基于PLC控制的竹簽自動(dòng)包裝機(jī)設(shè)計(jì)分析

朱名強(qiáng) 馬耀名 藍(lán)日衛(wèi) 覃薛宇 盧世奎

【摘 要】本文論述基于PLC控制的竹簽自動(dòng)包裝機(jī)設(shè)計(jì)，提出采用先進(jìn)的伺服電動(dòng)機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，并配備多個(gè)舵機(jī)控制其輔助動(dòng)作，由PLC對(duì)伺服電動(dòng)機(jī)和舵機(jī)進(jìn)行統(tǒng)一控制，完成進(jìn)料、送料、壓封、剪切、輸送產(chǎn)品等任務(wù)，并設(shè)有溫度檢測(cè)與控制裝置、包裝產(chǎn)品自動(dòng)計(jì)數(shù)裝置功能，從而提高自動(dòng)化程度，提高生產(chǎn)效率。

【關(guān)鍵詞】PLC控制 竹簽 自動(dòng)包裝機(jī) 伺服傳動(dòng) 舵機(jī)

【中圖分類(lèi)號(hào)】G 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A

【文章編號(hào)】0450-9889（2018）04C-0189-02

目前用于食品、燒烤等場(chǎng)合使用的竹簽均為一次性竹簽，使用量很大，而且對(duì)衛(wèi)生的要求也比較高。由于包裝機(jī)械的輔助動(dòng)作多采用液壓或氣動(dòng)控制，此類(lèi)控制方式需要額外配備液壓站或空氣站，成本太高，而且容易對(duì)產(chǎn)品造成二次污染，所以應(yīng)采用更為先進(jìn)的舵機(jī)對(duì)竹簽包裝機(jī)的輔助動(dòng)作進(jìn)行分別控制?；诖?，本文設(shè)計(jì)了由PLC對(duì)伺服電動(dòng)機(jī)和舵機(jī)進(jìn)行統(tǒng)一控制的竹簽自動(dòng)包裝機(jī)。

一、包裝機(jī)結(jié)構(gòu)及工作原理

竹簽自動(dòng)包裝機(jī)包括伺服電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)、進(jìn)料裝置、下包裝膜輸送裝置、上包裝膜輸送裝置、熱封裝置、切割裝置、成品輸出裝置、操作面板、PLC和機(jī)架，其中伺服電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)置在機(jī)架內(nèi)靠下的位置，在伺服電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)上方由左至右依次是下包裝膜輸送裝置、進(jìn)料裝置、上包裝膜輸送裝置、熱封裝置、切割裝置和成品輸出裝置、操作面板設(shè)置在機(jī)架的一側(cè)。如圖1所示為包裝機(jī)整體結(jié)構(gòu)示意圖。

伺服電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)包括伺服電動(dòng)機(jī)、主動(dòng)輪、從動(dòng)輪、鏈條、傳動(dòng)輥，其中水平排列的主動(dòng)輪和從動(dòng)輪分別設(shè)置在機(jī)架的右端和左端，主動(dòng)輪和從動(dòng)輪均由一個(gè)滾筒和兩個(gè)齒輪組合而成，兩個(gè)齒輪分別設(shè)置在滾筒兩側(cè)且與滾筒同軸轉(zhuǎn)動(dòng)，主動(dòng)輪由伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)其順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，主動(dòng)輪與從動(dòng)輪之間通過(guò)兩側(cè)的兩條環(huán)繞鏈條進(jìn)行同步傳動(dòng)，兩鏈條分別與主動(dòng)輪和從動(dòng)輪兩側(cè)的齒輪相嚙合；在兩側(cè)的鏈條之間還設(shè)有多組水平排列的傳動(dòng)輥，所有傳動(dòng)輥均活動(dòng)安裝在機(jī)架上并由兩側(cè)的鏈條驅(qū)動(dòng)其同步轉(zhuǎn)動(dòng)，所有傳動(dòng)輥的上滾動(dòng)面均與主動(dòng)輪和從動(dòng)輪的滾筒的上滾動(dòng)面相平齊。

下包裝膜輸送裝置包括下卷筒膜和下膜整形輪，其中下膜整形輪設(shè)置在傳動(dòng)輥的上方，下卷筒膜設(shè)置在下膜整形輪的左上方。

進(jìn)料裝置包括料倉(cāng)、推料機(jī)構(gòu)和攪動(dòng)機(jī)構(gòu)，其中料倉(cāng)為漏斗形，其左、右兩側(cè)板和前側(cè)板為直板，后側(cè)板為斜板，攪動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)置在料倉(cāng)上方并伸入料倉(cāng)內(nèi)對(duì)物料進(jìn)行攪動(dòng)，攪動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)有一個(gè)攪動(dòng)舵機(jī)，攪動(dòng)舵機(jī)連接攪動(dòng)偏心輪，攪動(dòng)偏心輪偏心位置鉸接攪動(dòng)推桿，攪動(dòng)推桿的另一端鉸接攪動(dòng)滑塊，攪動(dòng)滑塊由攪動(dòng)舵機(jī)控制其在料倉(cāng)斜板上來(lái)回滑動(dòng)；推料機(jī)構(gòu)設(shè)置在料倉(cāng)出口的下方，推料機(jī)構(gòu)設(shè)有一個(gè)推料舵機(jī)，推料舵機(jī)連接推料偏心輪，推料偏心輪偏心位置鉸接推料推桿，推料推桿的另一端鉸接推料滑塊，推料滑塊由推料舵機(jī)控制其在一個(gè)水平滑槽上來(lái)回滑動(dòng)，水平滑槽為一個(gè)方形長(zhǎng)槽，其前端槽口正對(duì)著料倉(cāng)的下部出口，水平滑槽前端口上部鉸接有一塊活動(dòng)擋板，活動(dòng)擋板的下方正對(duì)著下膜經(jīng)整形后形成的弧形槽口。

上包裝膜輸送裝置包括上卷筒膜、上膜導(dǎo)向輪，其中上膜導(dǎo)向輪設(shè)置在傳動(dòng)輥的上方，上卷筒膜設(shè)置在上膜導(dǎo)向輪的左上方。

熱封裝置包括熱封機(jī)構(gòu)、熱封托板、熱封舵機(jī)、熱封偏心輪、熱封推桿，其中熱封舵機(jī)連接熱封偏心輪，熱封偏心輪偏心位置鉸接熱封推桿，熱封推桿鉸接熱封機(jī)構(gòu)，熱封機(jī)構(gòu)由熱封舵機(jī)控制其上下運(yùn)動(dòng)，熱封機(jī)構(gòu)的內(nèi)部還設(shè)有溫度傳感器；熱封托板固定安裝在熱封機(jī)構(gòu)的下方，熱封機(jī)構(gòu)一側(cè)還設(shè)有熱封位置傳感器。

切割裝置包括切割機(jī)構(gòu)、切割托板、切割舵機(jī)、切割偏心輪、切割推桿，其中切割舵機(jī)連接切割偏心輪，切割偏心輪偏心位置鉸接切割推桿，切割推桿鉸接切割機(jī)構(gòu)，切割機(jī)構(gòu)由切割舵機(jī)控制其上下切割運(yùn)動(dòng)，切割機(jī)構(gòu)的下方設(shè)有切割托板，切割機(jī)構(gòu)的一側(cè)還設(shè)有切割位置傳感器。

成品輸出裝置包括一組上壓輥，上壓輥設(shè)置在最右端一組傳動(dòng)輥的上方，上壓輥也由鏈條驅(qū)動(dòng)其同步轉(zhuǎn)動(dòng)，由上壓輥配合傳動(dòng)輥將切割好的竹簽袋進(jìn)行輸出，在成品輸出裝置的一側(cè)還設(shè)置有計(jì)數(shù)傳感器，檢測(cè)封裝竹簽袋的數(shù)量。

伺服電動(dòng)機(jī)、攪動(dòng)舵機(jī)、推料舵機(jī)、熱封舵機(jī)、切割舵機(jī)、熱封機(jī)構(gòu)內(nèi)的加熱器均受PLC控制，所述操作面板、溫度傳感器、熱封位置傳感器、切割位置傳感器、計(jì)數(shù)傳感器均與PLC相連接。

操作面板上設(shè)有對(duì)整機(jī)和各部件進(jìn)行操控和設(shè)置的界面，界面上還具有自動(dòng)計(jì)數(shù)和溫度顯示功能。

熱封機(jī)構(gòu)采用四邊同時(shí)加熱的方式對(duì)包裝袋的四個(gè)邊同時(shí)進(jìn)行熱封。

下膜整形輪的斷面輪廓下邊沿為外凸的圓弧線，以使從其下方通過(guò)的下膜形成向下彎曲的弧形槽口，以更好地在盛放竹簽。

料倉(cāng)左右兩側(cè)板之間的寬度與竹簽的長(zhǎng)度相匹配。

二、包裝機(jī)使用說(shuō)明

1.將需要包裝的竹簽按料倉(cāng)16的寬度方向橫向放入料倉(cāng)16中。

2.將下卷筒膜8端頭向左拉出，下膜9穿過(guò)下膜整形輪10的下方，然后沿著傳動(dòng)輥7的上滾動(dòng)面依次穿過(guò)進(jìn)料裝置、上包裝膜輸送裝置、熱封裝置、切割裝置和成品輸出裝置、然后固定在主動(dòng)輪3的滾筒4的下方。

3.將上卷筒膜24端頭向左拉出，上膜25穿過(guò)上膜導(dǎo)向輪26的下方，再沿著下膜9的上方依次穿過(guò)熱封裝置，切割裝置和成品輸出裝置，然后同樣固定在主動(dòng)輪3的滾筒4的下方，伺服電動(dòng)機(jī)2啟動(dòng)時(shí)上、下膜25、9同時(shí)隨主動(dòng)輪3的滾筒5轉(zhuǎn)動(dòng)而向右輸送。

4.通過(guò)在操作面板43上進(jìn)行設(shè)定和操控，伺服電動(dòng)機(jī)2帶動(dòng)鏈條6間歇式循環(huán)行進(jìn)，從而帶動(dòng)上、下膜25、9沿傳動(dòng)輥7由左向右間歇式行進(jìn)，下膜9行進(jìn)至進(jìn)料裝置下方時(shí)暫停，攪動(dòng)舵機(jī)13控制攪動(dòng)滑塊17攪動(dòng)料倉(cāng)16內(nèi)的竹簽使之落入料倉(cāng)16下方的水平滑槽23中，推料舵機(jī)19控制推料滑塊22將竹簽從活動(dòng)擋板18處向外推出，竹簽落入下膜9經(jīng)整形后形成的弧形槽口內(nèi)并沿弧形面整齊堆滿，由于每次落入水平滑槽23內(nèi)的竹簽數(shù)量是一定的，所以每次被推出落至下膜9上的竹簽數(shù)量也是一定的。

5.盛好竹簽的下膜9繼續(xù)向右行進(jìn)至熱封裝置的下方，此時(shí)下膜9和竹簽在上膜25的下方，在熱封位置傳感器27的反饋下，上、下膜25、9同時(shí)停止行進(jìn)，熱封舵機(jī)28將熱封機(jī)構(gòu)31向下推送，使上、下膜25、9對(duì)竹簽形成包合，熱封機(jī)構(gòu)31內(nèi)的加熱器啟動(dòng)，對(duì)上、下膜25、9的四個(gè)邊進(jìn)行熱封貼合。

6.熱封貼合完成后，上、下膜25、9一起繼續(xù)向右行進(jìn)至切割裝置的下方，在切割傳感器43的反饋下停止，切割舵機(jī)33驅(qū)動(dòng)切割機(jī)構(gòu)36對(duì)上、下膜25、9進(jìn)行切斷分包，形成獨(dú)立包裝的竹簽包39。

7.包裝好的竹簽包39經(jīng)計(jì)數(shù)傳感器38完成計(jì)數(shù)后，由成品輸出裝置繼續(xù)向右輸送進(jìn)入成品存放區(qū)域，完成一次竹簽包裝的作業(yè)流程。

8.在整機(jī)進(jìn)行流水工作時(shí)，步驟4到步驟7各工位的工作是同步進(jìn)行的，由PLC對(duì)各個(gè)工位的協(xié)同工作進(jìn)行精確控制。

本文設(shè)計(jì)了基于PLC控制的竹簽自動(dòng)包裝機(jī)，采用先進(jìn)的伺服電動(dòng)機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，并配備多個(gè)舵機(jī)控制其輔助動(dòng)作，由PLC對(duì)伺服電動(dòng)機(jī)和舵機(jī)進(jìn)行統(tǒng)一控制，整機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，自動(dòng)化程度高，使用成本低，全程不需要人工干預(yù)，既保證了竹簽的衛(wèi)生，生產(chǎn)效率也大為提高，能夠很好地滿足市場(chǎng)的需求。

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【作者簡(jiǎn)介】朱名強(qiáng)（1985— ），男，廣西柳州人，工學(xué)碩士，廣西理工職業(yè)技術(shù)學(xué)院檢測(cè)技術(shù)與自動(dòng)化裝置專(zhuān)業(yè)講師，研究方向：自動(dòng)控制技術(shù)、電氣電子技術(shù)、實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。

（責(zé)編 王 一）