在飲料灌裝生產線上，裝箱機將飲料瓶按一定排列方式定量裝入箱中，稱之為二次包裝，其技術水平與自動化程度直接影響到整條生產線的生產效率，是飲料灌裝生產線上不可缺少的設備。

目前，國內普遍使用連續往復式的四連桿全自動裝箱，其功能和形式較為先進，但由于其運行軌跡是弧線，所以抓、放瓶的準確度不夠，特別是急停時抓瓶裝置會出現一定程度的擺動。

因此本文提出一種以平移導軌和雙軸伺服系統進行傳動，使得抓頭裝置按垂直和水平方向運行，噪音小，效率高，抓、放瓶較準確，并采用變頻器對輸送帶進行變頻調速，以觸摸屏作為圖形操作終端，實現裝箱機的高自動化、柔性化，提高了可靠性、穩定性、靈活性。

裝箱機系統組成與工藝流程

裝箱機的功能是取瓶裝箱，其機械總體機構如圖1所示。1)輸瓶帶大量無序的瓶子由過渡擋板引導至輸瓶臺，經過排瓶擋板后整齊的排列到抓頭正下方，以供取瓶；2)空箱由入口輸箱帶輸入預定數量，利用入口止箱器停止進箱，包裝區前后止箱器實現對已入空箱的分組和定位，以供裝箱；3)雙軸伺服系統完成從輸瓶帶進行抓瓶一充氣—雙軸升降平移一放氣一放瓶裝箱一返回輸瓶帶進行下一輪抓瓶裝箱的周期過程。

圖1 裝箱機總體結構示意圖

系統硬件結構設計

為使得輸送效率得到提高，對瓶臺電機和輸箱帶電機實行多段調速。傳統裝箱機采用雙速電機實現快慢兩種速度的切換，隨著變頻技術的廣泛應用，本文改用變頻器十單速電機實現調速，這種取代使得裝箱機在改造過程中的調試更加方便，尤其在裝紙箱的改造方面，配合整機動作的柔性速度要求更加突出。

控制系統軟件設計

對裝箱機的操作分為控制面板和人機界面的操作。對于控制電壓、自動、手動、原點、復位等重要操作，設計在控制面板上進行按鈕操作，對于手動操作中具體功能的操作在人機界面中執行。

1初始化子程序

初始化操作包括各軟元件恢復到初始值、異常狀態的檢測、伺服定位模塊的運行參數的初始設置、前等位的設定、當前抓頭位置的讀取等。

2原點回歸程序

本文不采取限位開關處作為原點，而是在預定原點位置（輸箱帶正上方y軸最高點處為原點，也稱前等位）設置光電開關作為近點信號DOG，然后進行DOG搜索完成原點回歸。由于原點回歸位置不同，原點回歸動作也相應不同。具體情況如圖2, 3所示。

圖2  原點回歸不同位置示意圖

圖3  原點回歸動作流程圖

3自動運行程序

自動過程配合光電檢測系統完成從輸瓶一抓瓶一裝箱一輸箱一回程整個周期的全自動運行，并包括各種異常出現的自動處理和箱少自動補箱。自動流程圖如圖4所示。

圖4  自動流程框圖

3.1雙軸轉角處運行控制設計

本系統中垂直軸完成抓頭的升降，水平軸完成抓頭在輸瓶帶與輸箱帶問的行走，兩軸為相互獨立運行。不過當單軸運行到轉角處時會對導軌產生一定的沖擊，而且轉角處動作不連貫，影響機床的穩定性。因此本文仿照最小偏差法原理，在轉角處對兩軸進行仿圓弧插補，增強運動平穩性和柔性。

圖5抓頭狀態為已充氣抓瓶，并沿Y軸向后等位正程運行。當經過Y正處時，X軸電機開始啟動，向前等位運行;當X軸運行至X正處時，Y軸開始啟動，開始向前終位運行，從而在轉角處兩軸進行順利過渡。

圖5 仿圓弧插補示意圖

3.2空箱自動定位

在輸箱帶上設置圖6所示6個光電開關，配合三個止箱器完成對六個空箱進行分組及定位。其中光電開關5與入口止箱器7之問的距離為5.5個箱長，光電開關6與后止箱器的距離為2.5個箱長。

圖6 空箱定位示意圖

當入口箱帶輸入5.5個空箱時，光電開關5被遮時，此時落下入口止箱器7，依靠慣性6個空箱進入包裝區;當光電開關6被遮時，同時豎起前后止箱器，前止箱器擋住空箱，后止箱器完成分組，從而完成空箱的自動分組及定位。光電開關1234分別檢測空箱的排列狀況。

觸摸屏GOT畫面設計

GOT（圖形操作終端）是指在畫面上實現以往操作盤所進行的開關操作、指示燈顯示、數據顯示、數據輸入、信息顯示等的電子操作盤。根據實際生產需要，本系統主要包括以下四種畫面：操作界面、監視界面、設定界面、操作指南。

1操作畫面

利用GOT中的開關對象，通過設置PLC相應的位軟元件實現系統所有所需功能的操作。操作畫面中除設置控制面板的操作外，增設了裝箱機各個執行機構的操作，極大提高了GOT的交互性。

圖7 GOT操作畫面

2監視界面

利用GOT中的指示燈、數值顯示對象與PLC的軟元件（位、字)相對應完成系統的顯示功能。

本系統主要完成包括伺服報警、變頻報警、安全光柵、限位開關、急停等各種異常狀況的顯示，通過設置指示燈ON/OFF顏色顯示方式來反映各種狀態的變化，并監視當前抓頭位置、速度等運行參數。

3設定界面

設定功能是GOT不同于操作盤的重要功能。利用GOT中數值輸入對象設置對應PLC軟元件（位、字)，實現系統的位置、速度、時問等運行參數的設置。

圖8 GPT設定界面

考慮到市場對包裝的需求變化，飲料的瓶型和包裝箱型會有所改變，可通過設定界面對PLC控制程序中的瓶型箱型參數進行修改，提高了裝箱機的靈活性和適應性。

畫面的制作是在PC機上運行專用軟件GT Designer2行設繪的，繪好后下載到GOT中。然后編制PLC程序將GOT畫而內容與控制程序結合起來。