1 行業(yè)介紹

　　瓦楞紙箱是一種非常重要的包裝容器，具有易加工、 防震、質(zhì)量輕、抗壓、緩沖等良好的性能以及適合印刷美 化，在包裝領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。它還可替代塑料、木 材，是一種環(huán)保綠色的包裝材料，非常適合當前重視環(huán)保 的現(xiàn)代社會，具有良好的發(fā)展前景。

　　隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展以及快遞行業(yè)的飛速發(fā)展， 紙箱包裝數(shù)量也在逐年遞增。人們對商品外包裝盒的消費 需求也變得多樣化、要求包裝紙箱更高品質(zhì)，精美化的視 覺;瓦楞紙箱從中低檔向過渡中高檔。在對印刷開槽模切 機位置跟蹤精度的要求越來越高的同時，瓦楞紙印刷開槽 模切技術(shù)必須進行革新。同先進的計算機技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技 術(shù)、機械制造技術(shù)、新工藝、新材料技術(shù)等應(yīng)用于瓦楞紙 印刷開槽模切機，以實現(xiàn)瓦楞紙印刷釘箱生產(chǎn)線也向全自 動、高精度、高速度、高寬度、多印色方向發(fā)展。

　　瓦楞紙印刷開槽模切聯(lián)動線屬于瓦楞紙箱生產(chǎn)線中的 后道工序，其主要功能是將前道生產(chǎn)出來的瓦楞紙板經(jīng)過 印刷為紙箱上色，再通過開槽、模切、折糊等工序?qū)⑼呃? 紙板折疊、黏糊成瓦楞紙箱的形態(tài)。而該釘箱機是瓦楞紙 印刷聯(lián)動線中的最后一道紙箱加工工序。專用于各種紙箱 的封箱，由于其速度快，釘距準確，極大地改善了普通人 工釘箱機的勞動強度大，釘距不準確的問題(圖1)。

　　2 方案背景

　　隨著包裝工業(yè)的快速發(fā)展，包裝紙箱的需求量不斷增 加，對紙箱質(zhì)量的要求也越來越高，因此，對紙箱加工專 用設(shè)備也提出了新的質(zhì)量和效率要求。紙箱釘箱機是包裝 印刷線中廣泛應(yīng)用的一種包裝形式，傳統(tǒng)的釘箱包裝，除 了釘箱是自動完成外，剩下的都是人工操作的工序，速度慢，勞動強度大，釘箱質(zhì)量沒有保 證，生產(chǎn)效率不高，不 能適應(yīng)現(xiàn)代自動化生產(chǎn)線的生 產(chǎn)節(jié)律。

　　圖 1 印刷釘箱聯(lián)動線設(shè)備

　　全自動紙箱釘箱機可大程度的降低人工成本，節(jié)省開 支，降低由人工操作帶來的安全事故系數(shù)。并且可以實現(xiàn) 各種標準規(guī)格的紙箱裝訂，釘距在一定范圍內(nèi)任意調(diào)節(jié)， 以適應(yīng)不同產(chǎn)品對釘箱質(zhì)量的要求?？刂葡到y(tǒng)采用PLC控 制，PLC不但能滿足客戶的控制要求，而且系統(tǒng)穩(wěn)定性好、 可操控性高(圖2)。

　　目前，大型紙箱生產(chǎn)越來越普及，數(shù)量越來越多， 主要滿足冰箱、家具、洗衣機等商包裝的需求。大紙箱的需 求增加，使得廠家提出了新的要求，需要有大幅面的印刷 開槽機和釘箱機。而瓦楞紙印刷釘箱聯(lián)動線解決了在印刷 后再轉(zhuǎn)到人工釘箱機或半自動釘箱機上操作的步驟。大型 紙箱也可以印刷釘箱聯(lián)動線上一片成型，只釘一次即只釘 紙箱一邊，比傳統(tǒng)的用一般小釘箱機兩片箱板的兩個邊要 節(jié)約一個紙邊，提高了釘箱速度，減輕了工人勞動強度， 不再拖著個沉重的大紙箱子轉(zhuǎn)過來轉(zhuǎn)過去(圖3)。

　　3 客戶需求

　　根據(jù)客戶機械結(jié)構(gòu)和適用產(chǎn)品印刷工藝需求，印刷釘 箱聯(lián)動線中的紙箱釘箱機主要用于對折糊部送進的紙箱進 行打釘作業(yè)。根據(jù)客戶設(shè)置的釘數(shù)和釘距自動對紙箱進行 打釘(圖4)。

　　總的來說，全自動紙箱釘箱機很好地完成了不同規(guī)格 的紙箱打釘工作，同時也滿足了客戶需求;其主要技術(shù)指 標是實現(xiàn)了不同規(guī)格，不同釘數(shù)，不同釘距的紙箱生產(chǎn)。

　　為了提高生產(chǎn)效率，要求實現(xiàn)紙箱在輸送中完成推紙及打 釘動作，這就需要通過電子凸輪追剪工藝來實現(xiàn)，而永宏 解決方案可以滿足這些技術(shù)指標功能，并且應(yīng)用效果穩(wěn) 定，操作簡單易上手，打釘效率高(圖5)。

　　4 方案配置

　　4.1 方案說明

　　根據(jù)工藝流程控制要求，對比其他方案，紙箱釘箱機 控制系統(tǒng)運動控制采用全新的M系列PLC主機，搭配A6系列 Ether-CAT總線伺服電機，通過全新的電子凸輪運動控制方 式實現(xiàn)多軸動作流程配合及快速精準的定位控制。選用永 宏C2系列HMI，通過HMI腳本功能實現(xiàn)M系列主機與FBs系 列主機之間信息交互，系統(tǒng)硬件配置如圖6所示。

　　5 設(shè)備介紹

　　5.1 設(shè)備工藝介紹

　　紙箱釘箱機的工藝流程主要分為兩個流程：推紙流程 和打釘流程;這兩部分的工藝流程是分開執(zhí)行的 , 從而達到 很好的工藝效果。

　　推紙流程：通過整理皮帶與推紙鏈條聯(lián)合動作實現(xiàn)紙箱 運行速度與紙皮帶的速度同步，實現(xiàn)紙箱平穩(wěn)的進紙動作。

　　打釘流程：通過預(yù)設(shè)打釘位置及數(shù)量，生成對應(yīng)凸輪曲 線并搭配進紙主軸同步控制，實現(xiàn)高速打釘動作。(圖8)。

　　5.2 HMI畫面設(shè)計

　　人機交互觸摸屏是設(shè)備與操作人員可視化交互的橋 梁，在控制系統(tǒng)中起到了關(guān)鍵作用，同時也是整個控制系 統(tǒng)的決策層，通過觸摸屏發(fā)送命令給下位機PLC控制器， PLC接收到觸摸屏發(fā)出的控制命令后將其轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的控制 信號后對設(shè)備進行精準控制。觸摸屏還可以顯示設(shè)備中的 各個信號狀態(tài)以及各個電機反饋的位置等。觸摸屏界面也 需要進行相應(yīng)的編程來實現(xiàn)人機交互控制與實現(xiàn)設(shè)備監(jiān)控 功能。觸摸屏程序開發(fā)是基于永宏FvDesigner軟件來設(shè)計 開發(fā)(圖9)。

　　5.2.1 自動監(jiān)控畫面

　　紙箱釘箱機的自動監(jiān)控畫面主要用于操作者根據(jù)實際 生產(chǎn)訂單要求輸入所需生產(chǎn)紙箱打釘?shù)尼敂?shù)以及首末釘位置 (圖10)。

　　5.2.2 位置顯示畫面

　　紙箱釘箱機的位置顯示畫面主要用于顯示當前釘箱機 調(diào)整電機的當前位置，方便用戶根據(jù)顯示值調(diào)整左右位置 (圖11)。

　　5.2.3 位置顯示畫面

　　圖 9 FvDesigner 編程軟件

　　圖 10 紙箱釘箱機參數(shù)設(shè)置畫面

　　圖 11 紙箱釘箱機自動監(jiān)控畫面

　　圖 12 紙箱釘箱機參數(shù)設(shè)置畫面

　　紙箱釘箱機的參數(shù)設(shè)置畫面主要用于打釘速度、推 紙速度等參數(shù)設(shè)置，用于調(diào)整推紙鏈條與送紙電機同步度 (圖12)。

　　6 方案綜合

　　6.1 方案特點

　?、傧到y(tǒng)穩(wěn)定性和抗干擾能力很強

　　整個系統(tǒng)設(shè)計過程中，永宏M系列運動控制器的電子 凸輪功能、高速運算功能起到了關(guān)鍵作用，使得機器在保 證打釘精準的情況下高速穩(wěn)定的運行。

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　　整個系統(tǒng)設(shè)計過程中，伺服電機回原點信號接觸時間 短，運行為單方向，沒有反方向運動，而且要求復(fù)位速度 快，不能有慢速，使用普通中斷停止功能會有機械慣性沖 擊，而使用永宏M系列PLC中斷定長功能停止可以做到減速 停止，無沖擊且定位精準。

　?、圩凤w剪功能

　　整個系統(tǒng)設(shè)計過程中，打釘電機需要在光電檢測到紙 板后再啟動與送紙電機同步進行打釘，所以使用永宏M系列 PLC的飛剪功能可以輕松實現(xiàn)打釘動作調(diào)試。

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　　a.不存在機械凸輪系統(tǒng)中的慣性應(yīng)力、彈性變形、剛性 沖擊力等各種機械接觸破壞，更能適合高速運動傳動場合。

　　b.不存在磨損，凸輪傳動曲線形狀只要設(shè)計完成就不 會改變，因而可以重復(fù)實現(xiàn)預(yù)期運動的精度更高、穩(wěn)定性

　　更好。

　　c.可以方便地更改運動傳動曲線，通過更改響應(yīng)的運 動參數(shù)就可以實現(xiàn)不同的運動傳動曲線，大大降低生產(chǎn)安裝 和更換成本。

　　⑤IOT遠程維護

　　整個系統(tǒng)設(shè)計過程中，為了方便后期程序修改維護， 搭配FATEK IoT的iAccess功能輕松維護遠端HMI系統(tǒng)與PLC 專案。

　　6.2 方案優(yōu)勢

　?、俑鶕?jù)打釘數(shù)、紙寬、腰蓋等參數(shù)實現(xiàn)產(chǎn)品更換后自 動計算打釘間距，且支持在運行中調(diào)整首末釘位置以及整體 打釘位置偏移，由PLC內(nèi)的凸輪函數(shù)自動生成 , 無需任何機 械調(diào)節(jié)。

　　②根據(jù)紙寬、紙厚等參數(shù)實現(xiàn)產(chǎn)品更換后自動調(diào)整電 機位置。

　?、塾篮闑therCAT總線方案，更適合高低端多種機型應(yīng) 用，接線簡單、抗干擾強、精度高、通用性強、后期擴展與 維護方便。

　　④永宏M系列PLC虛擬軸的應(yīng)用，可與主軸獨立開，當 推紙鏈條不需與主軸同步時，虛擬軸按從軸所需的速度運 行，當推紙鏈條需與主軸同步時，虛擬軸與主軸同步。

　?、萦篮闙系列PLC作為控制核心，具備業(yè)界優(yōu)越0.8奈 秒指令處理速度，內(nèi)建專用運動控制運算芯片與算法 , 無須 擴展模塊即可完成包含螺旋插補與追飛剪在內(nèi)的高階運動控 制，相比于市場上需要外掛運動控制模塊的PLC產(chǎn)品，更加 緊致和簡單，空間更小。

　?、抻篮闙系列PLC可以通過Motion Flow編程，以高度 可視化的方式規(guī)劃運動控制任務(wù)，可直觀地將控制流程與需 求轉(zhuǎn)換為運動控制程序，無需艱澀的程序編寫也可輕易實現(xiàn) 復(fù)雜的運動控制。

　?、哂篮闙系列PLC無需擴充任何運動控制模塊或?qū)⒍嘀?機串接即可同時控制多達16軸總線伺服驅(qū)動器，進 行高精 度的多軸時間同步協(xié)作控制。

　?、嗳藱C界面搭配FATEK IoT的iAccess功能輕松維護 遠 端HMI系統(tǒng)與PLC專案。

　　7 方案難點

　　難點1： 打釘電機復(fù)位要求速度快速，普通中斷停止機 械沖擊大。

　　解決： 使用中斷定長功能，可以完美解決碰到原點后 定位停止，定位精度高，有減速停機無機械沖擊。

　　難點2： 推紙鏈條在一個周期內(nèi)根據(jù)紙寬來決定何時與 送紙軸同步。

　　解決： 增加一個虛擬軸，推紙鏈條與虛擬軸做凸輪控 制，在不與送紙軸同步時虛擬軸按設(shè)定比例關(guān)系運行 , 需同 步時虛擬軸與送紙軸同步。

　　難點3： 換產(chǎn)品后如何確保首釘位置精度。

　　解決： 根據(jù)紙箱參數(shù)以及感應(yīng)光電與打釘電機距離 自 動計算首釘定位數(shù)據(jù)，通過凸輪滯后功能來延時啟動打 釘，從而確保首釘位置精度。

　　8 方案總結(jié)

　　通過對設(shè)備控制系統(tǒng)方案的設(shè)計，硬件配置以及程序 開發(fā)調(diào)試。為紙箱釘箱機系統(tǒng)提供了顯著的技術(shù)手段, 實現(xiàn) 了在誤差±1mm的情況下，達到120張/分的速度，具有操作 便捷、便于維護、生產(chǎn)效率高、生產(chǎn)質(zhì)量高等優(yōu)點。以此方 式來取代傳統(tǒng)的人工單張放置打釘及半自動打釘設(shè)備，不但 可以減輕操作人員的勞動強度，提高工作效率、節(jié)約人工成 本、改善生產(chǎn)環(huán)境，還提高了整條生產(chǎn)線的自動化程度和生 產(chǎn)效率。全自動紙箱釘箱機在瓦楞紙印刷得到了越來越廣泛 的應(yīng)用，以其高速度、高精度、高穩(wěn)定性和很強的適用性， 同時也得到了越來越多客戶的認可(表2)。

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