我国的包装生产线行业经过引进、消化吸收以及自主创新的过程，已经研制出了多种类型的包装设备，但是总体上仍然与国外的包装机械有着一定的差距 [1]。而企业为了扩大生产规模，往往会从国外引进昂贵的分装生产线，或是雇佣大批的工人完成这些产品的包装工作。只是这些都增加了产品的生产成本，从而在一定程度上影响了企业的效益，成为了企业进一步发展的阻碍 [2]。因此，促进生产线的自动化、智能化发展将为我国的制造业带来本质上的改革。

而可编程逻辑控制器（PLC），一个专为在工业环境下应用而设计的实时控制装置，在硬件配置、软件编程、模拟量控制以及通讯联网功能等方面都取得了长足的进步，现今已成为工厂自动化的标准配置之一 [3]。

本课题就香皂输送、排列、码垛、装箱这一过程，设计了自动生产线的总体技术方案，绘制了生产线及其各零件的三维造型图和二维工程图，同时编写了 PLC 程序来实现生产线的动作顺序要求。

1.2 国内外研究概况

1.2.1 装箱生产线设备研究现状概述

1.2.2 PLC 控制的气动系统研究现状

1.3 课题主要研究内容

设计香皂自动装箱生产线的总体技术方案，使其完成香皂的输送、排列、码垛、装箱等动作要求。

根据技术方案，设计装箱生产线的工作流程图，完成其动作顺序要求。

选择气动元件型号，并完成气动控制回路设计。

绘制装箱机的三维造型图和二维工程图以及各零件的二维工程图。

根据工作流程图，对装箱生产线进行 PLC 控制，撰写 PLC 程序梯形图。

2 香皂自动装箱生产线系统总体方案设计

2.1 装箱生产线设计指标要求

香皂种类：舒肤佳香皂；

装箱数量：480 块；

码垛要求：按照 12 块（长）×4 块（宽）×10 块（高）进行码垛装箱；

装箱时间：平均每箱装箱时间不超过 2 分钟；

单盒香皂：97mm（长）×60mm（宽）×35mm（高），重 128g。

2.2 装箱系统总体方案设计

2.2.1 设计思路及设计方案选择

本次课题采用气动系统控制的装箱生产线。目前在工业生产实际中，常见的气动控制装箱系统方案有机械手抓取式装箱方案、跌落式装箱方案、机器人装箱方案以及气缸侧推式装箱方案。

机械手抓取式装箱方案

此类装箱方案是利用机械手的移动来完成装箱动作。如图 2.1 所示，机械手在将产品从产线上抓取上来，再移动到纸箱上方，然后将产品按照码垛要求装入纸箱中。该种装箱方案在单次抓取过程中，无法实现多件产品的转移，而本课题只需要在 2 分钟之内完成 480 块香皂的排列与装箱，故此种装箱方案并不适合。

机械手抓取式装箱方案示意图

image

跌落式装箱方案

该装箱方案是利用产品的自重来实现装箱任务。在装箱过程中，通过传送带运输产品，而后利用气缸将整列产品推送到装箱位置，如此循环，当形成 m×n 的装箱规格后，就向下打开翻板，而产品则靠自身重量落入纸箱中，完成装箱过程，等待下一步装箱循环 [21]。如图 2.2 所示。在本课题中，装箱要求是有 10 层香皂，同时按照 12×4 进行排列，这就导致在香皂盒跌落的过程中，或与纸箱内壁发生摩擦，从而导致香皂发生错位或翻滚。同时，前几层香皂跌落距离较大，易导致香皂的破损，造成经济损失。因此，这种方案依然有不足之处，不予采纳。

跌落式装箱方案示意图

image