面粉包裝機械手設計研究

李建偉++馬曉錄

摘 要：面粉包裝機的設計和制造是面粉加工行業的一個重要的創新點，具有實力的面粉企業會不斷在原有機器上改進工藝，提高生產效率。同時，農機生產企業也會不斷提高設備效率，面向小型面粉廠進行推廣。

關鍵詞：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

對于企業來說，面粉包裝的機械化能再提高面粉包裝效率的同時大大節省勞動力成本。采用機械化包裝的面粉，不僅包裝效率極高，且包裝的品質十分穩定。采用PLC控制的更加先進和高效面粉包裝機械手的設計，是各大面粉廠家進行研發的重點目標，也是小型面粉生產廠家對產業結構升級換代的一個必由之路。

1 主要功能設計

面粉包裝機械手需完成指定的工作循環，同時要根據循環過程中的反饋對循環進行協調。具有調節壓力、時間、溫度和速度的功能，具有質量檢測、自動計量計數、完整的安全策略和根據客戶需要提供的可視化操作平臺等功能。

控制系統由PLC控制確定精度，并可以根據生產要求調節各項系統參數，本系統采用變頻調節技術，可以讓機械手系統在效率和節約方面調節側重。總體來說設計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容即對利用智能模糊PID控制結合快速逼近算法實現的封口過程的精確定位研究，結合此項工作進行PLC硬件選型，編寫控制程序。如果需要，同時應開發相應的人機界面來實現監控和手動調節功能。硬件部分的設計需：（1）閉環系統的整體設計；（2）電機、變頻器、PLC控制器和光電編碼器等硬件的選型；（3）根據系統要求，確定系統I/O設備數量，模擬量的通道數量；（4）建立帶有說明的I/O功能分配表。

2 設備組成及包裝工藝

如圖1所示，開機時，電機啟動，通過傳動機構帶動拉膜帶勻速轉動，該速度可根據包裝規格調整。拉膜外側是高彈力膠帶，內側為正向齒形帶，這種結構可以極大地加強薄膜與皮帶的摩擦力，包裝材料隨著機械手運轉向下運動，經過糾偏槽到達成型機，這樣就可以對其進行桶狀處理，進而加熱、加壓和縱向熱封。

封構機在運行前回到原始位置，包裝材料色標達到傳感器時，傳感器啟動橫向封口電機，每個封口器都有前后兩部分組成，且采用彈簧鏈接。在工作循環中，兩個橫向封口機構能夠進行互相擠壓產生一定的圧縮行程，采用這種設計，使兩個橫封頭的回轉中心的中心距小于兩者的回轉半徑和。豎直方向上封口機的運動會完成包裝袋的橫向熱封和切斷，同時，啟動計量螺桿，橫封機構回位，等待傳感器采集的下一個色標指令。

關于包裝工藝，主要涉及供料、橫向封裝、縱向封裝和切斷四個方面。本設計主要以各類傳感器輸入和異步電機通過PLC的控制配合，將生產需求轉化為精準控制的過程，達到對生產工藝可控化。

3 PLC設計

首先是確定控制方案和選型。根據統計，本設計系統具有14個開關量輸入，7個輸出，4個模擬量輸入和兩個輸出，根據I/O點數需求及冗余設計，選擇EM232模擬量I/O模塊和EM231熱電偶PID模塊。這樣，基本保證了光標檢測、手動運行、聯鎖自動運行、電機速度反饋等。開關量可以控制設備的產品輸送管路電磁閥、輸送監視系統、橫封縱封電機和信號指示系統等。4個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通信調節變頻器輸出頻率控制包裝機電機的轉速從而達到對工藝的控制。

在此硬件結構基礎上，我們開發了手動和自動兩種控制模式。手動模式中，操作員跳過PLC主機啟停相應異步電機從而達到控制灌裝量的目的。控制器、執行器件等開始執行相應循環。同時，操作員操作循環可以保存相關參數，進行自動模式下的循環過程。手動模式的主要目的是調試和修改生產參數。

自動模式中，PLC根據預設參數，自動執行循環包裝流程。該模式下，操作員依舊可以通過修改參數干預循環過程，但此過程不打斷生產。只需在調整完成后監視生產情況和指示燈，在遇緊急情況是介入停機或采取其他操作。同時，自動模式還具有光標模式，按照給定長度進行封裝，無需橫向封裝的絕對準確。

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作者簡介：李建偉（1980-），女，河南衛輝人，本科，現在鶴壁汽車工程職業學院任教，主要研究方向：機電技術。