面粉包裝機(jī)械手設(shè)計(jì)研究

李建偉++馬曉錄

摘 要：面粉包裝機(jī)的設(shè)計(jì)和制造是面粉加工行業(yè)的一個(gè)重要的創(chuàng)新點(diǎn)，具有實(shí)力的面粉企業(yè)會(huì)不斷在原有機(jī)器上改進(jìn)工藝，提高生產(chǎn)效率。同時(shí)，農(nóng)機(jī)生產(chǎn)企業(yè)也會(huì)不斷提高設(shè)備效率，面向小型面粉廠進(jìn)行推廣。

關(guān)鍵詞：PLC控制；包裝工藝；PID模糊控制

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.07.223

0 引言

對(duì)于企業(yè)來(lái)說(shuō)，面粉包裝的機(jī)械化能再提高面粉包裝效率的同時(shí)大大節(jié)省勞動(dòng)力成本。采用機(jī)械化包裝的面粉，不僅包裝效率極高，且包裝的品質(zhì)十分穩(wěn)定。采用PLC控制的更加先進(jìn)和高效面粉包裝機(jī)械手的設(shè)計(jì)，是各大面粉廠家進(jìn)行研發(fā)的重點(diǎn)目標(biāo)，也是小型面粉生產(chǎn)廠家對(duì)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級(jí)換代的一個(gè)必由之路。

1 主要功能設(shè)計(jì)

面粉包裝機(jī)械手需完成指定的工作循環(huán)，同時(shí)要根據(jù)循環(huán)過(guò)程中的反饋對(duì)循環(huán)進(jìn)行協(xié)調(diào)。具有調(diào)節(jié)壓力、時(shí)間、溫度和速度的功能，具有質(zhì)量檢測(cè)、自動(dòng)計(jì)量計(jì)數(shù)、完整的安全策略和根據(jù)客戶需要提供的可視化操作平臺(tái)等功能。

控制系統(tǒng)由PLC控制確定精度，并可以根據(jù)生產(chǎn)要求調(diào)節(jié)各項(xiàng)系統(tǒng)參數(shù)，本系統(tǒng)采用變頻調(diào)節(jié)技術(shù)，可以讓機(jī)械手系統(tǒng)在效率和節(jié)約方面調(diào)節(jié)側(cè)重。總體來(lái)說(shuō)設(shè)計(jì)包含軟件和硬件兩大部分，其中，軟件控制部分包含的主要內(nèi)容即對(duì)利用智能模糊PID控制結(jié)合快速逼近算法實(shí)現(xiàn)的封口過(guò)程的精確定位研究，結(jié)合此項(xiàng)工作進(jìn)行PLC硬件選型，編寫控制程序。如果需要，同時(shí)應(yīng)開(kāi)發(fā)相應(yīng)的人機(jī)界面來(lái)實(shí)現(xiàn)監(jiān)控和手動(dòng)調(diào)節(jié)功能。硬件部分的設(shè)計(jì)需：（1）閉環(huán)系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)；（2）電機(jī)、變頻器、PLC控制器和光電編碼器等硬件的選型；（3）根據(jù)系統(tǒng)要求，確定系統(tǒng)I/O設(shè)備數(shù)量，模擬量的通道數(shù)量；（4）建立帶有說(shuō)明的I/O功能分配表。

2 設(shè)備組成及包裝工藝

如圖1所示，開(kāi)機(jī)時(shí)，電機(jī)啟動(dòng)，通過(guò)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)拉膜帶勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，該速度可根據(jù)包裝規(guī)格調(diào)整。拉膜外側(cè)是高彈力膠帶，內(nèi)側(cè)為正向齒形帶，這種結(jié)構(gòu)可以極大地加強(qiáng)薄膜與皮帶的摩擦力，包裝材料隨著機(jī)械手運(yùn)轉(zhuǎn)向下運(yùn)動(dòng)，經(jīng)過(guò)糾偏槽到達(dá)成型機(jī)，這樣就可以對(duì)其進(jìn)行桶狀處理，進(jìn)而加熱、加壓和縱向熱封。

封構(gòu)機(jī)在運(yùn)行前回到原始位置，包裝材料色標(biāo)達(dá)到傳感器時(shí)，傳感器啟動(dòng)橫向封口電機(jī)，每個(gè)封口器都有前后兩部分組成，且采用彈簧鏈接。在工作循環(huán)中，兩個(gè)橫向封口機(jī)構(gòu)能夠進(jìn)行互相擠壓產(chǎn)生一定的圧縮行程，采用這種設(shè)計(jì)，使兩個(gè)橫封頭的回轉(zhuǎn)中心的中心距小于兩者的回轉(zhuǎn)半徑和。豎直方向上封口機(jī)的運(yùn)動(dòng)會(huì)完成包裝袋的橫向熱封和切斷，同時(shí)，啟動(dòng)計(jì)量螺桿，橫封機(jī)構(gòu)回位，等待傳感器采集的下一個(gè)色標(biāo)指令。

關(guān)于包裝工藝，主要涉及供料、橫向封裝、縱向封裝和切斷四個(gè)方面。本設(shè)計(jì)主要以各類傳感器輸入和異步電機(jī)通過(guò)PLC的控制配合，將生產(chǎn)需求轉(zhuǎn)化為精準(zhǔn)控制的過(guò)程，達(dá)到對(duì)生產(chǎn)工藝可控化。

3 PLC設(shè)計(jì)

首先是確定控制方案和選型。根據(jù)統(tǒng)計(jì)，本設(shè)計(jì)系統(tǒng)具有14個(gè)開(kāi)關(guān)量輸入，7個(gè)輸出，4個(gè)模擬量輸入和兩個(gè)輸出，根據(jù)I/O點(diǎn)數(shù)需求及冗余設(shè)計(jì)，選擇EM232模擬量I/O模塊和EM231熱電偶PID模塊。這樣，基本保證了光標(biāo)檢測(cè)、手動(dòng)運(yùn)行、聯(lián)鎖自動(dòng)運(yùn)行、電機(jī)速度反饋等。開(kāi)關(guān)量可以控制設(shè)備的產(chǎn)品輸送管路電磁閥、輸送監(jiān)視系統(tǒng)、橫封縱封電機(jī)和信號(hào)指示系統(tǒng)等。4個(gè)模擬量控制熱電偶溫度輸入和橫封縱封的加熱器溫度等。利用MOBUS總線RS485通信調(diào)節(jié)變頻器輸出頻率控制包裝機(jī)電機(jī)的轉(zhuǎn)速?gòu)亩_(dá)到對(duì)工藝的控制。

在此硬件結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，我們開(kāi)發(fā)了手動(dòng)和自動(dòng)兩種控制模式。手動(dòng)模式中，操作員跳過(guò)PLC主機(jī)啟停相應(yīng)異步電機(jī)從而達(dá)到控制灌裝量的目的?？刂破?、執(zhí)行器件等開(kāi)始執(zhí)行相應(yīng)循環(huán)。同時(shí)，操作員操作循環(huán)可以保存相關(guān)參數(shù)，進(jìn)行自動(dòng)模式下的循環(huán)過(guò)程。手動(dòng)模式的主要目的是調(diào)試和修改生產(chǎn)參數(shù)。

自動(dòng)模式中，PLC根據(jù)預(yù)設(shè)參數(shù)，自動(dòng)執(zhí)行循環(huán)包裝流程。該模式下，操作員依舊可以通過(guò)修改參數(shù)干預(yù)循環(huán)過(guò)程，但此過(guò)程不打斷生產(chǎn)。只需在調(diào)整完成后監(jiān)視生產(chǎn)情況和指示燈，在遇緊急情況是介入停機(jī)或采取其他操作。同時(shí)，自動(dòng)模式還具有光標(biāo)模式，按照給定長(zhǎng)度進(jìn)行封裝，無(wú)需橫向封裝的絕對(duì)準(zhǔn)確。

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作者簡(jiǎn)介：李建偉（1980-），女，河南衛(wèi)輝人，本科，現(xiàn)在鶴壁汽車工程職業(yè)學(xué)院任教，主要研究方向：機(jī)電技術(shù)。