摘要:以單條活魚包裝機(jī)為例,介紹了一種新型控制方法。該方法是以模塊化設(shè)計(jì)思想為指導(dǎo),用可編程控制器(以下簡(jiǎn)稱“PLC”為控制中樞,集機(jī)、電、氣、光各種技術(shù)為一體,進(jìn)行優(yōu)化組合,實(shí)現(xiàn)整機(jī)的*控制。此方法適用于抽氣/充氣(液)軟包裝機(jī)的自動(dòng)控制。
關(guān)鍵詞:軟包裝;控制方法;PLC;優(yōu)化組合;*控制
1 前言 控制系統(tǒng)是包裝機(jī)械的重要組成部分,它的作用在于對(duì)整個(gè)自動(dòng)工作循環(huán)進(jìn)行控制和協(xié)調(diào),包括:使各種包裝運(yùn)動(dòng)按一定順序進(jìn)行;必要的壓力、溫度、時(shí)間、速度的調(diào)節(jié)及其控制;各種質(zhì)量檢測(cè),自動(dòng)安全保護(hù),自動(dòng)計(jì)量、計(jì)數(shù)的實(shí)現(xiàn);物料的供停,故障的自動(dòng)報(bào)警等控制。
常規(guī)控制系統(tǒng)有:機(jī)械式、氣(液)動(dòng)式和電控式等。其中,電控式應(yīng)用zui廣。這些控制系統(tǒng)的控制方式大多是單一的,具有一定的局限性。如電控式,控制主要采用繼電器接觸器電路和儀表控制方法,即使是一些大型企業(yè)生產(chǎn)的包裝設(shè)備也仍然采用開關(guān)電路板或單元組合儀表方式(控制原理見),其控制水平較低,已難以適應(yīng)現(xiàn)代食品包裝的控制要求。
為提高我國(guó)包裝機(jī)械的綜合技術(shù)水平,使我國(guó)的包裝走向世界,必須采用*控制技術(shù)來(lái)提高其自動(dòng)化水平。發(fā)展集機(jī)、電、氣、光等*為一體的包裝設(shè)備將是一種必然趨勢(shì)。
筆者通過單條活魚包裝機(jī)[為連續(xù)式多規(guī)格多功能單條活魚自動(dòng)換氣充氧(液)裝袋機(jī)]的設(shè)計(jì)研制,采用新型模塊化設(shè)計(jì)方法,很好地將機(jī)、電、氣、光技術(shù)進(jìn)行優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)、優(yōu)化組合,實(shí)現(xiàn)了對(duì)該機(jī)的*控制。該機(jī)在國(guó)內(nèi)外尚屬*,已在新加坡某魚場(chǎng)投入使用,效果良好。這種控制方法適用于抽氣/充氣(液)軟包裝設(shè)備的自動(dòng)控制。
2 設(shè)備工藝要求及控制要求2.1 工藝要求
(1)包裝袋規(guī)格為3"、4"、5"、6"、和7";(2)包裝材料為無(wú)毒可熱封薄膜;(3)因是活魚包裝,不僅要求包裝袋內(nèi)有水,還需抽去袋內(nèi)空氣形成真空再充入氧氣(配液),以保證活魚存放時(shí)間;(4)要求連續(xù)工作;(5)包裝規(guī)格變換方便;(6)除人工投魚外,其余操作全部自動(dòng)完成。
2.2 控制要求
本機(jī)采用多功能模塊化組合式的設(shè)計(jì)方法,機(jī)器總功能分解為供膜、成型、定量供水、導(dǎo)向、牽引、縱封、光電定長(zhǎng)、橫封切和輸出九大模塊。各功能模塊的構(gòu)成、作用以及機(jī)器總體結(jié)構(gòu)模塊圖見筆者論文。
結(jié)合機(jī)器工藝要求,將各功能模塊按一定的工作順序進(jìn)行優(yōu)化組合后,得到機(jī)器工作循環(huán)圖,見圖1。

由此,對(duì)其控制系統(tǒng)提出以下要求:(1)人工投料(魚)后的投料信號(hào)控制;(2)每袋裝水量的控制;(3)縱封、橫封切的壓力、溫度控制;(4)袋長(zhǎng)控制;(5)抽氣/充氣(液)的定量控制;(6)各模塊執(zhí)行件的動(dòng)作順序控制。
3 控制方法
3.1 總體方案
本機(jī)采用模塊化設(shè)計(jì)方法,各功能模塊的控制相對(duì)簡(jiǎn)單。控制的關(guān)鍵及難點(diǎn)在于如何發(fā)揮機(jī)、電、氣、光各種技術(shù)優(yōu)勢(shì),進(jìn)行優(yōu)化組合,使各模塊執(zhí)行件的運(yùn)動(dòng)相互協(xié)調(diào)、有序動(dòng)作。本方案采用PLC作為整機(jī)的控制,并設(shè)置數(shù)據(jù)設(shè)定顯示單元,很好地解決了這一問題,控制快速、穩(wěn)定、可靠,參數(shù)調(diào)整方便、快捷。
3.2 機(jī)械控制
實(shí)現(xiàn)供膜、成型、成品輸出的自動(dòng)控制。其中,供膜由供膜架、滾筒支軸、滾筒、卷筒支軸、卷筒支塊等機(jī)械裝置完成;成型主要由集料斗與成型器為一體的成型下料斗完成;成品輸出由出料斗槽等機(jī)械裝置完成。
此外,縱封、橫封切的熱封壓力控制通過調(diào)整縱封頭或橫封切頭的位置實(shí)現(xiàn)。
3.3 電氣控制
實(shí)現(xiàn)縱封、橫封切熱封溫度的自動(dòng)控制。系統(tǒng)由兩套智能化數(shù)據(jù)溫度指示調(diào)節(jié)儀、測(cè)溫元件(熱電偶)和加熱元件(電熱管)等部件組成。其控制原理框圖見圖2。
3.4 氣動(dòng)控制
實(shí)現(xiàn)抽氣/充氣(液)以及縱封、預(yù)夾封(橫封前)和橫封切的自動(dòng)控制。氣動(dòng)系統(tǒng)主要由三聯(lián)體、壓力表、電磁閥、真空發(fā)生器、真空過濾器、氣缸以及接頭、管路等組成。電磁閥的接通與斷開以及氣缸的動(dòng)作由PLC控制。其控制原理框圖見圖3。

3.5 光電控制
實(shí)現(xiàn)袋長(zhǎng)的定長(zhǎng)控制。其控制原理為:經(jīng)縱封后的筒狀薄膜由牽引輪拉動(dòng)向下運(yùn)動(dòng)。牽引輪的動(dòng)力來(lái)自于控制電機(jī)(永磁低速同步電機(jī)),它可實(shí)現(xiàn)瞬間啟動(dòng)、停機(jī)和磁保持定位。薄膜在向下運(yùn)動(dòng)過程中通過光電色標(biāo)定位后進(jìn)入橫封切部件。
為保證工作時(shí)光電色標(biāo)定位準(zhǔn)確可靠,對(duì)包裝膜的色標(biāo)寬度(沿薄膜前進(jìn)方向的寬度)有一定要求。色標(biāo)過寬,影響光電管第二次接收信號(hào);相反,色標(biāo)過窄,色標(biāo)經(jīng)過時(shí)間短于延時(shí)時(shí)間,則一直延時(shí),出現(xiàn)失控現(xiàn)象。
3.6 其它控制
包括人工投料(魚)后的投料信號(hào)控制、每袋裝水量的控制以及水箱進(jìn)、出水控制。其中,投料后的投料信號(hào)控制由霍爾開關(guān)實(shí)現(xiàn)。其控制過程如下:人工投料后,即按動(dòng)霍爾開關(guān)感應(yīng)片,由霍爾開關(guān)發(fā)出信號(hào),啟動(dòng)一次自動(dòng)工作循環(huán);每袋裝水量的控制由自動(dòng)定量的水箱實(shí)現(xiàn)。其控制原理為:打開進(jìn)水閥,水箱內(nèi)的浮子帶動(dòng)霍爾開關(guān)上的感應(yīng)片上升,霍爾開關(guān)檢測(cè)頭位置可任意設(shè)定。當(dāng)感應(yīng)片到達(dá)檢測(cè)頭時(shí),發(fā)出信號(hào),控制進(jìn)水閥關(guān)閉,完成一袋水的定量;水箱的進(jìn)水、出水控制,則分別采用電磁閥控制。
3.7 整機(jī)控制——PLC控制
本機(jī)采用PLC作為控制中樞,自動(dòng)控制機(jī)器全部模塊執(zhí)行件的順序動(dòng)作。并設(shè)有數(shù)據(jù)設(shè)定顯示單元,實(shí)現(xiàn)屏顯操作。此外,考慮到機(jī)器調(diào)試與操作需要,設(shè)有手動(dòng)/自動(dòng)的切換。
PLC控制原理框圖見圖4。

4 新型控制方法的主要優(yōu)點(diǎn)
新型控制方法與常規(guī)控制方法相比較,具有以下優(yōu)點(diǎn):(1)機(jī)器采用模塊化設(shè)計(jì),對(duì)各模塊執(zhí)行件的動(dòng)作協(xié)調(diào)配合要求較高。采用PLC作為整機(jī)的神經(jīng)中樞,對(duì)各模塊動(dòng)作進(jìn)行協(xié)調(diào)控制,很好地解決了這一問題;(2)控制系統(tǒng)設(shè)有數(shù)據(jù)設(shè)定顯示單元,人機(jī)交互性好,一些動(dòng)作的延時(shí)時(shí)間可直接在顯示板上設(shè)定,操作方便、快捷;(3)縱封、預(yù)夾封和橫封切封頭的運(yùn)動(dòng)采用*的氣動(dòng)元件實(shí)現(xiàn),工作穩(wěn)定可靠;(4)縱封、橫封切熱封溫度控制運(yùn)用負(fù)反饋控制原理,控制及時(shí)、準(zhǔn)確、穩(wěn)定;(5)采用機(jī)、電、氣、光技術(shù)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)、優(yōu)化組合的控制方式,控制效果好,并省卻了大量的機(jī)械裝置,簡(jiǎn)化了機(jī)器結(jié)構(gòu);(6)袋長(zhǎng)控制采用光電定位,PLC控制,牽引輪由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng),實(shí)現(xiàn)了袋長(zhǎng)的定長(zhǎng)控制,理論上袋長(zhǎng)可無(wú)級(jí)變化。該控制方式較常規(guī)控制簡(jiǎn)單得多。
5 結(jié)語(yǔ)
通過模塊化設(shè)計(jì)思想指導(dǎo)下的連續(xù)式多規(guī)格多功能單條活魚自動(dòng)換氣充氧(液)包裝機(jī)的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)研制,證明了:抽氣/充氣(液)軟包裝機(jī)控制系統(tǒng)采用微電腦控制下的機(jī)、電、氣、光一體化結(jié)構(gòu),控制效果好,人機(jī)交互性好,操作靈活、簡(jiǎn)便,工作穩(wěn)定、可靠,形成了一個(gè)智能化、柔性化的自動(dòng)包裝系統(tǒng),適應(yīng)市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)包裝機(jī)械的新要求,具有良好的市場(chǎng)前景。