自动纸板折盒机是集机、电及光磁等于一体的机械产品，相较于人工效率有所提高[1]。而现有的折盒机大多处于半自动状态，或进口国外先进机器，实际应用中存在自动化程度有待提升，或者是生产成本过高的问题。因此，笔者基于FX3U-80MT-ES-A PLC和PROFACE GP4000触摸屏设计自动纸板折盒机控制系统。

1 折盒机及其运行过程

自动纸板折盒机通过各功能机构之间相互配合完成整个折叠过程，其俯视工位如图1所示。其外形基本尺寸为：长1 800mm，宽1 000mm，高1 900mm；功率1.0kW，气源0.5～1.0kW。折盒机包括5个部分：

a. 储料机构。提升平台、传动齿轮、链轮机构、导向杆和丝杆一系列元件配合运行，给下一个工位供应纸板，配合运料机构完成相应工序。

b. 运料机构。包括真空吸盘、导向杆、无杆气缸和滑块，纸板通过前一步储料机构中顶料装置运作到位后，由真空吸盘吸取纸板，然后通过水平无杆气缸运送到折叠成型位置放置。

c. 折叠机构。包括加压吸盘、折边气缸及同步轮同步带等，通过气缸驱动折型部分完成纸板折叠成型。

PROFACE GP4000触摸屏有GP-PRO EX4.0组态编程软件与之配合使用，它提供多种控制器件库、图形控件和功能控件，能够组态出各种动态功能和控制功能，实现故障可视化功能，并且能够读取PLC数据，显示现场状态数据[7]。

e. 电气控制部分。由PLC、触摸屏及变频器等组成，控制电机、气缸等机械部分动作。

  

图1 折盒机俯视工位示意图

折盒机是自动折盒设备，通过人工或机械手上料进入储料机构，储料机构中上顶机构自调，经过运料机构自动运料到折叠机构，气缸动作折叠机构自动完成纸盒成型(图2)，之后经过移栽机构放在流水线上。为了增加传统折盒机的可靠性，并保证自动运料机构与折叠成型顺利完成，采用光电传感器实时监控纸板。当更换不同型号的纸板时，在触摸屏上输入相应纸板尺寸要求，折叠机构即可进行自调，完成相应的折叠功能。纸板折盒机的运行过程如图3所示。

  

图2 纸板成型示意图

  

图3 折盒机运行过程

2 折盒机控制要求

运行方式要求装置能够实现：

a. 相互切换手动和自动运行方式。在折盒机正常生产时为自动模式运行，当设备需要进行纸板参数设置、调试和检修时切换为手动方式。

b. 联锁与互锁。折盒机各执行机构相互配合，在各机构工作过程中控制系统程序需要在不同状况中联锁。因为整个折盒机可以有多种工作状态，但是各工作状态不能彼此影响，就需要互锁，例如电机的正反转、自动模式与手动模式的选择。

c. 状态显示。要求折盒机在工作过程中，触摸屏上能够实时显示运行方式、工作完成进度等信息。

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d. 运行错误报警。在折盒机工作过程中可能出错(包括料定位不准、真空吸盘未吸住纸板及纸板卡住等)，要求能够及时通过三色灯与蜂鸣器报警，解除警报后，启动复位按钮，系统恢复运行。

2）计算反正切时，由于CORDIC算法计算反正切时不需要考虑角度θ的输入值，所以仅对X、Y坐标的输入值进行调整。通过判断X、Y输入值的正负，统一将它们的迭代初值调整到第一象限上，如式（12）所示，计算完后需要根据X、Y输入坐标所在的象限将反正切的输出结果重新调整为原来的象限，如式（13）所示。

3 硬件部分

PLC具有可靠性高、抗干扰能力强、操作容易、编程简单和维修方便的优势[2]，但是在PLC与人的可视化通信、故障检测及线路修改等方面，需要上位机与PLC配合。因此设计应用可视化系统(触摸屏)和PLC配合，构成自动纸板折盒机控制系统。折盒机系统需设计I/O输入接口43个、输出接口30个。根据控制系统所需的I/O点数、可靠性及经济性等要求，折盒机控制系统的PLC选择FX3U-80MT-ES-A型PLC，具有40个输入点和40个输出点，其中有3个脉冲输出，可靠性较高、结构紧凑，能够通过梯形图、语句表和功能块方式进行编程；指令丰富，较易掌握，使用方便，无论是独立运行还是连成网络都能实现复杂的控制功能[3]。为了弥补系统I/O接口的不足，采用FX2N-8EX数字量输入扩展模块(有8个输入接口)扩展PLC的I/O点数，使它满足控制系统输入输出接口的要求。

自动纸板折盒机控制系统动作复杂，因此除运用PLC作为核心控制器外，还用到了光电传感器、磁性开关、接近开关及交流伺服电机等元器件，以保障装置的可靠性与实用性[5]。

工程项目的进度主要包括分项进度和总进度。由于项目本身具有复杂性特征，并且涉及到不同行业领域，因此也会产生较多影响进度的因素。工程总体进度是按照工程项目设定目标和实际情况确定，分项进度主要是在实施项目期间所出现的各种情况所决定。在进度分析当中应用价值工程，可以合理应用各种方案分析方法。例如可以使用德尔菲法或者比较分析法，实时有效的评价项目总体进度和分项进度。在项目实施期间需要以项目利益和目标作为出发点，对比分析不同施工方案，在分析期间会出现不同进度方案，按照实际情况能够制定出对应的方案实施策略。

根据自动纸板折盒机控制系统输入、输出点数及控制要求等，其外部接线如图4所示。

自动纸板折盒机控制系统触摸屏软件设计步骤如下：

 

  

图4 PLC和扩展模块外部接线

自动纸板折盒机要求实现上位机触摸屏对PLC进行监控以及对纸板参数进行设置的功能，选择PROFACE GP4000 GP-4402型触摸屏，该触摸屏7.0英寸，彩色屏；内部存储器32MByte，备份存储器128KByte，可靠性高，响应速度快，而且价格低，便于实时监控系统工作状态、设置系统参数并对系统进行有效管理[4]。

队主官是学员在校期间与朝夕相处的人，对学员的军事训练成绩负直接责任，学员骨干是军事基础训练的执行者。两者的训练安全意识、施训方法直接决定了学员的训练成绩、训练安全意识。首先，应定期组织学员队主官、骨干进行科学施训方法的学习，使他们掌握科学的施训方法避免因盲目训练而造成的训练伤。其次，学员队主官应关心爱护学员，与学员交心谈心及时了解学员的身体、心理状况，避免因身体、心理状况不佳而导致的训练伤。最后，要求每次组织军事训练，尤其是具有一定危险的军事项目训练时必须有一名主官坐阵现场。

4 软件部分

4.1 PLC软件

自动纸板折盒机控制系统的PLC控制流程如图5所示。生产过程中需进行纸盒尺寸参数输入、设备调试与维修，并要求折盒机有较大柔性，

资料分析是确定技术方案的基础性工作，将各种资料中的有用信息充分合理地利用起来，可以使更新后的协议书及附图等成果资料内容更全面、权威，为乡级行政区域界线勘定工作的顺利开展提供可靠的依据。

  

图5 控制流程

因此设计手动和自动控制模式。PLC系统采用GX Works2软件，编写完程序后可方便地进行模拟调试。在进行PLC程序编程时，需考虑纸板运送过程中是否到达相应工位，设置报警器，当吸盘未吸住纸板或者纸板未放到相应的位置时报警器报警；在折盒成型处设置计数器，每折叠成型一个纸盒，计数器计数一次；当控制系统出现故障时，全部输出复位，故障解除后重新运行程序[6]。

e. 紧急故障按钮。折盒机在生产过程中可能发生紧急状况，因此需要设置紧急停车按钮。如遇紧急情况，只要按下紧急停车按钮，整个折盒机系统停止工作，排除故障后，按下启动按钮系统重新恢复工作。

4.2 触摸屏软件

d. 移栽机构。将折叠成型的纸盒移栽到流水线上。

b. 进行触摸屏变量参数设置，建立变量在触摸屏的组态模块与存储单元，实现触摸屏对PLC控制参数的输入、传感器信号向触摸屏的反馈；

据王祥爸爸回忆，这些是王祥他爷爷当年抄地主家时从地窖里找到的东西，不过王祥二舅则主张这些是王祥他爷爷年轻时伙同村里人去挖古墓时找到的东西。而王祥的三舅则坚称是王祥的奶奶在山中古树的树洞里找到的。一时间老王家各种不为人知、不知真假的故事都浮出水面，但是最后也没弄清楚这箱子玉器是哪来的，只觉得应该会值不少钱。

a. 根据折盒机控制要求，设计控制功能的操作界面，其中主界面如图6所示；

室内定位、导航是商圈客流数据收集和商圈APP应用的主要技术重点。传统用于移动端的定位方式主要有辅助全球卫星定位系统(Assisted Global Positioning System,AGPS)定位、移动基站和WIFI定位、人脸识别定位和蓝牙定位等5种。作用于商圈，主要考虑信号的强度、精准度和快速定位时间。由于大部分商铺都处于室内，会受定位时间、定位精度、定位成本和复杂的室内环境等条件的限制。

c. 设置通信参数实现触摸屏与PLC之间的通信连接[8]。

  

图6 折盒机触摸屏操作主界面

折盒机自动启动时，只需点击控制面板启动条件上的自动/手动转换按钮到自动状态即可。在监控选择界面选择要监控的对象，时刻监控气缸、伺服电机和升降平台的运行状态。

在设置检查维修设备或更换纸板时，即为手动模式，能够在触摸屏上设置所需折叠纸盒的尺寸、计划生产数量及运行速度等参数。设备平稳运行时，触摸屏界面会时刻显示工作状况、变频器的运行速度及纸盒生产数量等；一旦运行中出现故障(例如纸板运送吸盘空载或者纸板未到达指定工位)，触摸屏上会显示故障界面，同时蜂鸣器发出警告，待故障排除后按下解除故障继续运行按钮，界面返回自动运行模式继续运行。

5 结束语

基于FX3U-80MT-ES-A PLC和PROFACE GP4000触摸屏设计自动纸板折盒机控制系统，该系统实现纸盒参数化和自动一体化折叠控制，降低了工人的工作强度。该设备具有操作简单、运行稳定性高以及生产效率高等特点。经过现场调试后，整个设备运行平稳，工作状况良好，PLC的高效性与可靠性保证了系统能够满足纸盒折叠要求，实现纸盒成型自动化。

参 考 文 献

[1] 赵汉雨，姬少龙，刘存祥，等.新型纸箱包装机PLC控制系统设计[J].轻工机械，2011，29(3)：56～59.

[2] 肖明耀，代建军.三菱FX3U系列PLC应用技能实训[M].北京：中国电力出版社，2015：1.

[3] 蔡杏山.三菱FX系列PLC技术一看就懂[M].北京：化学工业出版社，2014：30～31.

[4] 王炎，叶高翔，朱善安.PLC和触摸屏在石英晶体谐振器组装系统中应用[J].机电工程，2006，23(10)：49～51.

[5] 李本红，陈小军.基于PLC和触摸屏的食品包装自动化生产线控制系统设计[J].机电工程，2014，31(1)：19～23.

[6] 罗锋华，房驰，陈豪.PLC与变频器在恒压供水控制系统中的应用[J].机床电器，2011，38(4)：27～30.

[7] 徐占国，郑凤翼，潘桂林.图解触摸屏·PLC·变频器综合应用工程实践[M].北京：电子工业出版社，2010：1.

[8] 李伟光，刘铨权，许阳钊，等.基于PLC和触摸屏的DVD盒自动化生产线设计[J].机械与电子，2009，(5)：71～74.