1 行業介紹

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

　　隨著我國經濟的快速發展以及快遞行業的飛速發展， 紙箱包裝數量也在逐年遞增。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，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 模切技術必須進行革新。同先進的計算機技術、物聯網技 術、機械制造技術、新工藝、新材料技術等應用于瓦楞紙 印刷開槽模切機，以實現瓦楞紙印刷釘箱生產線也向全自 動、高精度、高速度、高寬度、多印色方向發展。

　　瓦楞紙印刷開槽模切聯動線屬于瓦楞紙箱生產線中的 后道工序，其主要功能是將前道生產出來的瓦楞紙板經過 印刷為紙箱上色，再通過開槽、模切、折糊等工序將瓦楞 紙板折疊、黏糊成瓦楞紙箱的形態。而該釘箱機是瓦楞紙 印刷聯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

　　隨著包裝工業的快速發展，包裝紙箱的需求量不斷增 加，對紙箱質量的要求也越來越高，因此，對紙箱加工專 用設備也提出了新的質量和效率要求。紙箱釘箱機是包裝 印刷線中廣泛應用的一種包裝形式，傳統的釘箱包裝，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，釘箱質量沒有保 證，生產效率不高，不 能適應現代自動化生產線的生 產節律。

　　圖 1 印刷釘箱聯動線設備

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

　　目前，大型紙箱生產越來越普及，數量越來越多， 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動線解決了在印刷 后再轉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動線上一片成型，只釘一次即只釘 紙箱一邊，比傳統的用一般小釘箱機兩片箱板的兩個邊要 節約一個紙邊，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過來轉過去(圖3)。

　　3 客戶需求

　　根據客戶機械結構和適用產品印刷工藝需求，印刷釘 箱聯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。根據客戶設置的釘數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格 的紙箱打釘工作，同時也滿足了客戶需求;其主要技術指 標是實現了不同規格，不同釘數，不同釘距的紙箱生產。

　　為了提高生產效率，要求實現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，而永宏 解決方案可以滿足這些技術指標功能，并且應用效果穩 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

　　根據工藝流程控制要求，對比其他方案，紙箱釘箱機 控制系統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M系列主機與FBs系 列主機之間信息交互，系統硬件配置如圖6所示。

　　5 設備介紹

　　5.1 設備工藝介紹

　　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合動作實現紙箱 運行速度與紙皮帶的速度同步，實現紙箱平穩的進紙動作。

　　打釘流程：通過預設打釘位置及數量，生成對應凸輪曲 線并搭配進紙主軸同步控制，實現高速打釘動作。(圖8)。

　　5.2 HMI畫面設計

　　人機交互觸摸屏是設備與操作人員可視化交互的橋 梁，在控制系統中起到了關鍵作用，同時也是整個控制系 統的決策層，通過觸摸屏發送命令給下位機PLC控制器， PLC接收到觸摸屏發出的控制命令后將其轉變為相應的控制 信號后對設備進行精準控制。觸摸屏還可以顯示設備中的 各個信號狀態以及各個電機反饋的位置等。觸摸屏界面也 需要進行相應的編程來實現人機交互控制與實現設備監控 功能。觸摸屏程序開發是基于永宏FvDesigner軟件來設計 開發(圖9)。

　　5.2.1 自動監控畫面

　　紙箱釘箱機的自動監控畫面主要用于操作者根據實際 生產訂單要求輸入所需生產紙箱打釘的釘數以及首末釘位置 (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 調整電機的當前位置，方便用戶根據顯示值調整左右位置 (圖11)。

　　5.2.3 位置顯示畫面

　　圖 9 FvDesigner 編程軟件

　　圖 10 紙箱釘箱機參數設置畫面

　　圖 11 紙箱釘箱機自動監控畫面

　　圖 12 紙箱釘箱機參數設置畫面

　　紙箱釘箱機的參數設置畫面主要用于打釘速度、推 紙速度等參數設置，用于調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

　　①系統穩定性和抗干擾能力很強

　　整個系統設計過程中，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鍵作用，使得機器在保 證打釘精準的情況下高速穩定的運行。

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　　整個系統設計過程中，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。

　　③追飛剪功能

　　整個系統設計過程中，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打釘動作調試。

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　　a.不存在機械凸輪系統中的慣性應力、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計完成就不 會改變，因而可以重復實現預期運動的精度更高、穩定性

　　更好。

　　c.可以方便地更改運動傳動曲線，通過更改響應的運 動參數就可以實現不同的運動傳動曲線，大大降低生產安裝 和更換成本。

　?、軮OT遠程維護

　　整個系統設計過程中，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系統與PLC 專案。

　　6.2 方案優勢

　?、俑鶕蜥敂?、紙寬、腰蓋等參數實現產品更換后自 動計算打釘間距，且支持在運行中調整首末釘位置以及整體 打釘位置偏移，由PLC內的凸輪函數自動生成 , 無需任何機 械調節。

　?、诟鶕垖?、紙厚等參數實現產品更換后自動調整電 機位置。

　?、塾篮闑therCAT總線方案，更適合高低端多種機型應 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。

　?、苡篮闙系列PLC虛擬軸的應用，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。

　　⑤永宏M系列PLC作為控制核心，具備業界優越0.8奈 秒指令處理速度，內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 可視化的方式規劃運動控制任務，可直觀地將控制流程與需 求轉換為運動控制程序，無需艱澀的程序編寫也可輕易實現 復雜的運動控制。

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

　　⑧人機界面搭配FATEK IoT的iAccess功能輕松維護 遠 端HMI系統與PLC專案。

　　7 方案難點

　　難點1： 打釘電機復位要求速度快速，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根據紙寬來決定何時與 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定比例關系運行 , 需同 步時虛擬軸與送紙軸同步。

　　難點3： 換產品后如何確保首釘位置精度。

　　解決： 根據紙箱參數以及感應光電與打釘電機距離 自 動計算首釘定位數據，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

　　通過對設備控制系統方案的設計，硬件配置以及程序 開發調試。為紙箱釘箱機系統提供了顯著的技術手段, 實現 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、生產效率高、生產質量高等優點。以此方 式來取代傳統的人工單張放置打釘及半自動打釘設備，不但 可以減輕操作人員的勞動強度，提高工作效率、節約人工成 本、改善生產環境，還提高了整條生產線的自動化程度和生 產效率。全自動紙箱釘箱機在瓦楞紙印刷得到了越來越廣泛 的應用，以其高速度、高精度、高穩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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