近年来，电子商务的快速发展带动了物流行业的发展，使得现代物流业越来越受到社会各界的广泛重视。订单碎片化使得物流快递化^［1］。但由于行业的发展和技术的限制，我国现有的纸箱包装技术普遍为低效率、高成本的手工包装；且国内并无可变纸箱包装技术的应用。虽应用有单一产品的全自动化或半自动化包装，但其设备成本高昂且灵活性低，一条规模庞大的包装线只能完成一种相对应的产品的包装工作，无法满足目前物流包装市场需求⑵。为提高包装效率及包装的灵活性和智能性，节约包装 成本，满足物流包装市场的需求，本文提出一种基于可变纸箱包装的解决方案，最终达到柔性、个性化 包装的效果。

1可变纸箱自动包装机的基本结构与工作原理

1. 1可变纸箱自动包装机的基本结构

可变纸箱自动包装机的基本结构由机械系统和控制系统两部分组成，其中机械系统主要由机架、纸 箱包装机构、传送装置、送料装置组成，如图1所示⑶。

可变纸箱自动包装机的机架用来承载包装机构及控制装置，具有可拼接性，使包装机能与其他包装 线模块拼接，成为完整的包装线的一部分，底部配有转轮，使本机构具有较强的移动性。纸箱包装机构 是用来完成一系列的纸箱包装工序，使纸箱各纸页折叠成型，主要由上折页机构、下折页机构、包装工 作平台组成。其中上下折页机构又分为前边、中边、后边折页机构。每个折页机构由电机滑台进行变位 调节，并在电机与气缸的联动下，使折页片进行折页动作。传送装置由传送带与限位装置组成。运送纸 板进入包装机构及输送包装成型的产品。送料装置由一个推杆机构组成，负责将被包装物品推入包装工 作台中心。

1.2可变纸箱自动包装机的工作流程

可变纸箱自动包装机的工作流程^［4］，如图2所示。当按下启动开关，包装机开始运行，系统接收被 包装物品的三维参数；光电传感器1感应到物品到达送料区后，电机滑台使各纸箱折页机构移动到相应 位置；同时，传送装置启动，待包装的瓦楞纸板限位传送到包装工作平台中心；此时光电传感器2触 发，传送带停止工作，被包装物品被推进入包装工作平台中心；各包装机构开始按主程序进行相应的包装工序（具体步骤详见下文介绍），依次将纸板的各页折起，最终使纸箱包装成型，粘合平整；传送带 重新启动，纸箱输出，包装完成。

2控制系统设计

2. 1 PLC的选择

PLC与其他控制器相比，可靠性高、通用性好、抗干扰能力强、编程简单、体积小、配置灵活、维 护方便。考虑可变纸箱包装机的工作环境及其所需的控制要求，本文选用三菱FX2N-48MT型PLC作为 整机的控制器进行系统设计§。系统主要实现的功能如下：

1）通信功能。在每次包装开始前，接收计算机或者外部其他装置发送的纸箱包装参数并作出反 馈。接收并反馈开始信号，结束信号，传感器的感应信号等^［6］。

2）控制功能。根据接收的包装参数及其他信号，按包装程序控制电磁阀，电机驱动模块等，从而 控制各包装机构完成相应的包装工序。

2.2系统的硬件组成

本文设计的可变纸箱自动包装机主要由PLC控制系统、触摸屏、传感器、电磁阀、驱动模块、电 机、气缸和机械设备等组成，它们之间的关系如图3所示。其中，PLC控制系统是由FX2N-48MT型 PLC及其扩展模块组成的。触摸屏用于对可变纸箱包装机的运行状态和故障的显示与监控。该系统上位 机选用威纶TK6050ip系列触摸屏。传感器为光电传感器，作为感应装置，是系统的开关信号。PLC控 制系统通过直接控制电磁阀及电机驱动模块来控制气缸及电机的工作，从而实现机械设备完成包装工 序。

2.3系统的控制流程图

可变纸箱自动包装机有两种工作模式，一种是高效率的单一规格物品的包装模式，另一种是多种规 格物品的随机性包装模式，根据具体的控制要求，可变纸箱自动包装机系统的控制流程，如图4所 示^[7] O

2.4上位机软件开发

本文利用VB和VC + +设计了 PLC上位机监控系统，并通过串行通讯口与PLC进行数据交换。其 功能主要包括系统状态显示，包装参数设置以及报警功能等。上位机的人机界面主要包括初始界面、主 控界面、手动界面以及报警界面，部分界面如图5所示。

2. 5主程序设计

2. 5. 1程序设计说明

1） 图6为可变纸箱包装机的结构图，数字1-12表示各机构电机，字母a-f表示气缸。以包装工 作中心为坐标原点建立直角坐标系。设物品的最大长宽高尺寸分别为a、b、h （单位：mm）相对应的包 装纸箱的长宽高分别为x = a + △、/ = b +A、z = h + △,其中△为包装纸箱与物品的间隙量，根据包装 物品的类型取相应的值，范围为5〜20 mm。在图7纸箱平面展开图中，①〜⑫纸板表示不同的纸页部 分，其中心对应纸箱示意图的坐标原点，工作时，与包装机的包装工作中心重合。

2） 下文的“复位”指包装机构移动回到初始位置，即不工作状态时机构所在位置。A、B、C （单 位：mm）分别为各坐标方向机构距包装中心的距离。

3 ） g （单位：mm）表示纸箱包装成型调整量，由纸箱规格确定，一般取值为5 ~ 2 °

3结语

本文设计了一种基于PLC控制系统的可变纸箱自动包装机，介绍了该包装机的基本结构及工作原 理，能实现在同一台包装设备用瓦楞纸包装不同规格或不同类型的产品，适用于随机性的物流快递自动 包装及单一物品的高效率自动包装，具有高灵活性、高效率、低成本等特点，为快递的无人寄件服务提 供了一种新的可能。在应用前景方面，本文设计的可变纸箱包装机，能在一定程度上满足用户的个性化 需求。随着包装技术的不断改进，能达到真正的柔性包装，迎合工业4.0 “智能物流”的需求，实现产 品的在线生产，包装与物流一体化。

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