多原創內容，可隨時聯系我們的客服老師。

1引言

自動碼垛技術在物流自動化領域應用越來越廣泛。目前大部分的碼垛方案是上位機PLC發送跺型及接口指令給工業機器人，由工業機器人來完成碼垛任務，工業機器人完成碼垛任務后反饋PLC碼垛完成，PLC再執行下一步動作。這樣的方案不僅控制系統實現較為復雜，而且工業機器人的成本也很高[1-2]。本系統為煙箱分揀線的一個分支機構，被分揀后的煙箱送入不同的通道，夾具夾起某通道的煙箱后，放到托盤輸送線上進行碼垛，碼垛完成后，托盤輸送線把托盤送入下一個工位。煙箱碼垛控制系統采用空間直角坐標系方案，由三個步進電機完成空間中X/Y/Z三個方向的精確定位，完成碼垛任務。

2系統設計

2.1系統拓撲結構

碼垛系統為整個分揀線的一個分支系統，選用西門子S7-1200PLC為系統的中央處理器，利用其自身集成的三路高速脈沖輸出通道，控制步進驅動器，進而驅動步進電機完成定位控制[3-4]。

2.2步進驅動器細分數設計

對X/Y/Z三個步進軸，選用Kinco步科公司生產的步進驅動器和步進電機。步進電機的電機步距角是1.8°，則電機旋轉一圈所需要的脈沖數是200。X軸：電機旋轉一圈，機構的位移量為6.3mm，即200個脈沖（pluse）為6.3mm，計算可得X軸的定位精度：1pluse=6.3/200=0.0315mm。該值小于工藝要求的定位精度0.1mm，可不用再設置步進驅動器的細分數。Y軸：電機旋轉一圈，機構的位移量為28.7mm，則200pluse=28.7mm，計算可得Y軸的定位精度：1pluse=28.7/200=0.1435mm。該值大于工藝要求的定位精度0.1mm，需要進一步設置步進驅動器的細分數。設置步進驅動器的細分為10細分，則200×10=2000。則步進驅動器每收到2000個脈沖，步進電機就會旋轉一圈。即2000pluse=28.7mm，計算可得Y軸的定位精度：1pluse=28.7/2000=0.01435mm。該值小于工藝要求的定位精度0.1mm，設置的步進驅動器細分數滿足應用要求。Z軸：電機旋轉一圈，機構的位移量為8.6mm，則200pluse=8.6mm，計算可得Z軸的定位精度：1pluse=8.6/200=0.043mm。該值小于工藝要求的定位精度0.1mm，可不用再設置步進驅動器的細分數。

2.3碼垛算法設計

本系統采用空間直角坐標系方案，由三個步進電機完成空間中X/Y/Z三個方向的精確定位。根據工藝要求，跺型為3×5×3的煙箱碼垛，即每行碼3個煙箱，每列碼5個煙箱，碼3層。根據煙箱測量數據得知：煙箱長度L=550mm，寬度W=250mm，高度H=900mm。手動操作X/Y/Z三軸運行到第一個煙箱的放置位置P1=(X1=1855,Y1=1419,Z1=3141),其中X1、Y1、Z1是三軸相對于各自原點的絕對位置。設置三個計數變量，用于記錄當前碼垛的行數Line，列數List，層數Level。設第n個煙箱的絕對位置為Pn=（Xn，Yn，Zn），不難計算出:Xn=X1+List*LYn=Y1+Line*WZn=Z1-Level*H程序首先賦初始值Line=0，List=0，Level=0。每放置完一個煙箱，Line加1，直到一行放置完畢，List加1，同時清除Line。同理，每放置完一行煙箱，List加1，直到一層放置完畢，Level加1，同時清除Line，List。同理，每放置完一層煙箱，Level加1，直到層高放置完畢，清除Line，List，Level。隨機選取幾個煙箱，驗證算法。第三個箱子：Line=3，List=0，Level=0，X3=1855+3*550=3505Y3=1419+0*250=1419Z3=3141-0*900=3141即P3=（3505，1419，3611）。第五個箱子：Line=2，List=2，Level=0，X5=1855+2*550=2955Y5=1419+2*250=1919Z5=3141-0*900=3141即P5=（2955，1919，33141）。第二十個箱子：Line=2，List=2，Level=1，X20=1855+2*550=2955Y20=1419+2*250=1919Z20=3141-2*900=1341即P20=（2955，1919，1341）。手動將X/Y/Z分別運行到第三、五、二十個煙箱的位置上，實際位置與計算位置無出入。

3系統實現控制器

采用西門子S7-1200系列的CPU1215C，該控制器集成有四路高速脈沖發生器，在博途軟件中對其進行運動控制功能的組態，還可調用軟件自帶的運動控制功能塊進行編程[5]。

3.1硬件組態

根據實際的硬件配置，在博途軟件中對CPU以及I/O模塊進行組態。

3.2高速脈沖設置

啟用三路CPU自帶的高速脈沖發生器，分別作為X/Y/Z三個軸的脈沖輸入，采用脈沖+方向控制方式。

3.3運動控制工藝對象設置

運動控制工藝對象的設置，主要設置原點的回歸方式、硬件限位、軟件限位、停止方式等等。設置方法如圖4所示。

3.4運動控制功能塊使用方法

在博途軟件的編程環境中，系統提供了若干運動控制功能塊，如MC_Power，MC_Reset，MC_Home，MC_Halt，MC_MoveAbsolute，等等。運動控制功能塊使用方法：首先調用軸使能指令MC_Power，Axis填寫組態里對應軸的名稱，Enable連接一個使能變量；然后調用回原點指令MC_Home，Mode設為7，Position為0.0，將該軸回到原點并初始化脈沖值為0；最后調用絕對定位指令MC_MoveAbsolute進行絕對定位。

3.5工作程序設計

煙箱碼垛的控制流程如下：系統在接收到自動運行命令時，首先將Line、List、Level賦初始值0，將X/Y/Z三軸使能，然后Z軸先回原點（防止發生機械碰撞），等Z軸回原點后，再對X/Y軸回原點。三軸都回到原點位置后，檢測是否有煙箱到來，如果沒有煙箱到來，則設備一直等待。當傳輸線上的光電傳感器檢測到傳輸線上有煙箱過來時，傳輸線上的定位氣缸動作，將煙箱準確定位，可保證碼垛機氣爪每次都能在同一位置抓取煙箱。此時，先將X/Y軸移動到抓取位置，再將Z軸移動到抓取位置，抓取氣缸抓緊煙箱，Z軸回到原點位置，定位氣缸松開，檢測托盤是否準備就緒，如果托盤沒有準備好，先將托盤運到指定位置，當托盤準備就緒后，計算Pn（Xn，Yn，Zn）點，先將X/Y的值分別賦值給Z/Y_MoveAbsoluste進行絕對定位，定位完成后，再將Z的值賦值給C_Move-Absoluste進行絕對定位，定位完成后，抓取氣缸松開放置煙箱，Z軸回到原點，等待下一個煙箱的到來。此時，需要根據已經放置的煙箱數量，更新Line、List、Level的值。如果碼垛未完成，則繼續檢測下一個煙箱是否準備就緒，如此循環；如果碼垛已完成，則需先將托盤送走，再跳轉到檢測下一個煙箱是否準備就緒，如此循環。

4結束語

煙箱碼垛控制系統實現了分揀線末端成品煙箱的自動碼垛，系統支持Profinet通訊，可實現與分揀線和上位機的數據交互。本系統已經成功應用于某煙草分揀項目，大幅節省了使用工業機器人方案的高昂造價。經實踐證明，本系統能夠滿足節拍要求，性能安全可靠，可推廣到其它需要碼垛的場所使用。

參考文獻:

[1]陳銳鴻.基于PLC控制的多工位碼垛系統設計與實現[J].包裝工程，2018,39(17):159-164.

[2]張業鵬，張明.基于PLC與工業機器人的全自動化碼垛系統設計[J].制造業自動化，2015,37(22):108-110.

[3]李坤全,邵鳳翔.全自動包裝碼垛機器人控制系統設計[J].機械設計與制造,2017(4):23-33.

[4]韓賈麗仕.移動機器人控制系統設計[J].電子制作,2015(8):24-25.

[5]韓桂榮.基于工業機器人和PLC的多垛型全自動碼垛搬運系統研究[D].武漢：武漢工程大學，2017:1-5.

作者：文恒 金洪吉 單位：四川信息職業技術學院電氣工程系